Искусственная гравитация — мечта космонавтов и головная боль инженеров
Без неё люди в космосе быстро становятся хрупкими, а даже обычные бытовые дела превращаются в испытание. Давайте разберемся - зачем же гравитация так нам нужна, и как её создавать?
Зачем нужна искусственная гравитация
Без гравитации человек в невесомости буквально превращается в куклу: мышцы и кости не работают на нагрузку, поэтому атрофируются и истончаются. Уже через месяц полёта костная ткань теряет по 1–1.5% плотности, а мышцы могут ослабеть на десятки процентов. Кровь и жидкость смещаются в голову, из-за чего припухают мозг и глаза — зрение может ухудшиться. Попробуйте повисеть "вверх ногами" какое-то время, я думаю, уже и полминуты хватит, чтобы прочувствать всю боль :) Вы возразите, что в перевернутом положении мы получаем гравитацию "наоборот", кровь приливает к голове с удвоенной силой. Вы правы, но, по словам космонавтов, невесомость это не то же самое, что лежать горизонтально :) Все совсем не так радужно. Именно поэтому все тренировки в центрах подготовки, в том числе.
А еще сердце расслабляется: оно не качает кровь под земным давлением и со временем слабеет. Иммунитет падает, нарушаются сон и циркадные ритмы.
А что с бытовыми вопросами? Без силы тяжести ваш вкусный кофе выйдет из чашки погулять, и еще может красиво и так же вкусно разделиться на несколько крупных "капель", которые надо будет еще поймать... Так что космонавтам приходится пить из трубочки. Те же инструменты могут внезапно отправиться в свободный полет по кабине.. Я думаю, что вы будете не рады пролетающему мимо вашей головы молотку. Для избежания таких сюрпризов на МКС везде есть специальные фиксаторы и ограничители. Все по возможности пристегивается и убирается.
В общем, если кратко, - долгий полёт без гравитации превращает организм в уязвимую хрупкую субстанцию :) Да и жить «как дома» просто нельзя: в невесомости привычные процессы идут не так, как на Земле. Поэтому идея получить хотя бы какую-то пародию на земное притяжение кажется такой важной — чтобы через месяцы полёта люди вышли к финишу такими же бодрыми, как отправились.
P.S. "хотя бы какую-то" - даже 1g будет достаточно для повышения комфорта и более привычного уклада жизни экипажа.
Реальные инженерные подходы и исследования
Крутильные станции (центрифуги): Простейший вариант — сделать станцию-кольцо или модуль, который вращается вокруг оси. Пол внутреннего борта создаёт центробежную «силу тяжести». На данный момент это один из самых изученных способов создать «гравитацию». NASA ещё в 1969 году рисовало концепт огромной вращающейся станции (иллюстрация выше). Такой крутящийся жилой модуль создаёт центробежную силу, давящую на пол, словно гравитация. При больших размерах можно получать почти 1g при умеренном вращении: если радиус станции ~25 м, для этого требуется около 6 оборотов в минуту.
Ещё один рассматриваемый концепт — встроить на станции небольшой вращающийся модуль (диаметром 5–10 м) для сна или тренировки. Космонавты могли бы время от времени «посидеть при весе» и немного восстановить мышцы. NASA, например, обсуждало проект такого спального модуля («Наутилус-X» для МКС).
Совсем маленькой центрифугу не сделать. Чем меньше радиус вращающегося модуля, тем быстрее ему нужно делать обороты, а значит — тем сильнее ощущается головокружение и связанный с малым радиусом эффект Кориолиса (пассажира «уводит» в бок при каждом шаге + вестибюлярный аппарат тоже все чувствует, даже если не шагать а просто поворачивать голову). Поэтому у данной схемы большой минус — размеры: чтобы крутиться медленно и человеку комфортно, станция должна быть очень большой. Как выход - просто сделать 2 модуля, связанных тросом, и заставить вращаться в паре. Один модуль может быть жилой, а второй - технический (аккумуляторы, топливо, запасы провизии и сжатых газов). Трос можно легко регулировать, и сближать модули, при желании состыковав их при подлете к цели. Наверное, если и копать среди всех центробежных подходов, то именно в эту сторону.
Постоянное ускорение/торможение: Другой путь — весь полёт идти с постоянным ускорением примерно 1g (а потом, в середине маршрута, развернуться и тормозить с тем же ускорением). Можно и не разворачиваться, а спроектировать корабль как популярный "дом вверх дном" :) - в этом случае во второй половине маршрута «пол становится потолком». Такой метод кажется простым в реализации — но практически невозможный сегодня для длительного полета. Так что, подводя итог - приём часто встречается в фантастике, но пока что остаётся нереальным.
Подводя краткий итог, реальные решения основаны на обычной физике — либо на кручении, либо на постоянном ускорении. Они сложны и пока в основном на стадии проектов и экспериментов, но именно так можно сохранить здоровье космонавтов в длительных миссиях. Пока учёные и инженеры экспериментируют с центрифугами и разными двигателями, самый надёжный способ «держать себя в форме» для космонавтов — упорные тренировки.
Фантастические концепты из книг и фильмов
Фантасты решают проблему проще: обычно придумывают какую-то технологию, и гравитация в космосе появляется «как по волшебству». Примеры:
«2001: Космическая одиссея» (Кларк, Кубрик) — есть гигантская вращающаяся станция (станция V), создающая 1g, а на корабле Discovery тоже был крутящийся жилой отсек.
«Вавилон-5» — герои живут в гигантском вращающемся цилиндре (станции О’Нила), где на внутренней поверхности действует земная тяжесть.
«Стар Трек» — у звёздолётов всегда есть «гравипластины» и инерционные демпферы, поэтому экипаж ходит по палубе как по полу дома.
«Звёздные войны» — на кораблях герои просто бегают в обычной тяжести, хоть должна была быть невесомость. Механизм не показан, но на экране всё выглядит так, будто тяжесть на борту есть.
Halo (игра) — искусственное кольцо-спутник вращается, создавая на внутренней стороне центробежную гравитацию, как на планете.
«Экспансия» — в этом книжно-сериалном цикле у многих модулей и кораблей есть вращающиеся сектора для создания нормальной тяжести.
В общем, у каждого фантаста свой приём: где-то рисуют вращающиеся колёса, где-то «гравипластины», где-то не заморачиваются вообще. Но герои в далёком космосе обычно ощущают обычную тяжесть, а не плавают в свободной невесомости.
С коллегами пилим игрушку про Марс, она пока еще в альфа-версии, но по карте перемещаться и собирать кристаллы для последующего крафта уже можно. Плюс часто бывают конкурсы с призами, и формируется активное коммьюнити, из тех, кому интересен космос и астрономия.
Буду искренне рад критике, дополнениям и комментариям, постарался проанализировать много информации из разных источников, и проверял все факты, дописывал и формулировал большую часть статьи сам (замечаю, что развелось много "нейросетевых" писателей, и в обычных авторов часто кидают какашками за это). Всем толковым комментам и по делю всегда ставлю жирный плюсик, мне не жалко. Я не джипити, а живой человек :) Классного дня всем )
