«Гравитация – это очень просто»
Существует множество моделей, объясняющих гравитацию. Природа гравитации в этих моделях разная – электростатические или электромагнитные поля; вихри или потоки эфира; гравитация, как результат искривления пространства в общей теории относительности; или классическое объяснение с помощью гравитационного поля и гравитонов-переносчиков взаимодействия. Что роднит все эти модели? Каждая из этих моделей есть ответ на вопрос как устроен механизм притяжения массивных тел друг к другу и чаще всего эти ответы более или менее эквивалентны по убедительности. Что означает многовариантность ответов на один и тот же вопрос? Означает это единственное – в решаемой задаче о гравитации мы имеем недостаточность начальных условий для ее решения.
Заранее прошу прощения за элементарно простой пример, который я приведу, чтобы подкрепить этот вывод (впрочем, при таком заголовке статьи он просто обязан быть простым). Пусть вам поручили разработать конструкцию велосипеда (почему велосипеда? Потому что гравитация это еще проще).
Какой бы велосипед вы не сконструировали – большой, маленький, одноколесный или многоколесный, с ножным или ручным приводом и т.д. — вы вправе считать, что заказ выполнен. Другое дело, если в проектном задании будет сказано, что велосипед предназначен для детей пяти-шести лет, еще не умеющим ездить, что он должен быть легким, потому что его придется поднимать дедушкам и бабушкам этих детей и прочее. Понятно, что в этом случае резко снижается вариантность решения задачи. Это действительно очень понятно, но, тем не менее, я доведу эти рассуждения до конца. Уменьшение числа приемлемых вариантов есть следствие того, что вы теперь рассматриваете велосипед не только сам по себе, но и во взаимодействии с теми, кто будет пользоваться им, вы обязаны обеспечить его затребованную функциональность. И теперь, глядя на готовую конструкцию, вы понимаете зачем и почему она именно такая, а не другая.
Таким образом, ответ на вопрос “Как это устроено?” описывает конструкцию, а ответы на вопросы “Зачем и Почему” вскрывают взаимоотношения исследуемого объекта или явления с другими объектами и явлениями, а в сумме они делают наши знания более адекватными реальности.
Как известно, этот Мир придуман не нами, но в нас существует неустранимая потребность знать и понимать его. Повинуясь этой потребности, мы пытались понять и объяснить себе все, на что натыкались. И строили модели каждой новой находки, которые объясняли “как это устроено”. И немало в этом преуспели. Преуспели настолько, что некоторым стало казаться, что достаточно еще небольшого усилия и мы сможем объяснить ВСЕ. И, в самом деле, по отдельности мы объяснили столь много деталей этого мира, что осталось их только сложить и…первая половина фразы, с которой начался этот абзац, потеряет свою справедливость.
Сложили и не получили ничего цельного. И самая зияющая нестыковка обнаружилась между микромиром и мегамиром, устройство каждого из которых казалось вполне удовлетворительно объясненным. И, кажется, поняли, что мало иметь груду деталей, что еще нужно их собрать в соответствии с их функциональными связями и лишь тогда их сумма сможет создать функционально целое.
А теперь можно перейти к конструктивным предложениям по поводу того, где и как искать недостающие начальные условия для решения проблемы гравитации.
Во-первых, следуя вышеизложенному, нам следует увидеть явление гравитации как часть целого. Такая возможность предоставляется, если вещественный мир мы будем рассматривать как самоорганизующуюся систему, в которой четыре типа взаимодействий являются минимально необходимым набором, обеспечивающим единую задачу организации и эволюции системы во всех ее масштабах. Теперь, когда гравитация это часть системы, выполняющая свою долю общей задачи организации и порядка, мы можем точнее определить ее функцию в системе. Если раньше, рассматривая гравитацию отдельно от всего, мы определили ее функцию как обеспечение притяжения вещественных тел, то функция гравитации как части системы оказалась гораздо сложнее, это и обеспечение единообразного и согласованного поведения всех элементарных частиц системы. Рассмотрим для примера движение нашей планеты вокруг Солнца.
Каждая элементарная частица Земли падает на Солнце с одним и тем же ускорением и согласовано во времени. Такое поведение частиц, входящих в твердые тела, нам казалось само собою разумеющимся и, к сожалению, не вызывало потребности вболее пристальном рассмотрении. Но вот в газовой оболочке Земли, атомы и молекулы которой никак не связаны между собой и двигаются совершенно хаотически, на весь этот хаос наложено абсолютно упорядоченное движение к Солнцу. Это значит, что каждый атом и молекула в каком бы движении они не участвовали, одновременно имеют одну и ту же составляющую падения на Солнце. И вот, что странно – в нашем сознании это обстоятельство не привело к представлению о способности элементарных частиц к столь высокой согласованности поведения, что является проявлением самоорганизации.
Во-вторых, пора осознать очевидное – главными действующими лицами в самоорганизующихся системах, в том числе и в вещественной, являются их элементарные частицы. Они своими свойствами и своей активностью определяют все в мире самоорганизующейся системы — организационные формы во всех его масштабах, все события и явления в нем происходящие, в том числе и явление гравитации.
Из этого следует очень простой вывод – все модели, объясняющие гравитацию без прямого участия элементарных частиц системы, должны быть отброшены как несостоятельные.
В-третьих, еще раз вернемся к гравитации как притяжению вещественных тел. Что является конечным результатом притяжения? Ответ совершенно определенный – объединение. Обратим внимание, что по современным представлениям притяжение вещественных тел друг к другу осуществляется через силовое взаимодействие между ними, то есть, если мы имеем два тела А и Б, находящиеся в гравитационном взаимодействии, то это означает, что тело А притягивает к себе тело Б, а тело Б с такой же силой притягивает к себе тело А. Результат – объединение, но отметим, и это очень важное обстоятельство, что это объединение является принудительным для обоих вещественных тел. Чуть ниже это важное обстоятельство будет использовано, а сейчас дорисуем картину гравитационного взаимодействия двух тел. Для того, чтобы притяжение осуществлялось описанным способом, каждое из тел должно переносить свое силовое воздействие на другое тело через пустое пространство.
Предполагается, что это происходит, как и в случае со всеми остальными взаимодействиями, с помощью своего поля (гравитационного) и переносчиков взаимодействия – гравитонов. Теперь представим себе ньютоновское яблоко, каждая элементарная частица которого должна обменяться гравитонами с каждой элементарной частицей Земли. Вызывает ли такая модель доверие? Природа демонстрирует гораздо большую рационольность, чем описанная модель, кроме того, сомнения усиливаются тем фактом, что, не смотря на все усилия в течение долгого времени, ни гравитационных волн ни гравитонов так и не было обнаружено.
В-четвертых, внесем абсолютную определенность в вопрос кто несет в себе способность к гравитационному взаимодействию. Мы определили функцию гравитации как способ наведения порядка (организованности) в макро- и мега- масштабах системы. Но, очевидно, когда мы говорим о порядке (организованности), речь может идти только об элементарных частицах системы или об объектах, из которых они состоят, просто больше некому самоорганизовываться.
Итак, способность к гравитационным взаимодействиям несут в себе только и только элементарные частицы системы. Поведение вещественных объектов макро- и мега- масштабов определяются суммарным поведением элементарных частиц, составляющих эти объекты. Поэтому единственным способом достичь того, чтобы вещественное тело вело себя как единое целое, является синхронизация поведения всех элементарных частиц, которые в него входят. Отсюда проистекает та дополнительная функция гравитации, которую мы не осознаем – функция синхронизатора поведения объектов системы.
В-пятых, мы, по всей видимости, не очень продумано выбрали способ притяжения тел. Поясним, что имеется в виду. Уже было отмечено, что результат притяжения это объединение или, по крайней мере, стремление к объединению. Теперешние представления о притяжении реализуют принудительное объединенине – одно тело притягивает другое. Но тот же результат объединения возможен в виде “добровольного” стремления объединиться. В любом из этих вариантов имеет место появление действующих на тела сил гравитации, но в первом случае это внешние силы по отношению к телам, а во втором случае это силы внутренние.
В этом втором варианте гравитационная сила, развиваемая вещественным телом является суммой микрогравитационных сил, генерируемых каждой элементарной частицей тела. С позиций функционирования самоорганизующихся систем единственным приемлемым вариантом гравитационного притяжения может быть только “добровольное ” стремление к объединению, потому что с этих позиций гравитация это “персональная” активность каждой элементарной частицы системы по реализации своего свойства социальности.
Просуммировав теперь все, что было сказано от “во-первых” до “в-пятых”, получим обещанную простую картину явления гравитации. В этой картине тела не притягивают друг друга, а стремятся друг к другу; гравитационные силы становятся силами внутренними и отпадает необходимость в переносе через пустое пространство силовых воздействий с одного тела на другое, что делает не нужными неуловимые гравитоны; соответственно гравитационное поле исчезает за ненадобностью, но, если и сохранится, то не будет уже силовым, а станет скорее информационным.
Последнее хоть и подготовлено вышеизложенным, но не следует из него в явном виде и потому требует объяснения. Логика здесь очень простая. Поскольку источником гравитационных взаимодействий являются элементарные частицы системы, то эти взаимодействия должны быть достаточно слабыми, чтобы не уменьшать их свободу в микро-мире, но, с другой стороны, должны быть достаточно сильными, чтобы жестко детерминировать тела макро- и мега- масштабов. Эти противоречивые требования могут быть соблюдены, если гравитационные силы, генерируемые телами этих масштабов будут определяться суммой микрогравитационных сил всех элементарных частиц, синхронизированных во времени. Таким образом, вместо проблемы переноса гравитационных сил через пустое пространство, мы имеем проблему синхронизации во времени поведения элементарных частиц, составляющих эти тела. Почему эта проблема предпочтительней первой? Потому, что эта проблема естественна для самоорганизующихся систем и нет ничего более распространенного в природе, чем явление самосогласованности их элементарных частиц.
С другой стороны, у нас нет и никогда не было никаких доказательств того, что вещественные тела притягивают друг друга. Сомнение в правильности представления Ньютоновской гравитации как притяжения тел высказывал еще Гегель двести лет тому назад. Вот что он писал о солнечной системе по этому поводу: “Притягивание представляет собой неподходящее выражение, правильнее сказать, что планеты сами стремятся к солнцу”.
Синхронизация поведения элементарных частиц, составляющих тела макро- и мега-масштабов, не может быть насильственной по уже отмеченной причине – это существенно уменьшило бы их свободу. Поэтому согласованность элементарных частиц в самоорганизующихся системах достигается добровольным исполнением единого для всех правила(правил), где, при этом, синхронизирующим фактором является информация, содержащаяся в самой окружающей среде. Для нашего случая, – вещественной самоорганизующейся системы, такой информацией могли бы служить, скажем, какая-то структурированность или появление каких-то особых свойств окружающей среды в окрестности крупных массивных вещественных тел.
Это коррелирует с Энштейновским представлением гравитации, где поведение тел определяется не силовым взаимодействием, а, по сути, тоже информационным, а информацию несет геометрия пространства-времени. Но в отличие от физически непредставимого искривленного четырехмерного пространства-времени окружающая среда вещественной системы материальна, обладает физическими свойствами и потому вполне может содержать материальные носители информации.
В заключение опять вернемся к Ньютоновскому яблоку, оно еще не упало, еще висит на ветке. Его состояние в буквальном смысле описывается следующей фразой: “Яблоко всем своим весом стремилось к Земле”. И, конечно же, вес яблока это не сила притяжения Земли, это сумма всех микросил синхронно генерируемых всеми элементарными частицами яблока. Наконец черенок, на котором висело яблоко, обломился и оно начало самодвижение к Земле, именно самодвижение, потому что причиной его движения являлись внутренние силы, а не внешняя сила притяжения к Земле.
Мы, люди, обладающие сознанием и являющиеся наблюдателями этого полного загадок Вещественного Мира, встречаемся с гравитацией непосредственно в ее макро- и мега-проявлениях, потому что сами являемся вещественными телами макро-масштаба. Вероятно поэтому мы пытались объяснить гравитацию, как явление, существенное только для объектов этих масштабов, не понимая до конца ее смысла и пренебрегая ее значением в микро-мире. Кончилось это тяжелейшим противоречием в построенной физической наукой модели нашего Мира, которое может быть устранено представлением его в виде вещественной самоорганизующейся системы, погруженной в материальную среду, взаимодействие с которой является обязательным условием бытия и эволюции системы.
P.S. Гравитация – это очень просто? Нет, конечно. Давайте считать, что автор неудачно пошутил. Все вышенаписанное это попытка ответить на вопросы “зачем и почему”. Но вопрос “Как это устроено?” никто не отменял и на него в действительности нет ответа.
Чтобы ответить на него необходимо узнать что из себя представляет окружающая среда для элементарных частиц вещества и в чем заключается их взаимодействие с нею. Но это дело наживное, если над этим работать. Гораздо сложнее заставить себя взглянуть на Мир, к которому мы принадлежим и представление о котором мы себе уже составили, с иных мировозренческих позиций.
Брухман Борис Яковлевич
Нью-Йорк Август 2014
[email protected]
Книга “Gravitation. Притяжение. Том 1” Мураками М
-
Книги
- Художественная литература
- Нехудожественная литература
- Детская литература
- Литература на иностранных языках
-
Путешествия.
Хобби. Досуг
- Книги по искусству
- Биографии. Мемуары. Публицистика
- Комиксы. Манга. Графические романы
- Журналы
- Печать по требованию
- Книги с автографом
- Книги в подарок
- “Москва” рекомендует
-
Авторы • Серии • Издательства • Жанр
- Русская классика
- Детективы
- Экономика
- Журналы
- Пособия
- Политика
- Биографии и мемуары
- Публицистика
-
Aудиокниги
- Электронные аудиокниги
- CD – диски
-
Коллекционные издания
- Зарубежная проза и поэзия
- Русская проза и поэзия
- Детская литература
- История
- Искусство
- Энциклопедии
-
Кулинария. Виноделие
- Религия, теология
- Все тематики
-
Антикварные книги
- Детская литература
- Собрания сочинений
- Искусство
- История России до 1917 года
-
Художественная литература.
- Художественная литература. Русская
- Все тематики
- Предварительный заказ
- Прием книг на комиссию
-
Подарки
- Книги в подарок
- Авторские работы
- Бизнес-подарки
- Литературные подарки
- Подарки детям
- Подарочные ручки
- Открытки
- Календари
- Все тематики подарков
- Подарочные наборы
- Идеи подарков
-
Канцтовары
- Аксессуары делового человека
- Необычная канцелярия
- Бумажно-беловые принадлежности
- Письменные принадлежности
- Мелкоофисный товар
- Для художников
-
Услуги
- Бонусная программа
- Подарочные сертификаты
- Доставка по всему миру
- Корпоративное обслуживание
- Vip-обслуживание
- Услуги антикварно-букинистического отдела
- Подбор и оформление подарков
- Изготовление эксклюзивных изданий
- Формирование семейной библиотеки
Хобби. Досуг
Виноделие
Расширенный поиск
Мураками М.
Вернуться к уроку. | ||
Гравитация одна
фундаментальных сил во Вселенной. Хотя гравитация является
самая слабая из всех сил во Вселенной, это самая важная сила
в изучении астрономии. Первоначально определено Ньютоном и усовершенствовано
Эйнштейна, гравитация — это, по сути, естественная сила притяжения между
любые два объекта. Два фактора определяют величину гравитационного
сила между двумя объектами: (1) их массы и (2) разделяющее расстояние
между ними. Величина силы пропорциональна произведению
масс двух объектов. Например, сила удваивается.
в размере, если любая из масс увеличивается в два раза по сравнению с ее массой. На
с другой стороны, сила становится слабее, если два объекта перемещаются дальше
отдельно. На самом деле оно обратно пропорционально квадрату расстояния.
между ними, так что если расстояние увеличить втрое, сила будет только одна
девятый по силе.Гравитационная сила солнце, воздействуя на землю, удерживает землю на своей орбите, не давая это от путешествия в межзвездное пространство. гравитационный сила земли, действующая на нас, удерживает нас на земной поверхности. Гравитационное притяжение между человеком и землей пропорционально массы человека и обратно пропорциональна квадрату массы планеты. радиус (расстояние от человека до центра). Этот номер для гравитационное притяжение называется вашим весом! Каждая планета имеет массу и
поэтому каждая планета оказывает гравитационное воздействие на близлежащие объекты. Мы
говорят, что у планет есть гравитация. Однако на самом деле мы имеем в виду, что
между планетой и человеком существует гравитационная сила притяжения
стоит на поверхности планеты. Эта сила зависит от
масса, масса планеты и радиус планеты. Например, человек на
Луна весит всего около 1/6 веса Земли. Радиус Луны
составляет 25% земного радиуса, а масса Луны составляет 8% массы Земли.
Итак, если школьница весит 150 фунтов на Земле, она будет весить только (1/6) *
150 фунтов = 25 фунтов на Луне.
Интернет-ресурсы
|
Соответственно, люди
имеют разный вес на разных планетах.
Аттракцион искусственной гравитации – Aerospace America
Автор Адам Хадхази|Апрель 2017 г.
Как противодействовать последствиям многолетнего пребывания в условиях микрогравитации
Перспектива полета в условиях микрогравитации, волнующая свобода, уже давно привлекала людей к исследованию космоса, но теперь, когда некоторые астронавты и космонавты провели в космосе более года, выясняется, что острые ощущения от невесомости не проходят даром.
Жизнь практически в условиях полного отсутствия гравитации может вызвать целый ряд устрашающих недугов. Простая выборка: мышечная атрофия. Ухудшение состояния костей. Потеря веса. Перераспределение жидкости в организме. Проблемы с балансом. Сердечно-сосудистая дисфункция. Анемия. Камни в почках. Проблемы со сном. Заложенность носа. Ослабленная иммунная система. И, в довершение ко всему, повышенный метеоризм.
За последние полтора десятилетия на Международной космической станции все чаще применялись контрмеры, включая режимы упражнений для космонавтов и пищевые добавки. Эти меры уменьшили некоторые негативные последствия, но специалисты в области космической медицины не совсем уверены, как повлияет на исследователей еще более длительное воздействие микрогравитации. Даже сейчас у них нет решения для ухудшения зрения, которое, как считается, возникает из-за повышения давления жидкости в головах космонавтов. В связи с тем, что космические агентства и частный сектор твердо нацелены на полеты на Марс продолжительностью два года и более, комплексное средство от этого и других воздействий, связанных с гравитацией, пользуется большим спросом, чем когда-либо.
Самая логичная из серебряных пуль: искусственная гравитация, вызванная вращением. Некоторые концепции требуют, чтобы астронавты жили и работали в цилиндрическом или колесообразном вращающемся космическом корабле или его части. В других установках астронавты могут проводить время или даже спать во вращающихся центрифугах, а затем работать в обычных модулях микрогравитации. В любом случае, цель состоит в том, чтобы доставить астронавтов в их внеземные пункты назначения здоровыми и готовыми к исследованиям. Соответственно, модные системы пересматриваются для будущих миссий. В 2014 году НАСА перезапустило свою умирающую программу исследований искусственной гравитации, и аэрокосмические компании серьезно рассматривают эту идею.
«Искусственная гравитация не является контрмерой только для одного; он касается всех физических систем», — говорит Жиль Клеман, ведущий научный сотрудник по искусственной гравитации в элементе противодействия здоровью человека Программы исследований человека в Космическом центре НАСА имени Джонсона в Хьюстоне.
«Мы думаем о длительных исследованиях космоса как о способе расширения нашей планеты за счет других планет», — добавляет Клемент. «Мы приносим еду и воздух — почему бы не взять с собой гравитацию?»
Гравитация держит нас
Идея искусственной гравитации восходит к описанию, сделанному в 1883 году русским ученым-ракетчиком Константином Циолковским, который заметил: «Земля — колыбель человечества, но нельзя оставаться в колыбели вечно». На заре космической эры, семь десятилетий спустя, инженеры приняли искусственную гравитацию как данность в своем видении огромных колесных аванпостов на последнем рубеже. Фильм Стэнли Кубрика 1968 года «2001: Космическая одиссея» и одноименный роман Артура Кларка еще больше популяризировали эту концепцию, изображая вращающуюся космическую станцию и жилую зону астронавтов на корабле, направляющемся к Юпитеру.
В основе этих представлений об искусственной гравитации лежит центростремительная сила, действующая на объект, движущийся по криволинейной траектории.
Знакомая демонстрация – это то, как вода остается на дне ведра, когда человек, вращающийся на месте, раскручивает его горизонтально наружу. Дно ковша давит на ось вращения, точно так же, как корпус вращающегося космического корабля или подножка центрифуги давит «вверх» на ноги астронавта, имитируя гравитационный эффект, с которым мы сталкиваемся, живя на массивной планете.
Величина создаваемой таким образом искусственной гравитации зависит от трех факторов: массы вращаемого объекта, его радиуса от центра вращения и скорости вращения. Увеличение любого из этих факторов увеличивает общую центростремительную силу. Таким образом, создание желаемой кажущейся гравитации для человека внутри корабля, будь то космический корабль или бортовая центрифуга, является компромиссом между размером радиуса и скоростью вращения.
В первые десятилетия астронавтики эти компромиссы изучались во множестве исследований. Исследования включали все: от размещения людей во вращающихся комнатах на Земле до центрифугирования животных в космосе на борту спутников и вращения капсулы Gemini в 1966, будучи привязанным к другому космическому кораблю, в стиле бола, создавая временный ус искусственной гравитации для экипажа.
Среди общих, хотя и косвенных выводов из этих набегов: люди, вероятно, могли бы терпеть космическую станцию, скажем, с радиусом 100 метров, вращающуюся примерно три раза в минуту, не испытывая сенсомоторных проблем, таких как головокружение и тошнота. Эта скорость будет производить силу, эквивалентную 1 G силы тяжести, которую мы ощущаем на Земле. Однако получение 1 Г от небольшой центрифуги означало бы, что она будет вращаться значительно быстрее, до неудобных 10 оборотов в минуту. Кроме того, хорошо закрученным пассажирам будет трудно адаптироваться к низкой гравитации после окончания сеанса.
Ранние исследования искусственной гравитации показали, что она «создала больше проблем, чем решила», — говорит Клемент. В то время не было осознания, как сегодня, необходимости решения бесчисленных медицинских проблем, возникающих у людей, когда они месяцами или годами находятся в условиях микрогравитации.
Более того, миссии тогда под рукой и до недавнего времени никогда по-настоящему этого не требовали.
Действительно, астронавты, казалось, достаточно хорошо справлялись с миссиями «Аполлон» на Луну. Через несколько дней космонавты оправились от дезориентации, тошноты и головных болей «космической болезни», которые ознаменовали их переход в микрогравитацию, а также обратно в среду 1G после возвращения на Землю. Прием пищи и посещение туалета в космосе, хотя поначалу было утомительно, вскоре стали управляемой рутиной.
Тяжелое дело
Однако более глубокая обеспокоенность возникла в связи с длительными периодами невесомости на борту космической станции «Скайлэб» в 1970-х годах, а также с Советским Союзом и российской станцией «Мир», начавшейся десять лет спустя. Основные проблемы потери костной и мышечной массы были исследованы во время полетов космических челноков, хотя они длились не более двух недель. Когда в конце 2000 года люди поселились на Международной космической станции, достижения в области технологий медицинского тестирования начали определять масштабы разрушительного действия невесомости.
Параллельно с этим прогресс в диетах, пищевых добавках и тяжелых упражнениях с сопротивлением снова начал привязывать искусственную гравитацию к слишком далекому мосту. Размещение беговых дорожек, велотренажеров и эквивалента тренажеров для выполнения ежедневных упражнений, таких как приседания, становая тяга и подъемы на носки, сделало жизнь на МКС гораздо менее вредной.
«У нас есть комплекс передовых средств противодействия», — сказал астронавт Майкл Барратт в комментарии аудитории на форуме AIAA SPACE 2016 в Лонг-Бич, штат Калифорния, в сентябре. «Сейчас мы сохраняем кости, мышцы и аэробную форму лучше, чем когда-либо в истории. Так что у нас есть решение для того, что раньше было огромным врагом».
Так получилось, что шестимесячное пребывание Барратта на МКС в 2009 году стало первым намеком на то, почему искусственная гравитация может оказаться необходимой наверху. После того, как у него и еще одного члена экипажа развилась близорукость, осмотры выявили отек зрительного нерва и изменение формы их глазных яблок.
Эти глазные проблемы связаны с перемещением жидкости в голову во время длительного пребывания в космосе. Состояние, получившее название синдрома нарушения зрения и внутричерепного давления, или ВИПЧ, со временем ухудшается. Если не принять меры, это может привести к тому, что люди в марсианской миссии не смогут видеть. Полностью 90 процентов астронавтов приобретают ВИП в той или иной степени; предыдущие поколения астронавтов также отмечали проблемы со зрением, но этим вопросом никогда не занимались. «Мы летаем в космосе уже 50 лет, и мы пропустили это», — сказал Барратт в Лонг-Бич. Открытие вызывает еще один тревожный вопрос, добавил Барратт: «Что еще нам не хватает?»
Есть надежда, что ВИП, как и другие пока еще неизвестные недуги, вызванные хронической невесомостью, можно сдержать, поддерживая более нормальное распределение жидкости в организме — чего, к сожалению, не могут сделать упражнения. С учетом того, что у НАСА есть график возможной миссии на Марс в середине 2030-х годов, возможно, с длительной остановкой на Луне или астероиде, разрозненная история исследований искусственной гравитации созрела для переоценки.
«Исследования были распределены и не координировались между многочисленными государственными и исследовательскими организациями, — говорит Клемент. «Теперь, когда есть планы отправить людей на Марс, использование искусственной гравитации в качестве интегрированной контрмеры логично и практично».
Продвижение вперед
В феврале 2014 года НАСА собрало участников из космических агентств со всего мира на семинар по искусственной гравитации в Исследовательском центре Эймса в Моффет-Филд, Калифорния. С этой отправной точки Клемент координирует международные усилия по разработке дорожной карты исследований с достаточным временем подготовки, чтобы повлиять на проекты миссий следующего поколения.
Среди ключевых вопросов ученых: какой гравитации должен подвергаться человек, чтобы оставаться здоровым — так называемая зависимость G-доза-реакция? «Мы знаем, как люди работают в 1G, и мы многое знаем о том, как люди реагируют на нулевую гравитацию, но промежуточных данных почти нет», — говорит Клемент.
Может случиться так, что, скажем, небольшой дозы в 60 процентов земного притяжения, обеспечиваемой медленно вращающейся центрифугой, пока ее обитатель крепко спит, может быть достаточно для защиты от VIIP и других гадостей.
Чтобы восполнить пробел в знаниях, НАСА, Европейское космическое агентство и другие организации за последние пару лет объявили о серии грантов для изучения физиологических эффектов различных уровней и интервалов гравитации на культурах клеток и животных, на Земле и в космосе. . Тем временем люди примут участие в новых исследованиях в Институте аэрокосмической медицины DLR в Кельне. Субъекты в учреждении под названием «:envihab», сокращенно от «окружающая среда и среда обитания», будут выдерживать 60 дней постельного режима с 6-градусным наклоном головы вниз, ориентация, которая имитирует некоторые физиологические напряжения невесомости. Периодически испытуемые будут заходить внутрь горизонтально вращающейся 3,8-метровой центрифуги, чтобы получить различные гравитационные дозы.
Другие, не менее бесстрашные участники поднимутся на борт McDonnell Douglas C-9B НАСА и Boeing 727 стороннего подрядчика Zero Gravity Corp. для новых запусков программы агентства «Рвотная комета», в которой внезапные падения высоты самолета вызывают периоды различной невесомости длительностью около 25 секунд. Исследователи оценивают сенсомоторную и перцептивную системы испытуемых, а также быстрые сердечно-сосудистые реакции во время этих коротких окон, которые повторяются десятки раз в течение сеанса полета, таким образом лучше измеряя минимальные уровни G для комфорта и контрмер.
Тем не менее, для всех этих успехов в конечном итоге потребуются испытания астронавтов внутри космической центрифуги. «Мы должны пройти проверку в космосе», — говорит Клемент. «Невозможно [полностью] смоделировать на Земле». В настоящее время нет никаких планов по размещению на МКС центрифуги, предназначенной для человека. Последнее усилие, модуль размещения центрифуги, получил топор в 2005 году, прежде чем он вообще достиг орбиты.
Перерасход средств на МКС и опасения по поводу того, что вибрации центрифуги мешают проведению деликатных экспериментов на орбите, таких как выращивание кристаллов, для которых требуется первозданная микрогравитация, обрекли проект на провал.
Клемент категорически считает, что «нет никакой надежды» на то, чтобы доставить на МКС центрифугу, предназначенную для людей, эксплуатация которой в любом случае должна прекратиться в 2024 году. вывести экипажи с низкой околоземной орбиты в окололунное пространство, между Землей и Луной, в рамках подготовки к возможной миссии на Марс.
Побег из орбитальных захватов Земли
В августе 2016 года несколько компаний получили двухлетние гранты НАСА на сумму 65 миллионов долларов в рамках государственно-частной инициативы Next Space Technologies for Exploration Partnerships, или NextSTEP. Компании будут разрабатывать наземные прототипы обитателей дальнего космоса. Центрифуга может просто найти свое место в предложениях или даже в завершенной миссии, говорит Клемент, скрестив пальцы.
Lockheed Martin и Orbital ATK, два получателя, в настоящее время не рассматривают варианты исследований или эксплуатации искусственной гравитации. Но есть признаки того, что это Боинг. Инженеры отдела космических исследований представили доклад на мероприятии в Лонг-Бич, в котором объяснили, что компания имеет девять патентов, ожидающих рассмотрения, на проекты, решающие технические проблемы систем искусственной гравитации. В этом ключе Boeing проводит исследования возможных конструкций центрифуг.
КомпанияBigelow Aerospace, еще один получатель NextSTEP, не объявила подробностей о своей окололунной среде обитания, хотя большие объемы ее фирменных надувных модулей оставляют дверь открытой для центрифуг. То же самое для Sierra Nevada Corp., чья предполагаемая среда обитания, состоящая из нескольких грузовых модулей космического корабля Dream Chaser, может предоставить достаточно места для экспериментов.
Несмотря на идеалистические обложки классических научно-фантастических романов, сдвиг парадигмы к вращающемуся космическому кораблю или модулю космического корабля на самом деле невозможен.
Бюджетные, дизайнерские и эксплуатационные препятствия очевидны и очевидны, как и тревога астронавтов. «Нелегко построить вращающуюся космическую станцию Стэнли Кубрика, — сказал астронавт Барратт в Лонг-Бич. «Астронавты боятся искусственной гравитации. Почему? Потому что нам не нравятся большие движущиеся части. Они ломаются».
Тем не менее, НАСА выделило начальный капитал, в том числе 500 000 долларов на исследование того, как роботы могут построить легкий пластиковый расширяемый космический корабль, который будет вращаться на пути к Марсу. Еще в 2011 году инженеры НАСА смело предложили Nautilus-X стоимостью 3,7 миллиарда долларов, корабль с большим экипажем, который включал бы большую вращающуюся колесную секцию, чтобы дать астронавтам частичную земную гравитацию во время сна.
Поэтому в обозримом будущем центрифуги будут в центре внимания. Астронавты могут войти в центрифугу для сеансов гравитационного дозирования в рабочее время или, возможно, спать в ней. Проблема заключается в том, что необходимое количество оборотов в минуту для адекватных медицинских контрмер может быть неудобным физически и перцептивно, и даже случайный взгляд в сторону может вызвать укачивание.
У Барратта, например, есть опасения. «С инженерной точки зрения [центрифуга] является более практичным решением», — сказал он. «С точки зрения космонавта, это кошмарная форма противодействия».
Даже если космические агентства не перейдут на центрифуги в ближайшее время, их непрекращающиеся усилия по характеристике уровней G для здоровья человека помогут подготовить почву для основных доводов в пользу вращающихся устройств: Марс. Гравитация Красной планеты составляет всего 38 процентов от земной — прямо в этой научной нейтральной зоне между 1 и нулем G, а это означает, что как исследователи будут жить в слабых объятиях мира, остается открытым вопросом. «Мы ничего не знаем о Марсианине G, — говорит Клемент.
Есть место для оптимизма. Гравитация Марса сама по себе может служить достаточной контрмерой, позволяющей астронавтам отказаться от того, чтобы таскать спортивное оборудование или тяжелую центрифугу на его румяную поверхность. Люди могут быть более подготовлены к покорению Марса, чем мы думаем.
А благодаря искусственной гравитации и другим контрмерам еще более экзотические направления Солнечной системы с частичным земным притяжением — астероиды, Европа, Титан — будут все больше и больше становиться доступными для нашего вида.
«С телеологической точки зрения, пока мы не разработаем межзвездные путешествия, все, что нас интересует, включает в себя от нуля до 1 G», — сказал Барратт. «Нам нужно работать в этом диапазоне».
Похожие темы
Полет человека в космосОб Адаме Хадхази
Адам пишет об астрофизике и технологиях. Его работы публиковались в журналах Discover и New Scientist.
“Мы приносим еду и воздух — почему бы не взять с собой гравитацию?”
Жиль Клеман, Космический центр НАСА имени Джонсона
Существует ли невесомость? Короткий ответ — нет, хотя даже эксперты используют этот термин для простоты. С технической точки зрения, объекты на околоземной орбите испытывают «микрогравитацию», то есть состояние непрерывного свободного падения вокруг планеты.