Тривалі космічні польоти, освоєння інших планет те, що раніше писали фантасти Айзек Азимов, Станіслав Лем, Олександр Бєляєв та інших., стане цілком можливої реальністю завдяки знанням . Тому що при відтворенні земного рівня гравітації ми зможемо уникнути негативних наслідків мікрогравітації (невагомості) для людини (атрофія м'язів, сенсорні, рухові та вегетативні розлади). Тобто практично будь-яка охоча людина зможе побувати в космосі незалежно від фізичних особливостей тіла. При цьому перебування на борту космічного корабля стане комфортнішим. Люди зможуть використовувати вже існуючі, звичні для них прилади, засоби (наприклад душ, туалет).
На Землі рівень гравітації визначається прискоренням сили тяжіння в середньому дорівнює 9,81 м/с 2 (перевантаження 1 g), в той час як в космосі, в умовах невагомості приблизно 10 -6 g. К.Е. Ціолковський наводив аналогії між відчуттям маси тіла під час занурення у воду або лежачи в ліжку зі станом невагомості в космосі.
"Земля - це колиска розуму, але не можна вічно жити в колисці".
"Світ має бути ще простіше".
Костянтин Ціолковський
Цікаво, що для гравітаційної біології – вміння створювати різні гравітаційні умови буде справжнім проривом. Чи стане можливим вивчити: як змінюється структура, функції на мікро-, макрорівнях, закономірності при гравітаційних впливах різної величини та спрямованості. Ці відкриття, у свою чергу, допоможуть розвинути досить новий зараз напрямок - гравітаційну терапію. Розглядається можливість та ефективність застосування для лікування зміни сили тяжкості (підвищена порівняно із Земною). Підвищення сили тяжіння ми відчуваємо, начебто тіло трохи поважчало. Сьогодні ведуться дослідження застосування гравітаційної терапії при гіпертонічній хворобі, а також відновлення кісткових тканин при переломах.
(штучної гравітації) у більшості випадків ґрунтуються на принципі еквівалентності сил інерції та гравітації. Принцип еквівалентності говорить про те, що ми відчуваємо приблизно однаково прискорення руху, не відрізняючи причину, яка його викликала: гравітація або сили інерції. У першому варіанті прискорення відбувається за рахунок впливу гравітаційного поля, у другому завдяки прискоренню руху неінерційної системи відліку (система, яка рухається із прискоренням), в якій знаходиться людина. Наприклад, подібну дію сил інерції відчуває людина в ліфті (неінерційна система відліку) при різкому підйомі вгору (з прискоренням, з'являється на кілька секунд відчуття начебто тіло поважчало) або гальмуванні (відчуття, що підлога йде з-під ніг). З погляду фізики: при підйомі ліфта до прискорення вільного падіння в неінерційній системі приплюсовується прискорення руху кабіни. Коли відновлюється рівномірний рух - зникає «надбавка» у вазі, тобто повертається звичне відчуття маси тіла.
Сьогодні, як і майже 50 років тому, для створення штучної сили тяжіння застосовуються центрифуги (використовується відцентрове прискорення при обертанні космічних систем). Простіше кажучи під час обертання космічної станції навколо своєї осі виникатиме відцентрове прискорення, яке «виштовхуватиме» людину від центру обертання убік і в результаті космонавт чи інші об'єкти зможуть перебувати на «підлозі». Для кращого розуміння цього процесу та з якими труднощами стикається вчені давайте подивимося на формулу за якою визначається відцентрова сила при обертанні центрифуги:
F=m*v 2 *r, де m – маса, v – лінійна швидкість, r – відстань від центру обертання.
Лінійна швидкість дорівнює: v=2π*rT , де Т - кількість обертів на секунду, π ≈3,14…
Тобто чим швидше обертатиметься космічний корабель, і що далі від центру буде космонавт, то сильнішою буде створена штучна сила тяжіння.
Уважно подивившись на малюнок, можемо помітити, що при невеликому радіусі сила тяжіння для голови і для ніг людини буде значно відрізнятися, що у свою чергу ускладнить пересування.
Під час руху космонавта у напрямі обертання виникає сила Коріоліса. При цьому велика ймовірність того, що людину постійно заколисуватиме. Обійти це можливо при частоті обертання корабля 2 обороти в хвилину, при цьому утворюється штучна сила тяжіння 1g (як на Землі). Але при цьому радіус становитиме 224 метри (приблизно ¼ кілометра, ця відстань подібна до висоти 95-поверхової будівлі або в довжину як дві великі секвої). Тобто, теоретично побудувати орбітальну станцію або космічний корабель таких розмірів можна. Але практично це вимагає значних витрат ресурсів, сил і часу, які в умовах глобальних катаклізмів, що наближаються (див. доповідь
) людяніше направити на реальну допомогу нужденним.
Внаслідок неможливості відтворити необхідне значення рівня гравітації для людини на орбітальній станції або космічному кораблі, вчені вирішили вивчити можливість зниження поставленої планки, тобто створення сили тяжіння менше земної. Що говорить про те, що за півстоліття досліджень не вдалося отримати результатів, що задовольняють. Це не дивно так як в експериментах прагнуть створити умови, за яких сила інерції або інші впливали б, аналогічне впливу гравітації на Землі. Тобто виходить, що штучна гравітація по суті гравітацією не є.
На сьогодні в науці існують лише теорії про те, що таке гравітація, більшість з яких ґрунтуються на теорії відносності. При цьому не одна з них не є повною (не пояснює протікання, результати будь-яких експериментів у будь-яких умовах, та й до того ж часом не узгоджується з іншими фізичними теоріями підтвердженими експериментально). Немає чіткого знання та розуміння: що ж таке гравітація, як гравітація пов'язана з простором та часом, з яких частинок складається та які їх властивості. Відповіді на ці та багато інших питань можна знайти зіставивши інформацію, викладену в книзі «Езоосмос» А.Нових та доповіді СКІДНЯ ФІЗИКА АЛЛАТРА. пропонує абсолютно новий підхід, що ґрунтується на базових знаннях первинних основ фізики фундаментальних частинок, закономірностей їхньої взаємодії Тобто з урахуванням глибокого розуміння суті процесу гравітації як наслідок можливості точного розрахунок для відтворення будь-яких значень гравітаційних умов як і космосі, і Землі (гравітаційна терапія), прогнозування результатів мислимих і немислимих експериментів, поставлених як людиною, і природою.
СПОКОНА ФІЗИКА АЛАТРА - це набагато більше, ніж просто фізика. Вона відкриває можливим розв'язання задач будь-якої складності. Але головне завдяки знанню процесів, що відбуваються на рівні частинок і реальних дій, кожна людина може усвідомити зміст свого життя, розібратися як працює система і отримати практичний досвід зіткнення з духовним світом. Усвідомити глобальність і первинність Духовного, вийти з рамкових/шаблонних обмежень свідомості, за межі системи, набути Справжньої Свободи.
«Як мовиться, коли маєш у руках універсальні ключі (знання про основи елементарних частинок), то можеш відчинити будь-які двері (мікро- та макросвіту)».
"У таких умовах можливий якісно новий перехід цивілізації в русло духовного саморозвитку, масштабного наукового пізнання світу і себе".
«Все, що пригнічує людину в цьому світі, починаючи від нав'язливих думок, агресивних емоцій і закінчуючи шаблонними бажаннями егоїста-споживача ‒ це результат вибору людини на користь септонного поля‒ матеріальної розумної системи, яка шаблонно експлуатує людство. Але якщо людина дотримується вибору свого духовного початку, то вона набуває безсмертя. І це немає релігії, а є знання фізики, її споконвічних основ».
Олена Федорова
У космосі, хоча всі маси у Всесвіті підкоряються силі гравітації, як завжди, не відчувається «верха» і «низу», як на Землі, оскільки космічний корабель і все, що в нього на борту, прискорюється гравітацією з однаковою швидкістю.
Якщо помістити людину в космос, подалі від гравітаційних впливів, які вони відчувають на поверхні Землі, він відчуває невагомість. Хоча всі маси Всесвіту продовжать притягувати його, вони продовжать притягувати і космічний корабель, тому людина плаватиме всередині. У серіалах та фільмах типу «Зоряний шлях», «Зоряні війни», «Бойовий крейсер „Галактика“ та багатьох інших нам завжди показують, як члени команди стабільно стоять на підлозі корабля незалежно від інших умов. Це потребувало б можливості створення штучної гравітації – але з урахуванням законів фізики в тому вигляді, в якому ми їх знаємо сьогодні, це дуже важке завдання. 
Капітан Габріель Лорка на містку "Діскавері" під час симуляції битви з клінгонами. Усю команду притягує „вниз“ штучна гравітація – на сьогодні технологія в галузі наукової фантастики
З гравітацією пов'язаний важливий урок принципу еквівалентності: система відліку, що рівномірно прискорюється, не відрізняється від гравітаційного поля. Якщо ви перебуваєте в ракеті і не можете глянути назовні, у вас не буде способу зрозуміти, що відбувається: вас притискає вниз сила гравітації або рівномірне прискорення ракети в одному напрямку? Ця ідея призвела до формулювання загальної теорії відносності, і, більш ніж через сто років, це найправильніше з відомих нам опис гравітації і прискорення.
Ідентична поведінка м'яча, що падає на підлогу, в ракеті, що прискорюється, і на Землі демонструє принцип еквівалентності Ейнштейна
Є ще один трюк, який ми могли б використати: змусити корабель обертатись. Замість лінійного прискорення (розгінної сили ракети) можна отримати відцентрове, в якому людина на борту відчуватиме, як його притягує корпус корабля. Цим знаменитий фільм „2001: космічна одіссея“, і ця сила при досить великому кораблі була б невідмінною від гравітації.
Але це все. Три типи прискорення – гравітаційний, лінійний і обертальний – єдині у нашому розпорядженні сили, що надають гравітаційний вплив. І для тих, хто перебуває на борту космічного корабля, це велика, велика проблема.
Концепція космічної станції 1969 року, яку передбачалося збирати на орбіті із використаних щаблів програми „Аполло“. Станція мала обертатися навколо центральної осі і породжувати штучну гравітацію.
Чому? Тому що для подорожі в іншу зоряну систему доведеться прискорювати корабель шляхом туди, а після прибуття – уповільнювати. Якщо ви не зможете захиститися від цих прискорень, на вас чекає фіаско. Наприклад, щоб розігнатися до „імпульсної швидкості“ „Зоряного шляху“, до кількох відсотків від швидкості світла, довелося б витримати прискорення 4000 g протягом години. Це в 100 разів більше прискорення, яке запобігатиме струму крові у вашому тілі – дуже неприємна ситуація, як не крути.
Запуск шатла Колумбія в 1992 році показує, що прискорення ракети відбувається не миттєво, а триває тривалий час, багато хвилин. У космічного корабля прискорення мало бути набагато більшим, ніж може витримати людське тіло
Більше того, якщо ви не хочете бути невагомим під час довгого шляху, і наражатись на жахливі біологічні ефекти на кшталт втрати кісткової маси та космічної сліпоти, необхідно, щоб на ваше тіло діяла постійна сила. Для інших сил, окрім гравітації, це було б проблемою. Наприклад, для електромагнітного впливу можна було б помістити команду в провідну оболонку і це усувало всі зовнішні електромагнітні поля. А потім усередині можна було б влаштувати дві паралельні пластини та організувати постійне електричне поле, що змушувало б заряди рухатися у певному напрямку.
Ех, якби гравітація працювала так само.
Схематична діаграма конденсатора, дві паралельні провідні пластини якого мають однакові за величиною і різні по знаку заряди, що створює між ними електричне поле
Жодних „гравітаційних провідників“ не існує, і від гравітації не можна захиститися. Неможливо створити рівномірне гравітаційне поле між якими пластинами в певній ділянці простору. Причина в тому, що на відміну від електрики, що створюється позитивними та негативними зарядами, гравітаційний „заряд“ буває одного типу, маса-енергія. Сила гравітації завжди притягує, і з цим нічого не вдієш. Прийде робити все можливе з трьома доступними типами прискорення - гравітаційним, лінійним і обертальним.
Переважна більшість кварків та лептонів Всесвіту складаються з матерії, але для кожного з них існують і частинки антиматерії, гравітаційні маси яких не визначені
Єдиним способом створити штучну гравітацію, здатну захистити вас від ефектів прискорення корабля і надати вам постійне тяжіння вниз без прискорення, було б відкрити новий тип негативної гравітаційної маси. У всіх відкритих нами частинок і античастинок маса позитивна, але це інерційні маси, тобто маси, що стосуються прискорення або створення частинок (тобто це m з рівнянь F = ma і E = mc 2). Ми показали, що інерційна та гравітаційна маси для всіх відомих частинок збігаються, але поки що не проводили достатньо ретельних перевірок для антиматерії та античастинок.
Колаборація ALPHA ближче за інші експерименти підійшла до вимірювання поведінки нейтральної антиматерії в гравітаційному полі
І в цій галузі експерименти йдуть прямо зараз! В експерименті ALPHA на ЦЕРН отримали антиводень - стабільну форму нейтральної антиматерії - і зараз працюють над ізоляцією її від інших частинок на низьких швидкостях. Якщо він виявиться досить чутливим, ми зможемо виміряти, в який бік антиматерія рухатиметься у гравітаційному полі. Якщо вона падатиме вниз, як і звичайна, тоді її гравітаційна маса більша за нуль, і її не можна використовувати для створення гравітаційного провідника. Але якщо вона падатиме вгору, це змінить все. Єдиний експериментальний результат раптово зробить штучну гравітацію фізично можливу.
Можливість отримати штучну гравітацію спокуслива, але потребує існування негативної гравітаційної маси. Такою масою може стати антиматерія, але це поки що невідомо.
Якщо антиматерія матиме негативну гравітаційну масу, тоді зробивши стелю кімнати з антиматерії, а підлогу з матерії, ми зможемо створити штучне гравітаційне поле, що постійно притягує вас „вниз“. Побудувавши оболонку корабля з гравітаційного провідника, ми захистимо всіх усередині нього сил надвисокого прискорення, яке інакше було б смертельним. І, що найпрекрасніше, люди в космосі більше не страждатимуть від негативних фізіологічних ефектів, від порушення вестибулярного апарату до атрофії серцевого м'яза, які докучають сучасним космонавтам. Але доки ми не відкриємо частинку (або набір частинок) із негативною гравітаційною масою, штучну гравітацію можна буде отримати лише через прискорення.
Проблеми з вестибулярним апаратом – це не єдиний наслідок тривалого перебування в умовах мікрогравітації. Астронавти, які проводять на МКС більше місяця, часто страждають від порушення сну, уповільнення роботи серцево-судинної системи та метеоризму.
Нещодавно НАСА завершило експеримент, під час якого вчені геном братів-близнюків: один із них провів на МКС майже рік, інший здійснював лише короткочасні польоти і більшу частину часу перебував на Землі. Довготривале перебування в космосі призвело до того, що 7% ДНК першого астронавта змінилися назавжди - йдеться про гени, пов'язані з імунною системою, формуванням кісткової тканини, кисневим голодуванням та надмірною кількістю вуглекислого газу в організмі.
НАСА порівняла астронавтів-близнюків, щоб побачити, як тіло людини змінюється у космосі
В умовах мікрогравітації людина буде змушена не діяти: йдеться не про перебування астронавтів на МКС, а про польоти в глибокий космос. Щоб з'ясувати, як такий режим вплине на здоров'я астронавтів, Європейське космічне агентство (ESA) на 21 день 14 добровольців у нахилене у бік голови ліжко. Експеримент, який дозволить на практиці перевірити новітні методи боротьби з невагомістю – такі як покращені режими фізичних вправ та харчування – мають намір спільно провести НАСА та Роскосмос.
Але якщо люди вирішать відправити кораблі до Марса чи Венері, знадобляться більш екстремальні рішення - штучна гравітація.
Як гравітація може існувати у космосі
Насамперед варто зрозуміти, що гравітація існує скрізь - у деяких місцях вона слабша, в інших сильніша. І космічний простір не є винятком.
МКС та супутники знаходяться під постійним впливом гравітації: якщо об'єкт знаходиться на орбіті, він, спрощено кажучи, падає навколо Землі. Подібний ефект виникає, якщо кинути м'яч уперед – перш ніж впасти на землю, він трохи пролетить у напрямку кидка. Якщо кинути м'яч сильніше, він пролетить далі. Якщо ви супермен, а м'яч – ракетний двигун, він не впаде на землю, а облетить навколо неї і продовжить обертатися, поступово виходячи на орбіту.
Мікрогравітація передбачає, що люди всередині корабля не перебувають у повітрі - вони падають із корабля, а той, у свою чергу, падає навколо Землі.
Завдяки тому, що гравітація є силою тяжіння між двома масами, ми залишаємося на поверхні Землі, коли йдемо нею, а не впливаємо в небо. І тут вся маса Землі притягує масу наших тіл до свого центру.
Коли кораблі виходять орбіту, вони вільно плавають у космічному просторі. Вони, як і раніше, схильні до гравітаційного тяжіння Землі, але корабель і предмети або пасажири, що знаходяться в ньому, схильні до гравітації однаково. Існуючі апарати недостатньо масивні, щоб створити помітне тяжіння, тому люди та предмети в ньому не стоять на підлозі, а «плавають» у повітрі.
Як створити штучну гравітацію
Штучної гравітації як такої не існує, щоб її створити, людині необхідно дізнатися про природну гравітацію. У науковій фантастиці існує концепція імітації гравітації: вона дозволяє екіпажу космічних кораблів ходити палубою, а предметам стояти у ньому.
У теорії існує два способи створити імітацію гравітації, і жоден з них поки що не був використаний у реальному житті. Перший - це використання доцентрової сили для моделювання сили тяжіння. Корабель або станція при цьому повинні являти собою колесоподібну конструкцію, що складається з декількох сегментів, що постійно обертаються.
Відповідно до цієї концепції, доцентрове прискорення апарату, що штовхає модулі до центру, створить подібність гравітації або умови, аналогічні земним. Ця концепція була продемонстрована у «Космічній одіссеї 2001 року» Стенлі Кубріка та у фільмі «Інтерстеллар» Крістофера Нолана.
Концепція апарату, що створює доцентрове прискорення для імітації гравітації
Автором цього проекту вважається німецький учений-ракетник та інженер Вернер фон Браун, який керував розробкою ракети «Сатурн-5», яка доставила на Місяць екіпаж «Аполлон-11» та ще кілька пілотованих апаратів.
Будучи директором Центру космічних польотів імені Маршалла НАСА, фон Браун популяризував ідею російського вченого Костянтина Ціолковського про створення тороїдальної космічної станції на основі конструкції зі маточами, що нагадує велосипедне колесо. Якщо колесо обертається у просторі, то інерція та відцентрова сила можуть створити свого роду штучну гравітацію, яка тягне предмети до зовнішнього кола колеса. Це дозволить людям та роботам ходити по підлозі, як на Землі, а не плавати у повітрі, як на МКС.
Однак у цього методу є суттєві недоліки: чим менше космічний корабель, тим швидше він повинен обертатися - це призведе до виникнення так званої сили Корноліса, при якій на точки, розташовані далі від центру, сила тяжіння впливатиме сильніше, ніж на близькі до нього . Іншими словами, сила тяжіння діятиме на голову астронавтів сильніше, ніж на ноги, що навряд чи їм сподобається.
Щоб уникнути цього ефекту, розмір корабля повинен у кілька разів перевищувати розмір футбольного поля - виведення такого апарату на орбіту коштуватиме дуже дорого, враховуючи, що вартість одного кілограма вантажу при комерційних запусках варіюється від $1,5 до $3 тис.
Інший метод створення імітації гравітації практичніший, але також вкрай дорогий – йдеться про метод прискорення. Якщо корабель на певному відрізку шляху спочатку розганятиметься, а потім розгорнеться і почне гальмувати, то виникне ефект штучної гравітації.
Для реалізації цього методу будуть потрібні колосальні запаси палива - справа в тому, що двигуни повинні працювати майже безперервно за винятком короткої перерви в середині шляху - під час розвороту корабля.
Реальні приклади
Незважаючи на високу вартість запуску апаратів з імітацією гравітації, компанії у всьому світі намагаються побудувати такі кораблі та станції.
Реалізувати концепцію Фон Брауна намагається компанія Gateway foundation - дослідницький фонд, який планує побудувати станцію, що обертається, на орбіті Землі. Передбачається, що по колу колеса розташовуватимуться капсули, які зможуть купувати державні та приватні аерокосмічні компанії для проведення досліджень. Деякі капсули будуть продані як вілл найбагатшим мешканцям Землі, а інші будуть використовуватися як готелі для космічних туристів.
Передбачалося, що проект коштуватиме лише $3,7 млрд - дуже мало для подібних апаратів, - а на його будівництво потрібно 64 місяці. Однак Nautilus-X так і не вийшов за рамки первісних креслень та пропозицій.
Висновок
Поки що найімовірніший спосіб отримати імітацію гравітації, яка захистить корабель від наслідків прискорення та дасть постійне тяжіння без необхідності постійно використовувати двигуни – це виявити частинку з негативною масою. Усі частинки та античастинки, які вчені коли-небудь виявили, мають позитивну масу. Відомо, що негативна маса і гравітаційна маса рівні один одному, проте поки що дослідникам не вдавалося продемонструвати це знання на практиці.
Дослідники з експерименту ALPHA в ЦЕРН вже створили антиводень - стабільну форму нейтрального антиречовини - і працює над його ізоляцією від усіх інших частинок на дуже низьких швидкостях. Якщо вченим вдасться це зробити, ймовірно, найближчим часом штучна гравітація стане більш реальною, ніж зараз.
Текст роботи розміщено без зображень та формул.
Повна версія роботи доступна у вкладці "Файли роботи" у форматі PDF
Цілі та завдання дослідження
Метою моєї науково-дослідної роботи є розгляд такої фундаментальної взаємодії як гравітація, його явищ і проблема космічних поселень зі штучним тяжінням, розгляд особливостей використання різного виду двигунів для створення штучної гравітації, розвиток уявлень про життя в космосі в умовах штучної гравітації та вирішення проблем, що виникають при створення цього проекту, інтеграція патентів передових технологій до вирішення проблем штучної гравітації.
Актуальність дослідження.
Космічні поселення є видом космічних станцій, на яких людина змогла б проживати протягом тривалого часу або навіть все життя. Для створення таких поселень потрібно продумати всі необхідні умови для оптимальної життєдіяльності - систему життєзабезпечення, штучну силу тяжкості, захист від космічних впливів тощо. І хоча реалізувати всі умови досить складно, низка письменників-фантастів та інженерів вже створила кілька проектів, за якими, можливо, в майбутньому буде створено дивовижні космічні поселення.
Значимість та новизна дослідження.
Штучна гравітація є перспективним напрямом для досліджень, адже вона забезпечить довготривале перебування у космосі та можливість далеких космічних перельотів. Побудова космічних поселень може дати кошти на подальших досліджень; якщо запустити програму космічного туризму, що буде дуже дорогим задоволенням, космічні корпорації отримають додатковий потік фінансування, і дослідження можна буде проводити у всіх напрямках, не обмежуючись можливостями.
Гравітація. Гравітаційні явища. Гравітація.
Гравітація - один із чотирьох типів фундаментальних взаємодій, або іншими словами - така сила тяжіння, спрямована до центру маси будь-якого об'єкта та до центру мас скупчення об'єктів; що більше маса, то вище гравітація. При віддаленні від об'єкта сила тяжіння до нього прагне нуля, але у ідеальних умовах не зникає ніколи. Тобто, якщо уявити абсолютний вакуум без жодної зайвої частинки будь-якого походження, то в цьому просторі будь-які об'єкти, що володіють хоч нескінченно малою масою, за відсутності будь-яких інших зовнішніх сил будуть притягуватися один до одного на будь-якій нескінченно далекій відстані.
При мінімальних швидкостях гравітація описується механікою Ньютона. А при швидкостях, порівнянних зі швидкістю світла, гравітаційні явища описуються СТО.
А. Ейнштейна.
В рамках механіки Ньютона гравітація описується законом всесвітнього тяжіння, який свідчить, що два точкових (або сферичних) тіла притягуються один до одного з силою прямо пропорційною добутку мас цих тіл, обернено пропорційною квадрату відстані між ними і діючою вздовж прямої тіла, що з'єднує ці тіла.
У наближенні великих швидкостей гравітація пояснюється СТО, яка має два постулати:
Принцип відносності Ейнштейна, який говорить про те, що природні явища однаково протікають у всіх інерційних системах відліку.
Принцип сталості швидкості світла, який говорить про те, що швидкість світла у вакуумі постійна (суперечить закону складання швидкостей).
Для опису гравітації розроблено особливе розширення теорії відносності, у якому допускається кривизна простору-часу. Тим не менш, динаміка навіть у рамках СТО може включати гравітаційну взаємодію, поки потенціал гравітаційного поля набагато менший. Слід зазначити, що СТО перестає працювати у масштабах всього Всесвіту, вимагаючи заміни на ЗТО.
Гравітаційні явища.
Найяскравішим гравітаційним явищем вважається тяжіння. Також існує інше явище, пов'язане з гравітацією – невагомість.
Завдяки гравітаційним силам ми ходимо по землі, і наша планета існує, як і весь Всесвіт. Але що станеться, якщо ми покинемо планету? Ми відчуватимемо одне з яскравих гравітаційних явищ - невагомість. Невагомість - такий стан тіла, при якому на нього не діють ніякі сили крім гравітаційних, або скомпенсовані ці сили.
Астронавти, які перебувають на МКС, перебувають у стані невагомості, що негативно позначається на їхньому здоров'ї. При переході з умов земної гравітації до умов невагомості (насамперед при виході космічного корабля на орбіту), у більшості космонавтів спостерігається реакція організму, звана синдромом космічної адаптації. При тривалому (більше тижня) перебування людини в космосі відсутність гравітації починає викликати в організмі певні зміни, які мають негативний характер. Перший і очевидний наслідок невагомості — стрімке атрофування м'язів: мускулатура фактично вимикається з діяльності, у результаті погіршуються всі фізичні характеристики організму. Крім того, наслідком різкого зменшення активності м'язових тканин є скорочення споживання організмом кисню, і через надлишок гемоглобіну може знизитися діяльність кісткового мозку, що синтезує його. Також є підстави вважати, що обмеження рухливості порушує фосфорний обмін у кістках, що призводить до зниження їхньої міцності.
Для того, щоб позбутися негативних ефектів невагомості, необхідно створити штучне тяжіння в космосі.
Штучна гравітація та космічні поселення. Ранні дослідження XX ст.
Ціолковський запропонував теорію ефірних поселень, які були тором, який повільно обертається навколо своєї осі. Але тоді такі ідеї були утопією і всі його проекти залишилися на ескізах.
Перший опрацьований проект було запропоновано австрійським ученим Германом Нордрунгом у 1928 році. Це також була станція у формі тора, що включає житлові модулі, електрогенератор і астрономічний обсерваторний модуль.
Наступний проект був запропонований Вернером фон Брауном, провідним спеціалістом американської космічної програми, він також був тороподібною станцією, де люди жили б і працювали в приміщеннях, з'єднаних в один великий коридор. Проект Вернера був одним із пріоритетних напрямів НАСА до появи проекту Skylab у 60-х.
Skylab – перша та єдина національна орбітальна станція США, призначалася для технологічних, астрофізичних, медико-біологічних досліджень, а також для спостереження Землі. Запущена 14 травня 1973, прийняла три експедиції на кораблях «Аполлон» з травня 1973 по лютий 1974, зійшла з орбіти і зруйнувалася 11 липня 1979 року.
Далі в 1965 році Американським космічним товариством було висунуто припущення, що ідеальною формою для космічних поселень буде тор, оскільки всі модулі розташовані разом, сила тяжіння матиме максимальну величину. Проблема штучної гравітації представлялася багато в чому вирішеною.
Наступним проект висунув Джерард О'Нілл, він припускав створення колоній, для яких пропонується використовувати два гігантські розміри циліндра, ув'язнених у раму і обертаються в різні боки. Ці циліндри обертаються навколо своєї осі зі швидкістю близько 0,53 обороту за хвилину, рахунок чого у колонії створюється звична в людини сила тяжкості.
У 1975 р. Паркер висунув проект створення колонії діаметром 100 м і завдовжки 1 км, віддаленої відстань близько 400 000 км від Землі та Місяця і розрахованого на 10 000 людина. Обертання навколо поздовжньої осі зі швидкістю 1 обороту за 21 секунду створить у ньому близьку до земної гравітацію.
У 1977 р. науковим співробітником Дослідницького центру Еймса (НАСА) Річардом Джонсоном та професором Чарльзом Холброу з Університету Колгейта вийшла робота «Космічні поселення», в якій розглядалися перспективні дослідження поселень у формі тора.
У 1994 році під керівництвом д-ра Родні Гелловея за участю наукових співробітників та лаборантів Лабораторії Філіпса та Лабораторії Сандія, а також інших дослідницьких центрів ВПС США та Космічного дослідницького центру Аризонського університету було складено об'ємне керівництво для проектування космічних поселень у формі.
Сучасні дослідження.
Одним із сучасних проектів у галузі космічних поселень є Стендфордський тор, який є прямим нащадком ідей Вернера фон Брауна.
Стенфордський тор був запропонований НАСА протягом літа 1975 студентами Стенфордського університету з метою осмислити проект майбутніх космічних колоній. Пізніше Джерард О’Ніл представив свій «Острів Один» або «Сферу Бернала» як альтернативу тору. «Стенфордський тор», тільки в більш детальній версії, що є концепцією кільцеподібної космічної станції, що обертається, був представлений Вернером фон Брауном, а також австрійським інженером словенського походження Германом Поточником.
Він є тор діаметром близько 1,8 кілометра (для проживання 10 тисяч осіб, як описувалося в роботі 1975 року) і обертається навколо своєї осі (оборот за хвилину), створюючи на кільці штучну гравітацію в 0,9 - 1 g за рахунок відцентрової сили.
Сонячне світло надходить усередину через систему дзеркал. Кільце з'єднується зі маточкою через «спиці» -коридори для руху людей та вантажів до осі та назад. Ступиця – вісь обертання станції – найкраще підходить для стикувального вузла прийому космічних кораблів, оскільки штучна гравітація тут незначна: тут знаходиться нерухомий модуль, пристикований до осі станції.
Внутрішній простір тора є житловим, воно досить велике для створення штучної екосистеми, природного оточення і всередині подібно до довгої вузької льодовикової долині, чиї кінці, зрештою, згинаються вгору, щоб сформувати коло. Населення живе тут в умовах, подібних до густонаселеного передмістя, причому, всередині кільця є відділення для заняття сільським господарством, і житлова частина. (Додаток 1)
Космічні поселення та штучна гравітація в культурі. Elysium
Світи-кільця, якими вони представлені, наприклад, у фантастичному бойовику Елізіум або відеогрі Halo, є, мабуть, одними з найцікавіших ідей для космічних станцій майбутнього. В «Елізіумі» станція знаходиться близько до Землі і, якщо ігнорувати її розміри, має певну частку реалістичності. Проте найбільша проблема тут полягає у її «відкритості», що вже лише на вигляд — чиста фантастика.
"Можливо, найспірнішим питанням щодо станції "Елізіум" є її відкритість для космічного середовища".
«У фільмі показано, як космічний корабель просто сідає на лужок після того, як прилітає з відкритого космосу. Тут немає жодних стикувальних шлюзів тощо. Адже така станція має бути повністю ізольована від зовнішнього середовища. В іншому випадку атмосфера тут довго не затримається. Можливо, відкриті ділянки станції можна буде захистити якимось невидимим полем, яке дозволить сонячному світлу проникати всередину та підтримувати життя у висаджених тут рослинах та деревах. Але поки що це лише фантастика. Таких технологій немає».
Сама ідея станції у формі кілець чудова, але поки що нереалізована.
Star Wars
Майже кожен любитель науково-фантастичних фільмів знає, що таке «Зірка смерті». Це така велика сіра та кругла космічна станція з кіноепопеї «Зоряні війни», що зовні дуже нагадує Місяць. Це міжгалактичний знищувач планет, який по суті сам є штучною планетою, що складається зі сталі та населеної штурмовиками.
Чи можемо ми насправді побудувати таку штучну планету і борознити на ній простори галактики? Теоретично — так. Тільки на це знадобиться неймовірна кількість людських та фінансових ресурсів.
Питання будівництва «Зірки смерті» порушувалося навіть американським Білим будинком, після того, як суспільство надіслало відповідну петицію для розгляду. Офіційна відповідь влади гласила, що тільки на сталь для будівництва потрібно 852 000 000 000 000 000 доларів.
Але навіть якщо питання фінансів не було б пріоритетним, то людство не має технологій, щоб відтворити «Зірку смерті», оскільки необхідна величезна кількість енергії для її руху.
(Додаток 2)
Проблеми реалізації проекту космічних поселень.
Космічні поселення є перспективним напрямом у космічній галузі майбутнього, але як завжди є труднощі, які необхідно подолати для виконання цього завдання.
від радіації;
забезпечення тепла;
від сторонніх об'єктів;
Початкові капітальні витрати;
Внутрішні системи життєзабезпечення;
створення штучної сили тяжіння;
Захист від ворожих зовнішніх умов:
Є кілька шляхів вирішення проблеми.
Якщо потрібно порівняти ефективність різних типів двигунів, інженери зазвичай говорять про питому імпульс. Питома імпульс визначається як зміна імпульсу на одиницю маси витраченого палива. Таким чином, чим ефективніший двигун, тим менше палива потрібне для виведення ракети в космос. Імпульс, своєю чергою, є результатом дії сили протягом певного часу. Хімічні ракети, хоч і мають дуже великий потяг, працюють лише кілька хвилин, тому характеризуються дуже низьким питомим імпульсом. Іонні двигуни, здатні працювати роками, можуть мати високий питомий імпульс за дуже низької тяги.
Початкові капітальні витрати - цю проблему можна вирішити спільно, якщо люди відкладуть свої особисті амбіції і працюватимуть на благо великої мети. Адже лише від нас залежить майбутнє людства.
Внутрішні системи життєзабезпечення - вже зараз на МКС присутні системи для повторного використання води, але цього мало, за умови достатності місця на орбітальній станції можна знайти місце для оранжереї в якій будуть рости рослини, що виділяють максимум кисню, також має місце створення гідропонічних лабораторій для вирощування ГМО, які зможуть постачати продовольство все населення станції.
Створення штучної сили тяжіння не така вже й складна задача, як доставка величезної кількості палива необхідного для обертання станції.
Використовувати стандартний підхід та застосувати до вирішення проблеми реактивні двигуни. Розрахунки показують, що при використанні будь-якого відомого реактивного двигуна будуть потрібні величезні кількості палива, щоб утримувати станцію хоча б рік.
Питомий імпульс I (ЗРД) = 4,6
Питома імпульс I (РДТТ) = 2,65
Питома імпульс I (ЕРД) = 10
Питомий імпульс I (Плазмовий двигун) = 290
Така витрата палива за 1 рік, отже, використовувати реактивні двигуни нерозумно.
Моя ідея полягає у наступному.
Розглянемо елементарний випадок.
Нехай у нас є карусель, яка є нерухомою. Тоді, якщо ми закріпимо n число однополярних електромагнітів по краю каруселі так, щоб сила їхньої взаємодії була максимальною, отримаємо наступне: якщо ми включимо електромагніт №1 так що він буде діяти на електромагніт №2 з силою в x разів більше, ніж другий діє на перший, то згідно з III законом Ньютона сила дії електромагніту №1 на №2 з боку №2 буде компенсована силою реакції опори каруселі, що виведе карусель зі стану спокою. Тепер виключимо №1, піднімемо силу №2 до №1 і включимо №3 із силою, що дорівнює №2 на попередньому етапі і якщо продовжувати цю процедуру, то досягнемо обертання каруселі. Застосувавши цей спосіб до космічної станції ми отримаємо вирішення проблеми штучної гравітації.
(Додаток 3).
Захист від ворожих умов середовища
Захист від радіації патент № 2406661
патентовласник Ребеко Олексій Геннадійович
Винахід відноситься до методів та засобів захисту екіпажу та обладнання від іонізуючого випромінювання (заряджених частинок високої енергії) при космічних польотах. Згідно винаходу навколо космічного апарату створюють захисне статичне електричне або магнітне поле, яке локалізують в просторі між двома вкладеними один в одного замкнутими поверхнями, що не торкаються. Захищений простір космічного апарату обмежено внутрішньою поверхнею, а зовнішня поверхня ізолює апарат і простір, що захищається від міжпланетної плазми. Форма поверхонь може бути довільною. При використанні електричного захисного поля на вказаних поверхнях утворюють заряди однієї величини та протилежного знака. У такому конденсаторі електричне поле зосереджено у просторі між поверхнями-обкладками. У разі магнітного поля поверхнями пропускають струми протилежного напрямку, а співвідношення сили струмів підбирають так, щоб мінімізувати значення залишкового поля зовні. Бажана форма поверхонь у цьому випадку – тороїдальна, для забезпечення суцільного захисту. Під дією сили Лоренца заряджені частинки рухатимуться по криволінійних траєкторіях, що відхиляють, або замкнутим орбітам між поверхнями. Можливе одночасне застосування електричного та магнітного поля між поверхнями. При цьому в простір між поверхнями може бути поміщений матеріал для поглинання заряджених частинок: наприклад, рідкий водень, вода або поліетилен. Технічний результат винаходу спрямований на створення надійного, суцільного (геометрично безперервного) захисту від космічної радіації, на спрощення конструкції засобів захисту та зниження енерговитрат на підтримку захисного поля.
Забезпечення тепла патент №2148540
патентовласникВідкрите акціонерне товариство "Ракетно-космічна корпорація "Енергія" ім. С.П. Корольова"
Система терморегулювання космічного апарату та орбітальної станції, що містить замкнуті контури охолодження та обігріву, пов'язані через, принаймні, один проміжний рідинно-рідинний теплообмінник, системи управління та вимірювання, клапанно-розподільчу та дренажно-заправну арматуру, при цьому контур обігріву , газорідинні та змійникові теплообмінники та термоплати, а в контурі охолодження послідовно встановлені, принаймні, один спонукач циркуляції, регулятор витрати рідини, один вихід якого підключений через перший зворотний клапан до входу змішувача потоків теплоносія, а інший через другий зворотний клапан - до входу радіаційного теплообмінника, вихід якого підключений до другого входу змішувача потоків, вихід змішувача потоків пов'язаний з'єднувальним трубопроводом з теплоприймальною порожниною проміжного рідинно-рідинного теплообмінника, вихід з якої підключений до спонукача циркуляції, на сполучному трубопроводі встановлені датчики температури, електрично пов'язані через систему управління рідини, яка відрізняється тим, що в контур охолодження додатково введені два електронасосні агрегати, причому вхід першого електронасосного агрегату через фільтр підключений до виходу теплоносія з теплоприймальної порожнини проміжного рідинно-рідинного теплообмінника, а його вихід підключений до другого зворотного клапана і паралельно, через фільтр другого електронасосного агрегату, вихід якого підключений до першого зворотного клапана, при цьому кожен електронасосний агрегат забезпечений датчиком перепаду тиску, а на трубопроводі, що з'єднує вихід змішувача потоків з теплоприймальною порожниною рідинно-рідинного теплообмінника, встановлено додатковий датчик температури, електрично пов'язаний через систему управління з першим електронасосним агрегатом.
Захист від сторонніх об'єктів
Існує безліч способів захисту від сторонніх тіл.
Використовувати нестандартні двигуни, такі як електромагнітний прискорювач зі змінним питомим імпульсом;
Обернути астероїд пластиковим сонячним вітрилом, що відбиває, використовуючи вкриту алюмінієм плівку типу PET;
«Пофарбувати» або посипати об'єкт діоксидом титану (білий колір) або сажею (чорний), щоб викликати ефект Ярковськогота змінити його траєкторію;
Вчений-планетолог Юджин Шумейкер у 1996 році запропонував випускати хмара пари на шляху об'єктадля його обережного уповільнення. Нік Забо в 1990 році намалював схожий задум, «аеродинамічний гальмування комети»: комета або льодова конструкція націлюється на астероїд, після чого ядерні вибухи випаровують лід та формується тимчасова атмосфера на шляху астероїду;
Прикріпити до астероїда важкий баласт, щоб за допомогою усунення центру тяжіння змінити його траєкторію;
Використати лазерну абляцію;
Використовувати ударно-хвильовий випромінювач;
Ще один «безконтактний» метод був нещодавно запропонований вченими Ц. Бомбарделі та Дж. Пелез із Технічного університету Мадрида. У ньому пропонується використовувати іонну гарматуз низькою дивергенцією, спрямовану на астероїд з корабля, що знаходиться поруч. Кінетична енергія, що передається через іони, що доходять до поверхні астероїда, як і у випадку з гравітаційним буксиром створить слабку, але постійну силу, здатну відхилити астероїд, і при цьому буде використовуватися більш легкий корабель.
Підрив ядерного пристроюнад, або під поверхнею астероїда є потенційним варіантом відображення загрози. Оптимальна висота вибуху залежить від складу та розміру об'єкта. У разі загрози з боку купи уламків, щоб уникнути їхнього розсіювання, пропонується зробити радіаційну імплозію, тобто підрив над поверхнею. При вибуху енергія, що вивільнилася, у вигляді нейтронів і м'яких рентгенівських випромінювань (які не проникають крізь речовину) перетворюється на тепло при досягненні поверхні об'єкта. Тепло перетворює речовину об'єкта на викид, і він зійде з траєкторії, наслідуючи третій закон Ньютона, викид попрямує в один бік, а об'єкт — на протилежний.
Електромагнітна катапульта- Це автоматична система, що розташовується на астероїді, що випускає речовину, з якої він складається, в космос. Тим самим він повільно зрушується та втрачає масу. Електромагнітна катапульта повинна працювати як система з низьким питомим імпульсом: використовувати багато палива, але мало енергії.
Сенс полягає в тому, що якщо використовувати речовину астероїда як паливо, то кількість палива не така важлива, як кількість енергії, яка, найімовірніше, буде обмежена.
Ще один можливий спосіб - розташувати електромагнітну катапульту на Місяці, націливши її на навколоземний об'єкт, для того, щоб скористатися орбітальною швидкістю природного супутника та його необмеженим запасом «кам'яних куль».
Висновок.
Проаналізувавши подану інформацію стає зрозуміло, що штучна гравітація — це цілком реальне явище, яке матиме широке застосування в космічній галузі, як тільки ми подолаємо всі труднощі, пов'язані з цим проектом.
Космічні поселення я бачу у тому вигляді, який запропонував фон Браун: тороподібні світи з оптимальним використанням простору та із застосуванням передових технологій для забезпечення тривалої життєдіяльності, а саме:
Обертання станції відбуватиметься за принципом, який я описав у розділі Створення штучної гравітації. Але через те, що окрім обертання відбуватиметься рух у просторі, доцільно встановити на стацію коригувальні двигуни.
Гідропоніка
Рослини не потрібно багато поливати. Води витрачається набагато менше, ніж при вирощуванні на ґрунті на городі. Незважаючи на це, при правильному доборі мінеральних речовин та компонентів рослини не пересихатимуть чи гнитимуть. Це відбувається за рахунок отримання достатньої кількості кисню.
Великим плюсом є те, що такий метод дозволяє захистити рослини від багатьох хвороб та шкідників. Самі рослини не вбиратимуть у себе шкідливі речовини з ґрунту.
Відтак буде максимальна врожайність, що повністю покриє потреби мешканців станції.
Конденсація вологи із повітря.
Очищення використаної води.
Переробка урини та твердих відходів.
Використання передових технологій для забезпечення потреб станції:
Регенерація води
За енергозабезпечення відповідатиме кластер ядерних реакторів, які будуть екрановані згідно з патентом № 2406661 адаптованого на витіснення радіоактивних частинок за межі станції.
Завдання зі створення космічних поселень важке, але здійсненне. Я сподіваюся, що в найближчому майбутньому, зважаючи на швидкий розвиток науки і техніки, всі необхідні передумови для створення та розвитку космічних поселень на основі штучної гравітації будуть виконані. Мій посильний внесок у цю потрібну справу буде оцінено. Майбутнє людства лежить у освоєнні космосу та переходу на новий, перспективніший, екологічно чистий виток спіралі розвитку людства.
Програми
Додаток 1. Стенфордський тор
Додаток 2. Зірка смерті, Елізіум.
Додаток 3. Схема обертального руху.
Рівнодійна сил у першому наближенні (тільки взаємодія магнітів). У результаті станція здійснює обертальний рух. Що нам і потрібне.
Список літератури
АЛЯКРИНСЬКИЙ. Людина живе у космосі. Невагомість: плюс чи мінус?
Барер, М. Ракетні двигуни.
Добровольський, М. Рідкісні ракетні двигуни. Основи проектування.
Дорофєєв, А. Основи теорії теплових ракетних двигунів
Матвєєв. Механіка та теорія відносності: Підручник для студентів вузів.
М'якішів. Молекулярна фізика та термодинаміка.
М'якішів. фізика. Механіка.
М'якішів. фізика. Електродинаміка.
Рассел, Д. Гідропоніка.
Санько. Астрономічний словник.
Сивухін. Загальний курс фізики
Фейнман. Фейнманівські лекції з гравітації.
Ціолковський. Праці з ракетної техніки.
Шилейка. В океані енергія.
Голубєв І.Р. та Новіков Ю.В. Навколишнє середовище та його охорона
Захлібний О.М. Книга для читання з охорони навколишнього середовища
Звєрєв І. Охорона природи та екологічне виховання школярів.
Іванов А.Ф. Фізичний експеримент із екологічним змістом.
Кисельов С.В. Демонстрація парникового ефекту.
Інтернет ресурси:
https://ua.wikipedia.org/wiki/Заголовна_сторінка
http://www.roscosmos.ru
http://allpatents.ru
Помістіть людину в космос, подалі від гравітаційних пут земної поверхні, і вона відчуватиме невагомість. Хоча всі маси Всесвіту все ще впливатимуть на нього гравітаційно, вони також будуть притягувати і будь-який космічний апарат, в якому знаходиться людина, тому плаватиме. І все ж таки по телевізору нам показували, що екіпаж якогось космічного судна цілком успішно ходить ногами по підлозі за будь-яких умов. І тому використовується штучна гравітація, створювана установками на борту фантастичного судна. Наскільки це є близьким до реальної науки?
Капітан Габріель Лорка на містку "Діскавері" під час імітації битви з клінгонцями. Весь екіпаж притягується штучною силою тяжіння, і це ніби вже канон
Щодо гравітації, великим відкриттям Ейнштейна став принцип еквівалентності: при рівномірному прискоренні система відліку не відрізняється від гравітаційного поля. Якби ви були на ракеті і не могли бачити Всесвіт через ілюмінатор, ви б і поняття не мали про те, що відбувається: чи вас тягне вниз сила гравітації чи прискорення ракети в певному напрямку? Такою була ідея, що призвела до загальної теорії відносності. Через 100 років це найправильніший опис гравітації та прискорення, який нам відомий.
Ідентична поведінка м'яча, що падає на підлогу в ракеті (ліворуч) і на Землі (праворуч), демонструє принцип еквівалентності Ейнштейна
Є й інший трюк, як пише Ітан Зігель, який ми можемо використати, якщо захочемо: ми можемо змусити обертатися космічний корабель. Замість лінійного прискорення (на зразок тяги ракети) можна змусити працювати доцентрове прискорення, щоб людина на борту відчувала зовнішній корпус космічного корабля, що підштовхує його до центру. Такий прийом був використаний у «Космічній одіссеї 2001 року», і якби ваш космічний корабель був досить великим, штучна сила тяжіння була б невідмінною від справжньої.
Тільки одне але. Три ці типи прискорення - гравітаційне, лінійне і обертальне - єдині, які ми можемо використовувати для імітації ефектів гравітації. І це велика проблема для космічного апарату.
Концепт станції 1969 року, яка мала збиратися на орбіті з відпрацьованих етапів програми «Аполлон». Станція мала обертатися на своїй центральній осі для створення штучної гравітації.
Чому? Тому що якщо ви хочете відправитися в іншу зіркову систему, вам потрібно буде прискорити ваш корабель, щоб туди дістатися, а потім уповільнити його після прибуття. Якщо ви не зможете захистити себе від цих прискорень, на вас чекає катастрофа. Наприклад, щоб прискоритися до повного імпульсу в «Зоряному шляху», до кількох відсотків світлової швидкості, доведеться зазнати прискорення в 4000 g. Це у 100 разів більше прискорення, яке починає перешкоджати кровотоку в тілі.
Запуск космічного шатла «Колумбія» в 1992 показав, що прискорення протікає протягом тривалого періоду. Прискорення космічного корабля буде набагато вище, і людське тіло не зможе з ним впоратися
Якщо ви не хочете бути невагомим під час тривалої подорожі - щоб не піддавати себе жахливому біологічному зносу на кшталт втрати м'язової та кісткової маси - на тіло постійно має діяти сила. Для будь-якої іншої сили це легко зробити. У електромагнетизмі, наприклад, можна було б розмістити екіпаж у провідній кабіні, і безліч зовнішніх електричних полів просто зникли б. Можна було б розмістити дві паралельні пластини всередині та отримати постійне електричне поле, що виштовхує заряди у певному напрямку.
Якби гравітація працювала так само.
Такого поняття, як гравітаційний провідник, просто не існує, як і можливості убезпечити себе від гравітаційної сили. Неможливо створити однорідне гравітаційне поле області простору, наприклад, між двома пластинами. Чому? Тому що на відміну від електричної сили, що генерується позитивними та негативними зарядами, існує лише один тип гравітаційного заряду, і це є маса-енергія. Гравітаційна сила завжди притягує, і від неї нікуди не втекти. Ви можете лише використовувати три типи прискорення - гравітаційне, лінійне та обертальне.
Переважна більшість кварків та лептонів у Всесвіті складається з матерії, але у кожного з них існують і античастинки з антиматерії, гравітаційні маси яких не визначені
Єдиний спосіб, за допомогою якого можна було б створити штучну гравітацію, яка захистить вас від наслідків прискорення вашого корабля і забезпечить постійну тягу «вниз» без прискорення, буде доступний, якщо ви відкриєте частинки негативної гравітаційної маси. Всі частинки та античастинки, які ми знайшли досі, мають позитивну масу, але ці маси інерційні, тобто про них можна судити тільки при створенні або прискоренні частки. Інерційна маса та гравітаційна маса однакові для всіх частинок, які ми знаємо, але ми ніколи не перевіряли свою ідею на антиматерії чи античастинки.
В даний час проводяться експерименти саме з цієї частини. Експеримент ALPHA в ЦЕРН створив антиводень: стабільну форму нейтральної антиматерії і працює над ізолюванням її від інших частинок. Якщо експеримент буде досить чутливим, ми зможемо виміряти, як античастка потрапляє до гравітаційного поля. Якщо падає вниз, як і звичайна речовина, то вона має позитивну гравітаційну масу і її можна використовувати для будівництва гравітаційного провідника. Якщо падає в гравітаційному полі нагору, це все змінює. Лише результат, і штучна гравітація може раптово стати можливою.
Можливість отримання штучної гравітації неймовірно приваблює нас, але ґрунтується на існуванні негативної гравітаційної маси. може бути такою масою, але ми поки що цього не довели
Якщо антиматерія має негативну гравітаційну масу, то при створенні поля зі звичайної речовини та стелі з антиречовини ми могли б створити поле штучної гравітації, яке завжди тягло б вас донизу. Створивши гравітаційно-провідну оболонку у вигляді корпусу нашого космічного корабля, ми б захистили екіпаж від сил надшвидкого прискорення, які інакше стали б смертельними. І що найкрутіше, люди в космосі не відчували б більше негативних фізіологічних ефектів, які сьогодні мають астронавти. Але доки ми не знайдемо частку з негативною гравітаційною масою, штучна гравітація виходитиме лише за рахунок прискорення.