Các chuyến bay vào vũ trụ dài hạn, khám phá các hành tinh khác, điều mà các nhà văn khoa học viễn tưởng Isaac Asimov, Stanislav Lem, Alexander Belyaev và những người khác đã viết trước đây, sẽ trở thành hiện thực hoàn toàn có thể nhờ vào kiến thức. Vì bằng cách tái tạo lại mức trọng lực của trái đất, chúng ta sẽ có thể tránh được những hậu quả tiêu cực của tình trạng vi trọng lực (không trọng lượng) đối với con người (teo cơ, rối loạn cảm giác, vận động và tự chủ). Nghĩa là, hầu như bất cứ ai muốn đều có thể đi vào vũ trụ, bất kể đặc điểm thể chất của cơ thể họ như thế nào. Đồng thời, thời gian ở trên tàu vũ trụ của bạn sẽ trở nên thoải mái hơn. Mọi người sẽ có thể sử dụng các thiết bị và tiện nghi hiện có quen thuộc với họ (ví dụ: vòi sen, nhà vệ sinh).
Trên Trái đất, mức trọng lực được xác định bởi gia tốc trọng trường, trung bình bằng 9,81 m/s 2 (“quá tải” 1 g), trong khi ở trong không gian, trong điều kiện không trọng lượng, xấp xỉ 10 -6 g. K.E. Tsiolkovsky trích dẫn sự tương đồng giữa cảm giác về trọng lượng cơ thể khi ngâm mình trong nước hoặc nằm trên giường với trạng thái không trọng lượng trong không gian.
“Trái đất là cái nôi của tâm hồn, nhưng bạn không thể sống mãi trong cái nôi”.
“Thế giới lẽ ra phải đơn giản hơn nữa.”
Konstantin Tsiolkovsky
Điều thú vị là đối với sinh học hấp dẫn, khả năng tạo ra các điều kiện hấp dẫn khác nhau sẽ là một bước đột phá thực sự. Có thể nghiên cứu: cấu trúc, chức năng ở cấp độ vi mô và vĩ mô thay đổi như thế nào, các mô hình dưới tác động của lực hấp dẫn ở các cường độ và hướng khác nhau. Ngược lại, những khám phá này sẽ giúp phát triển một hướng khá mới - liệu pháp hấp dẫn. Khả năng và hiệu quả của việc sử dụng những thay đổi về trọng lực (tăng so với Trái đất) để điều trị đang được xem xét. Chúng ta cảm thấy trọng lực tăng lên, như thể cơ thể trở nên nặng hơn một chút. Ngày nay, nghiên cứu đang được tiến hành về việc sử dụng liệu pháp trọng lực để điều trị bệnh cao huyết áp, cũng như để phục hồi mô xương khi bị gãy xương.
(trọng lực nhân tạo) trong hầu hết các trường hợp đều dựa trên nguyên lý tương đương giữa lực quán tính và trọng lực. Nguyên lý tương đương nói rằng chúng ta cảm nhận được gia tốc chuyển động gần như giống nhau mà không cần phân biệt nguyên nhân gây ra nó: trọng lực hay lực quán tính. Ở phiên bản đầu tiên, gia tốc xảy ra do ảnh hưởng của trường hấp dẫn, ở phiên bản thứ hai, do gia tốc chuyển động của hệ quy chiếu phi quán tính (một hệ chuyển động có gia tốc) nơi con người đang ở. Ví dụ, một tác động tương tự của lực quán tính xảy ra với một người trong thang máy (hệ quy chiếu phi quán tính) khi tăng tốc đột ngột (với gia tốc, cảm giác như thể cơ thể trở nên nặng hơn trong vài giây) hoặc phanh gấp (cảm giác sàn nhà đang dịch chuyển ra xa dưới chân mình). Theo quan điểm vật lý: khi thang máy đi lên, gia tốc chuyển động của cabin cộng thêm gia tốc rơi tự do trong hệ phi quán tính. Khi chuyển động đồng đều được phục hồi, hiện tượng tăng cân sẽ biến mất, tức là cảm giác trọng lượng cơ thể thông thường sẽ quay trở lại.
Ngày nay, giống như gần 50 năm trước, máy ly tâm được sử dụng để tạo ra trọng lực nhân tạo (gia tốc ly tâm được sử dụng khi các hệ thống không gian quay). Nói một cách đơn giản, trong quá trình trạm vũ trụ quay quanh trục của nó, gia tốc ly tâm sẽ xảy ra, điều này sẽ “đẩy” một người ra khỏi tâm quay và kết quả là phi hành gia hoặc các vật thể khác sẽ có thể ở trên “ sàn nhà". Để hiểu rõ hơn về quá trình này và những khó khăn mà các nhà khoa học gặp phải, chúng ta hãy xem công thức xác định lực ly tâm khi quay một máy ly tâm:
F=m*v 2 *r, trong đó m là khối lượng, v là tốc độ tuyến tính, r là khoảng cách từ tâm quay.
Tốc độ tuyến tính bằng: v=2π*rT, trong đó T là số vòng quay trên giây, π ≈3,14…
Nghĩa là, tàu vũ trụ quay càng nhanh và phi hành gia càng ở xa trung tâm thì lực hấp dẫn nhân tạo được tạo ra sẽ càng mạnh.
Nhìn kỹ hình vẽ, chúng ta có thể nhận thấy rằng với bán kính nhỏ, lực hấp dẫn tác dụng lên đầu và chân của một người sẽ khác biệt đáng kể, từ đó sẽ gây khó khăn cho việc di chuyển.
Khi phi hành gia di chuyển theo hướng quay sẽ xuất hiện lực Coriolis. Trong trường hợp này, khả năng cao người đó sẽ liên tục bị say tàu xe. Điều này có thể tránh được nếu con tàu quay với tần số 2 vòng/phút, tạo ra lực hấp dẫn nhân tạo 1g (như trên Trái đất). Nhưng bán kính sẽ là 224 mét (khoảng ¼ km, khoảng cách này tương đương với chiều cao của một tòa nhà 95 tầng hoặc chiều dài của hai cây gỗ đỏ lớn). Tức là về mặt lý thuyết có thể xây dựng một trạm quỹ đạo hoặc một tàu vũ trụ cỡ này. Nhưng trên thực tế, điều này đòi hỏi phải tiêu tốn đáng kể nguồn lực, công sức và thời gian, trong bối cảnh các thảm họa toàn cầu đang đến gần (xem báo cáo
) trực tiếp nhân đạo hơn để giúp đỡ thực sự những người đang cần giúp đỡ.
Do không thể tái tạo lại mức trọng lực cần thiết cho một người trên trạm quỹ đạo hoặc tàu vũ trụ, các nhà khoa học quyết định nghiên cứu khả năng “hạ thấp thanh cố định”, tức là tạo ra lực hấp dẫn nhỏ hơn lực hấp dẫn trên Trái đất. Điều đó cho thấy rằng hơn nửa thế kỷ nghiên cứu vẫn chưa thể thu được kết quả khả quan. Điều này không có gì đáng ngạc nhiên vì trong các thí nghiệm, họ cố gắng tạo ra các điều kiện trong đó lực quán tính hoặc các lực khác sẽ có tác dụng tương tự như tác dụng của trọng lực lên Trái đất. Nghĩa là, hóa ra trọng lực nhân tạo trên thực tế không phải là trọng lực.
Ngày nay trong khoa học chỉ có những lý thuyết về lực hấp dẫn là gì, hầu hết đều dựa trên lý thuyết tương đối. Hơn nữa, không cái nào trong số chúng là hoàn chỉnh (không giải thích diễn biến, kết quả của bất kỳ thí nghiệm nào trong bất kỳ điều kiện nào, và bên cạnh đó, đôi khi nó không phù hợp với các lý thuyết vật lý khác đã được xác nhận bằng thực nghiệm). Không có kiến thức và hiểu biết rõ ràng: trọng lực là gì, lực hấp dẫn có liên quan như thế nào với không gian và thời gian, nó gồm những hạt gì và tính chất của chúng là gì. Có thể tìm thấy câu trả lời cho những câu hỏi này và nhiều câu hỏi khác bằng cách so sánh thông tin được trình bày trong cuốn sách “Ezoosmos” của A. Novykh và báo cáo VẬT LÝ ALLATRA NGUYÊN TẮC. đưa ra một cách tiếp cận hoàn toàn mới dựa trên kiến thức cơ bản về các nguyên lý cơ bản của vật lý hạt cơ bản, mô hình tương tác của chúng. Nghĩa là, dựa trên sự hiểu biết sâu sắc về bản chất của quá trình hấp dẫn và do đó, khả năng tính toán chính xác để tái tạo bất kỳ giá trị nào của điều kiện hấp dẫn cả trong không gian và trên Trái đất (liệu pháp hấp dẫn), dự đoán kết quả của những thí nghiệm có thể tưởng tượng được và không thể tưởng tượng được được thực hiện bởi cả con người và thiên nhiên.
VẬT LÝ ALLATRA NGUYÊN TẮC không chỉ là vật lý. Nó mở ra các giải pháp khả thi cho các vấn đề phức tạp. Nhưng quan trọng nhất, nhờ kiến thức về các quá trình xảy ra ở cấp độ hạt và hành động thực tế, mỗi người có thể hiểu được ý nghĩa cuộc sống của mình, hiểu cách hệ thống hoạt động và tích lũy kinh nghiệm thực tế khi tiếp xúc với thế giới tâm linh. Để nhận ra tính toàn cầu và tính ưu việt của Tâm linh, thoát ra khỏi những giới hạn khuôn khổ/khuôn mẫu của ý thức, vượt ra ngoài giới hạn của hệ thống, để tìm thấy Tự do Đích thực.
“Như người ta nói, khi bạn có chìa khóa vạn năng trong tay (kiến thức cơ bản về các hạt cơ bản), bạn có thể mở bất kỳ cánh cửa nào (của thế giới vi mô và vĩ mô).”
“Trong những điều kiện như vậy, một sự chuyển đổi mới về chất của nền văn minh sang dòng chính của sự phát triển tinh thần, kiến thức khoa học quy mô lớn về thế giới và bản thân là có thể.”
“Mọi thứ áp bức một người trên thế giới này, từ những suy nghĩ ám ảnh, những cảm xúc hung hãn cho đến kết thúc bằng những ham muốn rập khuôn của một người tiêu dùng ích kỷ. ‒ đây là kết quả của sự lựa chọn ủng hộ lĩnh vực tư tế của một người- một hệ thống trí tuệ vật chất thường xuyên khai thác loài người. Nhưng nếu một người đi theo sự lựa chọn về khởi đầu tâm linh của mình, thì người đó sẽ có được sự bất tử. Và không có tôn giáo nào trong lĩnh vực này, nhưng có kiến thức về vật lý, những nền tảng nguyên thủy của nó.”
Elena Fedorova
Trong không gian, mặc dù toàn bộ khối lượng trong Vũ trụ đều chịu tác dụng của lực hấp dẫn, nhưng như thường lệ, không có cảm giác “lên” và “xuống” như trên Trái đất, vì tàu vũ trụ và mọi thứ trên tàu đều được gia tốc bởi trọng lực như nhau. tỷ lệ.
Nếu bạn đặt một người vào không gian, tránh xa ảnh hưởng của lực hấp dẫn mà anh ta trải qua trên bề mặt Trái đất, anh ta sẽ cảm thấy không trọng lượng. Mặc dù tất cả khối lượng của Vũ trụ sẽ tiếp tục thu hút anh ta, nhưng chúng sẽ tiếp tục thu hút con tàu vũ trụ, vì vậy người đó sẽ “nổi” vào bên trong. Trong các phim truyền hình và điện ảnh như Star Trek, Star Wars, Battlestar Galactica và nhiều phim khác, chúng ta luôn được chứng kiến cách các thành viên thủy thủ đoàn đứng vững trên sàn tàu, bất kể các điều kiện khác. Điều này đòi hỏi khả năng tạo ra trọng lực nhân tạo - nhưng xét theo các định luật vật lý mà chúng ta biết ngày nay thì đây là một nhiệm vụ quá khó khăn. 
Thuyền trưởng Gabriel Lorca trên cầu tàu Discovery trong trận chiến mô phỏng với quân Klingon. Toàn bộ đội bị kéo “xuống” bởi trọng lực nhân tạo – ngày nay công nghệ này đã vượt xa khoa học viễn tưởng.
Một bài học quan trọng từ nguyên lý tương đương có liên quan đến lực hấp dẫn: hệ quy chiếu gia tốc đều không thể phân biệt được với trường hấp dẫn. Nếu bạn đang ở trong một tên lửa và không thể nhìn ra ngoài, bạn sẽ không có cách nào hiểu được chuyện gì đang xảy ra: bạn đang bị trọng lực đẩy "xuống" hay do gia tốc đều của tên lửa theo một hướng? Ý tưởng này đã dẫn tới việc xây dựng nên thuyết tương đối tổng quát, và hơn một trăm năm sau, nó là sự mô tả chính xác nhất về lực hấp dẫn và gia tốc mà chúng ta biết đến.
Hành vi giống hệt nhau của một quả bóng rơi xuống sàn trong một tên lửa đang tăng tốc và trên Trái đất thể hiện nguyên lý tương đương của Einstein
Có một thủ thuật khác mà chúng ta có thể sử dụng: làm cho con tàu quay. Thay vì gia tốc tuyến tính (lực tăng tốc của tên lửa), bạn có thể nhận được gia tốc ly tâm, trong đó người trên tàu sẽ có cảm giác như đang bị thân tàu kéo đi. Bộ phim “2001: A Space Odyssey” nổi tiếng về điều này, và lực này, với một con tàu đủ lớn, sẽ không thể phân biệt được với lực hấp dẫn.
Nhưng đó là tất cả. Ba loại gia tốc - hấp dẫn, tuyến tính và quay - là những lực duy nhất mà chúng ta sử dụng có tác dụng hấp dẫn. Và đối với những người trên tàu vũ trụ, đây là một vấn đề rất lớn.
Một ý tưởng năm 1969 về một trạm vũ trụ được cho là sẽ được lắp ráp trên quỹ đạo từ các tầng Apollo đã qua sử dụng. Trạm được cho là quay quanh trục trung tâm và tạo ra trọng lực nhân tạo.
Tại sao? Bởi vì để du hành đến một hệ sao khác, bạn sẽ phải tăng tốc tàu trên đường tới đó và giảm tốc độ khi đến nơi. Nếu bạn không thể chống lại những gia tốc này, bạn sẽ thất bại. Ví dụ: để tăng tốc tới "tốc độ xung" của Star Trek, một vài phần trăm tốc độ ánh sáng, người ta sẽ phải chịu đựng gia tốc 4.000 g trong một giờ. Đó là tốc độ gấp 100 lần sẽ ngăn máu chảy qua cơ thể bạn - một tình huống khá khó chịu cho dù bạn nhìn nó như thế nào.
Việc phóng tàu con thoi Columbia vào năm 1992 cho thấy việc tăng tốc của tên lửa không xảy ra ngay lập tức mà kéo dài khá lâu, nhiều phút. Tàu vũ trụ phải có gia tốc lớn hơn nhiều so với khả năng chịu đựng của cơ thể con người.
Hơn nữa, trừ khi bạn muốn trở nên không trọng lượng trong một hành trình dài và chịu những tác động sinh học khủng khiếp như loãng xương và mù không gian, bạn cần phải có một lực không đổi tác động lên cơ thể mình. Đối với các lực khác ngoài trọng lực, điều này sẽ không thành vấn đề. Ví dụ, đối với nhiễu điện từ, có thể đặt lệnh trong một lớp vỏ dẫn điện và điều này sẽ loại bỏ tất cả các trường điện từ bên ngoài. Và khi đó bên trong có thể bố trí hai tấm song song và tổ chức một điện trường không đổi sẽ buộc các điện tích chuyển động theo một hướng nhất định.
Ôi, giá như trọng lực cũng hoạt động theo cách tương tự.
Sơ đồ nguyên lý của một tụ điện, hai bản dẫn song song có điện tích bằng nhau và trái dấu, tạo ra một điện trường giữa chúng
Không có “dây dẫn hấp dẫn” và không có cách nào để bảo vệ bạn khỏi trọng lực. Không thể tạo ra trường hấp dẫn đồng đều giữa bất kỳ tấm nào trong một khu vực không gian nhất định. Lý do là, không giống như điện, được tạo ra bởi các điện tích dương và âm, “điện tích” hấp dẫn có một loại, năng lượng khối lượng. Lực hấp dẫn luôn thu hút và không thể làm gì được nó. Bạn sẽ phải cố gắng hết sức với ba loại gia tốc có sẵn - trọng lực, tuyến tính và quay.
Phần lớn các quark và lepton trong Vũ trụ bao gồm vật chất, nhưng trong mỗi chúng còn có các hạt phản vật chất, khối lượng hấp dẫn của chúng chưa được xác định
Cách duy nhất để tạo ra lực hấp dẫn nhân tạo có thể bảo vệ bạn khỏi tác động của gia tốc tàu và cho bạn lực kéo "đi xuống" liên tục mà không tăng tốc là khám phá ra một loại khối lượng hấp dẫn âm mới. Tất cả các hạt và phản hạt mà chúng ta đã phát hiện đều có khối lượng dương, nhưng đây là những khối lượng quán tính, tức là những khối lượng liên quan đến gia tốc hoặc sự tạo thành các hạt (nghĩa là đây là m từ các phương trình F = ma và E = mc 2). Chúng tôi đã chỉ ra rằng khối lượng quán tính và khối lượng hấp dẫn là như nhau đối với mọi hạt đã biết, nhưng vẫn chưa tiến hành những thử nghiệm đủ kỹ lưỡng đối với phản vật chất và phản hạt.
Sự hợp tác ALPHA đã tiến gần hơn so với các thí nghiệm khác trong việc đo hành vi của phản vật chất trung tính trong trường hấp dẫn
Và các thí nghiệm đang được tiến hành trong lĩnh vực này ngay bây giờ! Thí nghiệm ALPHA tại CERN đã tạo ra phản hydro, một dạng phản vật chất trung tính ổn định và hiện đang nghiên cứu cách ly nó khỏi tất cả các hạt khác ở tốc độ thấp. Nếu nó đủ nhạy, chúng ta sẽ có thể đo được phản vật chất sẽ chuyển động theo hướng nào trong trường hấp dẫn. Nếu nó rơi xuống như bình thường thì khối lượng hấp dẫn của nó lớn hơn 0 và không thể dùng nó để tạo ra vật dẫn hấp dẫn. Nhưng nếu nó tăng lên, nó sẽ thay đổi mọi thứ. Một kết quả thí nghiệm duy nhất sẽ đột nhiên biến lực hấp dẫn nhân tạo thành hiện thực về mặt vật lý.
Khả năng có lực hấp dẫn nhân tạo rất hấp dẫn nhưng nó đòi hỏi sự tồn tại của khối lượng hấp dẫn âm. Phản vật chất có thể trở thành một khối lượng như vậy, nhưng điều này vẫn chưa được biết rõ.
Nếu phản vật chất có khối lượng hấp dẫn âm, thì bằng cách làm trần phòng bằng phản vật chất và sàn nhà bằng vật chất, chúng ta có thể tạo ra một trường hấp dẫn nhân tạo liên tục kéo bạn “xuống”. Bằng cách chế tạo vỏ tàu từ một dây dẫn hấp dẫn, chúng tôi sẽ bảo vệ mọi người bên trong nó khỏi lực gia tốc cực cao, nếu không sẽ gây tử vong. Và điều tuyệt vời nhất là con người trong không gian sẽ không còn phải chịu những tác động tiêu cực về mặt sinh lý, từ rối loạn chức năng tiền đình đến teo cơ tim, gây khó chịu cho các phi hành gia hiện đại. Nhưng cho đến khi chúng ta khám phá ra một hạt (hoặc tập hợp các hạt) có khối lượng hấp dẫn âm, lực hấp dẫn nhân tạo chỉ có thể đạt được thông qua gia tốc.
Các vấn đề với hệ thống tiền đình không phải là hậu quả duy nhất của việc tiếp xúc kéo dài với môi trường vi trọng lực. Các phi hành gia dành hơn một tháng trên ISS thường bị rối loạn giấc ngủ, chức năng tim mạch chậm và đầy hơi.
NASA gần đây đã hoàn thành một thí nghiệm trong đó các nhà khoa học nghiên cứu bộ gen của hai anh em sinh đôi: một trong số họ dành gần một năm trên ISS, người còn lại chỉ thực hiện những chuyến bay ngắn và dành phần lớn thời gian trên Trái đất. Việc ở lại không gian lâu dài dẫn đến thực tế là 7% DNA của phi hành gia đầu tiên đã thay đổi mãi mãi - chúng ta đang nói về các gen liên quan đến hệ thống miễn dịch, hình thành xương, thiếu oxy và lượng carbon dioxide dư thừa trong cơ thể.
NASA so sánh hai phi hành gia song sinh để xem cơ thể con người thay đổi như thế nào trong không gian
Trong điều kiện vi trọng lực, một người sẽ buộc phải không hoạt động: chúng ta không nói về các phi hành gia ở lại ISS, mà là về những chuyến bay vào không gian sâu. Để tìm hiểu chế độ như vậy sẽ ảnh hưởng như thế nào đến sức khỏe của các phi hành gia, Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) đã đặt 14 tình nguyện viên nằm trên giường nghiêng đầu trong 21 ngày. Thí nghiệm sẽ thử nghiệm các phương pháp mới nhất để chống lại tình trạng không trọng lượng - chẳng hạn như chế độ tập luyện và dinh dưỡng được cải thiện - dự kiến sẽ do NASA và Roscosmos cùng thực hiện.
Nhưng nếu con người quyết định gửi tàu tới Sao Hỏa hoặc Sao Kim thì sẽ cần đến những giải pháp cực đoan hơn - trọng lực nhân tạo.
Làm thế nào trọng lực có thể tồn tại trong không gian
Trước hết, cần hiểu rằng lực hấp dẫn tồn tại ở khắp mọi nơi - ở một số nơi nó yếu hơn, ở những nơi khác nó mạnh hơn. Và không gian bên ngoài cũng không ngoại lệ.
ISS và các vệ tinh liên tục chịu tác động của lực hấp dẫn: nếu một vật thể ở trên quỹ đạo, nó sẽ rơi quanh Trái đất, nói một cách đơn giản. Hiệu ứng tương tự xảy ra nếu bạn ném một quả bóng về phía trước - trước khi nó chạm đất, nó sẽ bay một chút về hướng ném. Nếu bạn ném bóng mạnh hơn, nó sẽ bay xa hơn. Nếu bạn là Siêu nhân, và quả bóng là động cơ tên lửa, nó sẽ không rơi xuống đất mà sẽ bay xung quanh và tiếp tục quay, dần dần đi vào quỹ đạo.
Lực hấp dẫn vi mô giả định rằng những người bên trong con tàu không ở trên không - họ rơi từ con tàu xuống, sau đó rơi vòng quanh Trái đất.
Vì trọng lực là lực hút giữa hai khối lượng nên chúng ta ở trên bề mặt Trái đất khi đi trên đó, thay vì lơ lửng trên bầu trời. Trong trường hợp này, toàn bộ khối lượng của Trái đất thu hút khối lượng cơ thể chúng ta về trung tâm của nó.
Khi tàu đi vào quỹ đạo, chúng trôi nổi tự do trong không gian vũ trụ. Chúng vẫn chịu lực hấp dẫn của Trái đất, nhưng con tàu và các vật thể hoặc hành khách trong đó cũng chịu lực hấp dẫn theo cách tương tự. Các thiết bị hiện có không đủ lớn để tạo ra sức hút đáng chú ý nên người và đồ vật trong đó không đứng trên sàn mà “lơ lửng” trong không trung.
Cách tạo trọng lực nhân tạo
Trọng lực nhân tạo như vậy không tồn tại; để tạo ra nó, một người cần phải tìm hiểu mọi thứ về trọng lực tự nhiên. Trong khoa học viễn tưởng có khái niệm mô phỏng trọng lực: nó cho phép phi hành đoàn tàu vũ trụ đi lại trên boong tàu và các vật thể đứng trên đó.
Về lý thuyết, có hai cách để tạo ra lực hấp dẫn mô phỏng và cả hai cách này đều chưa được sử dụng trong đời thực. Đầu tiên là việc sử dụng lực hướng tâm để mô phỏng trọng lực. Con tàu hoặc nhà ga phải là một cấu trúc giống bánh xe bao gồm nhiều đoạn quay liên tục.
Theo khái niệm này, gia tốc hướng tâm của thiết bị, đẩy các mô-đun về phía trung tâm, sẽ tạo ra lực hấp dẫn hoặc các điều kiện tương tự như trên Trái đất. Khái niệm này đã được thể hiện trong 2001: A Space Odyssey của Stanley Kubrick và Interstellar của Christopher Nolan.
Ý tưởng về thiết bị tạo ra gia tốc hướng tâm mô phỏng trọng lực
Tác giả của dự án này được coi là nhà khoa học và kỹ sư tên lửa người Đức Wernher von Braun, người lãnh đạo việc phát triển tên lửa Saturn 5, đưa phi hành đoàn Apollo 11 và một số phương tiện có người lái khác lên Mặt trăng.
Với tư cách là giám đốc Trung tâm bay không gian Marshall của NASA, von Braun đã phổ biến ý tưởng của nhà khoa học người Nga Konstantin Tsiolkovsky về việc tạo ra một trạm vũ trụ hình xuyến dựa trên thiết kế trung tâm gợi nhớ đến bánh xe đạp. Nếu một bánh xe quay trong không gian thì quán tính và lực ly tâm có thể tạo ra một loại trọng lực nhân tạo kéo các vật về phía chu vi bên ngoài của bánh xe. Điều này sẽ cho phép con người và robot đi lại trên sàn như trên Trái đất, thay vì lơ lửng trên không như trên ISS.
Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm đáng kể: tàu vũ trụ càng nhỏ thì phải quay càng nhanh - điều này sẽ dẫn đến sự xuất hiện của cái gọi là lực Cornolis, trong đó những điểm nằm xa tâm sẽ bị ảnh hưởng bởi trọng lực mạnh hơn những điểm đó. gần nó hơn. Nói cách khác, trọng lực trên đầu của các phi hành gia sẽ mạnh hơn trên chân của họ, điều mà họ sẽ không thích.
Để tránh hiệu ứng này, kích thước của con tàu phải lớn hơn vài lần so với kích thước của một sân bóng đá - việc đưa một thiết bị như vậy vào quỹ đạo sẽ cực kỳ tốn kém, vì chi phí cho một kg hàng hóa khi phóng thương mại dao động từ 1,5 nghìn USD. tới 3 nghìn USD.
Một phương pháp khác để tạo mô phỏng trọng lực thực tế hơn nhưng cũng cực kỳ tốn kém - chúng ta đang nói về phương pháp tăng tốc. Nếu con tàu lần đầu tiên tăng tốc trên một đoạn đường nhất định, sau đó quay đầu lại và bắt đầu giảm tốc độ thì tác dụng của trọng lực nhân tạo sẽ phát sinh.
Để thực hiện phương pháp này, cần phải có nguồn nhiên liệu dự trữ khổng lồ - thực tế là các động cơ phải hoạt động gần như liên tục, ngoại trừ thời gian nghỉ ngắn giữa hành trình - khi tàu quay đầu.
Ví dụ thực tế
Bất chấp chi phí phóng tàu vũ trụ mô phỏng trọng lực cao, các công ty trên thế giới đang cố gắng chế tạo những con tàu và trạm như vậy.
Gateway Foundation, một tổ chức nghiên cứu có kế hoạch xây dựng một trạm quay trên quỹ đạo Trái đất, đang cố gắng thực hiện ý tưởng của Von Braun. Người ta cho rằng các viên nang sẽ được đặt xung quanh chu vi của bánh xe, có thể được các công ty hàng không vũ trụ công và tư nhân mua để nghiên cứu. Một số viên nang sẽ được bán làm biệt thự cho những cư dân giàu có nhất thế giới, trong khi những viên nang khác sẽ được sử dụng làm khách sạn cho khách du lịch vũ trụ. Tiết lộ khái niệm về tàu vũ trụ quay với các mô-đun bơm hơi, Nautilus-X, sẽ làm giảm tác động của vi trọng lực lên các nhà khoa học. trên tàu.
Người ta cho rằng dự án sẽ chỉ tiêu tốn 3,7 tỷ USD - rất ít cho những thiết bị như vậy - và sẽ mất 64 tháng để xây dựng. Tuy nhiên, Nautilus-X chưa bao giờ vượt quá những bản vẽ và đề xuất ban đầu.
Phần kết luận
Hiện tại, cách khả thi nhất để thu được trọng lực mô phỏng sẽ bảo vệ con tàu khỏi tác động của gia tốc và cung cấp trọng lực không đổi mà không cần sử dụng động cơ liên tục là phát hiện một hạt có khối lượng âm. Mọi hạt và phản hạt mà các nhà khoa học từng phát hiện đều có khối lượng dương. Người ta biết rằng khối lượng âm và khối lượng hấp dẫn bằng nhau, nhưng cho đến nay các nhà nghiên cứu vẫn chưa thể chứng minh kiến thức này trong thực tế.
Các nhà nghiên cứu tại thí nghiệm ALPHA tại CERN đã tạo ra phản hydro - một dạng phản vật chất trung tính ổn định - và đang nỗ lực tách nó ra khỏi tất cả các hạt khác ở tốc độ rất thấp. Nếu các nhà khoa học làm được điều này, rất có thể trong tương lai gần lực hấp dẫn nhân tạo sẽ trở nên thực tế hơn hiện nay.
Nội dung tác phẩm được đăng tải không có hình ảnh, công thức.
Phiên bản đầy đủ của tác phẩm có sẵn trong tab "Tệp công việc" ở định dạng PDF
Mục đích và mục tiêu của nghiên cứu
Mục đích công việc nghiên cứu của tôi là xem xét các tương tác cơ bản như trọng lực, các hiện tượng của nó và vấn đề lắng đọng không gian với trọng lực nhân tạo, xem xét các đặc điểm của việc sử dụng các loại động cơ khác nhau để tạo ra trọng lực nhân tạo, phát triển các ý tưởng về sự sống trong không gian trong điều kiện trọng lực nhân tạo và giải quyết các vấn đề phát sinh khi tạo ra dự án này, việc tích hợp các bằng sáng chế về công nghệ tiên tiến để giải quyết các vấn đề về trọng lực nhân tạo.
Sự liên quan của nghiên cứu.
Các khu định cư trong không gian là một loại trạm vũ trụ nơi con người có thể sống trong một khoảng thời gian dài hoặc thậm chí cả đời. Để tạo ra những khu định cư như vậy, bạn cần suy nghĩ kỹ tất cả các điều kiện cần thiết cho hoạt động sống tối ưu - hệ thống hỗ trợ sự sống, trọng lực nhân tạo, bảo vệ khỏi ảnh hưởng của không gian, v.v. Và mặc dù khá khó để thực hiện tất cả các điều kiện, một số nhà văn và kỹ sư khoa học viễn tưởng đã tạo ra một số dự án có lẽ sẽ tạo ra những khu định cư không gian đáng kinh ngạc trong tương lai.
Ý nghĩa và tính mới của nghiên cứu.
Trọng lực nhân tạo là một lĩnh vực nghiên cứu đầy hứa hẹn vì nó sẽ mang lại khả năng lưu trú lâu dài trong không gian và khả năng thực hiện các chuyến bay vào vũ trụ đường dài. Việc xây dựng các khu định cư trong không gian có thể cung cấp kinh phí cho việc thăm dò thêm; Nếu chúng tôi khởi động một chương trình du lịch vũ trụ, đây sẽ là một niềm vui rất tốn kém, các tập đoàn vũ trụ sẽ nhận được một nguồn tài trợ bổ sung và nghiên cứu có thể được thực hiện theo mọi hướng mà không bị giới hạn bởi khả năng.
Trọng lực. Hiện tượng hấp dẫn. Trọng lực.
Lực hấp dẫn là một trong bốn loại tương tác cơ bản, hay nói cách khác - lực hấp dẫn hướng vào tâm khối lượng của bất kỳ vật thể nào và hướng tới khối tâm của một cụm vật thể; khối lượng càng lớn thì trọng lực càng cao. Khi bạn di chuyển ra xa một vật, lực hút về phía nó có xu hướng bằng 0, nhưng trong những điều kiện lý tưởng, nó không bao giờ biến mất chút nào. Nghĩa là, nếu chúng ta tưởng tượng một chân không tuyệt đối không có thêm một hạt có nguồn gốc nào, thì trong không gian này, bất kỳ vật thể nào có khối lượng thậm chí vô cùng nhỏ, khi không có bất kỳ ngoại lực nào khác, sẽ bị hút vào nhau ở bất kỳ khoảng cách vô cùng nào. khoảng cách.
Ở tốc độ thấp, lực hấp dẫn được mô tả bằng cơ học Newton. Và ở tốc độ tương đương tốc độ ánh sáng, hiện tượng hấp dẫn được mô tả bằng STR
A. Einstein.
Trong khuôn khổ cơ học Newton, lực hấp dẫn được mô tả bằng định luật vạn vật hấp dẫn, trong đó phát biểu rằng hai vật thể điểm (hoặc hình cầu) hút nhau với một lực tỷ lệ thuận với tích các khối lượng của chúng, tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng và tác dụng dọc theo đường thẳng nối các vật thể này.
Trong phép tính gần đúng tốc độ cao, lực hấp dẫn được giải thích bằng thuyết tương đối hẹp, có hai tiên đề:
Nguyên lý tương đối của Einstein, trong đó phát biểu rằng các hiện tượng tự nhiên xảy ra như nhau trong mọi hệ quy chiếu quán tính.
Nguyên lý không đổi của tốc độ ánh sáng, trong đó phát biểu rằng tốc độ ánh sáng trong chân không là không đổi (mâu thuẫn với định luật cộng tốc độ).
Để mô tả lực hấp dẫn, một phần mở rộng đặc biệt của thuyết tương đối đã được phát triển, cho phép làm cong không-thời gian. Tuy nhiên, động lực ngay cả trong khuôn khổ STR có thể bao gồm tương tác hấp dẫn, miễn là thế năng trường hấp dẫn nhỏ hơn nhiều. Cũng cần lưu ý rằng STR ngừng hoạt động trên quy mô toàn bộ Vũ trụ, cần phải thay thế bằng GTR.
Hiện tượng hấp dẫn.
Hiện tượng hấp dẫn nổi bật nhất được coi là lực hút. Ngoài ra còn có một hiện tượng khác liên quan đến trọng lực - không trọng lượng.
Nhờ lực hấp dẫn, chúng ta bước đi trên trái đất và hành tinh của chúng ta tồn tại giống như toàn bộ Vũ trụ. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta rời khỏi hành tinh này? Chúng ta sẽ trải nghiệm một trong những hiện tượng hấp dẫn sáng nhất - không trọng lượng. Không trọng lượng là trạng thái của một vật thể trong đó không có lực nào khác ngoài lực hấp dẫn tác dụng lên nó hoặc các lực này được bù trừ.
Các phi hành gia lưu trú trên ISS đều ở trạng thái không trọng lượng, ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe. Khi chuyển từ điều kiện trọng lực của trái đất sang điều kiện không trọng lượng (chủ yếu là khi tàu vũ trụ đi vào quỹ đạo), hầu hết các phi hành gia đều trải qua một phản ứng sinh vật gọi là hội chứng thích ứng với không gian. Khi một người ở trong không gian trong thời gian dài (hơn một tuần), việc thiếu trọng lực bắt đầu gây ra những thay đổi tiêu cực nhất định trong cơ thể. Hậu quả đầu tiên và rõ ràng nhất của tình trạng không trọng lượng là sự teo cơ nhanh chóng: các cơ thực sự bị tắt khỏi hoạt động của con người, kết quả là tất cả các đặc điểm thể chất của cơ thể đều xấu đi. Ngoài ra, hậu quả của việc giảm mạnh hoạt động của mô cơ là giảm mức tiêu thụ oxy của cơ thể, và do lượng hemoglobin dư thừa dẫn đến hoạt động tổng hợp oxy của tủy xương có thể giảm. Cũng có lý do để tin rằng khả năng vận động hạn chế sẽ làm gián đoạn quá trình chuyển hóa phốt pho trong xương, dẫn đến giảm sức mạnh.
Để loại bỏ những tác động tiêu cực của tình trạng không trọng lượng, cần phải tạo ra lực hấp dẫn nhân tạo trong không gian.
Trọng lực nhân tạo và sự định cư của không gian. Nghiên cứu đầu thế kỷ 20.
Tsiolkovsky đề xuất lý thuyết về sự định cư của ether, đó là một hình xuyến quay chậm quanh trục của nó. Nhưng vào thời điểm đó những ý tưởng như vậy là điều không tưởng và tất cả các dự án của ông vẫn chỉ là bản phác thảo.
Dự án phát triển đầu tiên được đề xuất bởi nhà khoa học người Áo Hermann Nordrung vào năm 1928. Nó cũng là một trạm hình xuyến, bao gồm các mô-đun cư trú, một máy phát điện và một mô-đun quan sát thiên văn.
Dự án tiếp theo được đề xuất bởi Wernher von Braun, một chuyên gia hàng đầu trong chương trình không gian của Mỹ; đây cũng là một trạm hình xuyến, nơi mọi người sẽ sống và làm việc trong các phòng nối thành một hành lang lớn. Dự án của Werner là một trong những ưu tiên của NASA cho đến khi dự án Skylab ra đời vào những năm 60.
Skylab, trạm quỹ đạo quốc gia đầu tiên và duy nhất của Hoa Kỳ, được thiết kế cho nghiên cứu công nghệ, vật lý thiên văn, y học và sinh học cũng như quan sát Trái đất. Ra mắt vào ngày 14 tháng 5 năm 1973, đã tổ chức ba sứ mệnh Apollo từ tháng 5 năm 1973 đến tháng 2 năm 1974, ngừng hoạt động và sụp đổ vào ngày 11 tháng 7 năm 1979.
Hơn nữa, vào năm 1965, Hiệp hội Vũ trụ Hoa Kỳ gợi ý rằng hình dạng lý tưởng cho các khu định cư trong không gian sẽ là hình xuyến, vì tất cả các mô-đun được đặt cùng nhau nên lực hấp dẫn sẽ có giá trị tối đa. Vấn đề về trọng lực nhân tạo dường như đã được giải quyết phần lớn.
Dự án tiếp theo được đưa ra bởi Gerard O'Neill, ông đã hình dung ra việc tạo ra các thuộc địa, trong đó người ta đề xuất sử dụng hai hình trụ có kích thước khổng lồ, được đặt trong một khung và quay theo các hướng khác nhau. Những hình trụ này quay quanh trục của chính chúng với tốc độ khoảng 0,53 vòng mỗi phút, nhờ đó lực hấp dẫn quen thuộc với con người được tạo ra trong thuộc địa.
Năm 1975, Parker đưa ra dự án tạo ra một thuộc địa có đường kính 100 m và chiều dài 1 km, nằm cách Trái đất và Mặt trăng khoảng 400.000 km và được thiết kế cho 10.000 người. Chuyển động quay quanh trục dọc với tốc độ 1 vòng/21 giây sẽ tạo ra lực hấp dẫn gần bằng trọng lực Trái đất.
Năm 1977, nhà nghiên cứu Richard Johnson của Trung tâm Nghiên cứu Ames của NASA và Giáo sư Charles Holbrow của Đại học Colgate đã xuất bản bài báo Các khu định cư không gian, trong đó xem xét nghiên cứu đầy hứa hẹn về các khu định cư hình xuyến.
Năm 1994, dưới sự chỉ đạo của Tiến sĩ Rodney Galloway, với sự tham gia của các nhà khoa học và nhà khoa học phòng thí nghiệm tại Phòng thí nghiệm Phillips và Phòng thí nghiệm Sandia, cũng như các trung tâm nghiên cứu khác của Không quân Hoa Kỳ và Trung tâm Nghiên cứu Vũ trụ của Đại học Arizona, một khối lượng lớn sổ tay được biên soạn để thiết kế các khu định cư không gian hình xuyến.
Nghiên cứu hiện đại.
Một trong những dự án hiện đại trong lĩnh vực định cư trong không gian là Stanford Torus, là hậu duệ trực tiếp từ ý tưởng của Wernher von Braun.
Stanford Torus được các sinh viên Đại học Stanford đề xuất với NASA vào mùa hè năm 1975 để lên ý tưởng cho thiết kế của các thuộc địa không gian trong tương lai. Gerard O'Neill sau đó đã giới thiệu "Island One" hay "Bernal Sphere" của mình như một giải pháp thay thế cho hình xuyến. "Stanford Torus", chỉ ở dạng chi tiết hơn, thể hiện khái niệm trạm vũ trụ quay hình vòng, được trình bày bởi Wernher von Braun, cũng như bởi kỹ sư người Áo gốc Slovenia Hermann Potocnik.
Đó là một hình xuyến có đường kính khoảng 1,8 km (dành cho 10 nghìn người sinh sống, như được mô tả trong công trình năm 1975) và quay quanh trục của nó (vòng mỗi phút), tạo ra lực hấp dẫn nhân tạo 0,9 - 1 g trên vòng nhờ lực ly tâm.
Ánh sáng mặt trời chiếu qua hệ thống gương. Vòng được kết nối với trục thông qua các “nan hoa” - hành lang cho sự di chuyển của người và hàng hóa tới trục và ngược lại. Trung tâm, trục quay của trạm, phù hợp nhất cho trạm tiếp nhận tàu vũ trụ, vì trọng lực nhân tạo ở đây không đáng kể: có một mô-đun cố định được gắn vào trục của trạm.
Phần bên trong của hình xuyến có thể ở được, đủ rộng để tạo ra một hệ sinh thái nhân tạo, một môi trường tự nhiên và bên trong giống như một thung lũng băng dài và hẹp mà các đầu cuối cùng cong lên tạo thành một vòng tròn. Dân cư ở đây sống trong điều kiện tương tự như một vùng ngoại ô đông dân cư, bên trong vòng tròn có các ngành nông nghiệp và một khu dân cư. (Phụ lục 1)
Định cư không gian và trọng lực nhân tạo trong văn hóa. Chốn thiên đường
Thế giới vòng tròn, chẳng hạn như những thế giới được mô tả trong bộ phim hành động khoa học viễn tưởng Elysium hay trò chơi điện tử Halo, có lẽ là một trong những ý tưởng thú vị nhất cho các trạm vũ trụ trong tương lai. Ở Elysium, nhà ga nằm gần Trái đất và nếu bạn bỏ qua kích thước của nó thì sẽ có một mức độ chân thực nhất định. Tuy nhiên, vấn đề lớn nhất ở đây là “tính mở” của nó, vốn chỉ mang tính tưởng tượng thuần túy về bề ngoài.
“Có lẽ vấn đề gây tranh cãi nhất về Trạm Elysium là tính cởi mở của nó đối với môi trường không gian.”
“Bộ phim cho thấy con tàu vũ trụ chỉ đơn giản hạ cánh trên một bãi cỏ sau khi đến từ ngoài vũ trụ. Không có cổng nối hoặc bất cứ thứ gì tương tự. Nhưng trạm như vậy phải cách ly hoàn toàn với môi trường bên ngoài. Nếu không, bầu không khí ở đây sẽ không kéo dài được lâu. Có lẽ các khu vực mở của nhà ga có thể được bảo vệ bởi một loại trường vô hình nào đó cho phép ánh sáng mặt trời xuyên qua bên trong và hỗ trợ sự sống cho thực vật và cây trồng ở đó. Nhưng hiện tại đây chỉ là tưởng tượng. Không có công nghệ nào như vậy."
Ý tưởng về một nhà ga có hình chiếc nhẫn thật tuyệt vời nhưng cho đến nay vẫn chưa thể thực hiện được.
Chiến tranh giữa các vì sao
Hầu như mọi người hâm mộ phim khoa học viễn tưởng đều biết Death Star là gì. Đây là một trạm vũ trụ hình tròn và màu xám lớn trong bộ phim sử thi Chiến tranh giữa các vì sao, trông rất giống Mặt trăng. Đây là một tàu khu trục hành tinh liên thiên hà, về cơ bản bản thân nó là một hành tinh nhân tạo được làm bằng thép và là nơi sinh sống của những người lính bão.
Chúng ta thực sự có thể xây dựng một hành tinh nhân tạo như vậy và đi lang thang khắp thiên hà trên đó không? Về lý thuyết thì có. Chỉ riêng điều này thôi đã đòi hỏi một lượng lớn nguồn nhân lực và tài chính.
Vấn đề xây dựng Death Star thậm chí còn được Nhà Trắng Mỹ nêu ra sau khi tổ chức này gửi kiến nghị tương ứng để xem xét. Phản hồi chính thức từ chính quyền là chỉ riêng thép xây dựng sẽ cần 852.000.000.000.000.000 USD.
Nhưng ngay cả khi vấn đề tài chính không phải là ưu tiên hàng đầu, thì nhân loại cũng không có công nghệ để tái tạo Ngôi sao chết, vì cần một lượng năng lượng khổng lồ để di chuyển nó.
(Phụ lục 2)
Vướng mắc trong triển khai dự án tái định cư.
Định cư không gian là một hướng đi đầy hứa hẹn trong ngành vũ trụ trong tương lai, nhưng luôn có những khó khăn cần phải vượt qua để hoàn thành nhiệm vụ này.
từ bức xạ;
cung cấp nhiệt;
từ vật thể lạ;
Chi phí vốn ban đầu;
Hệ thống hỗ trợ sự sống bên trong;
Tạo ra trọng lực nhân tạo;
Bảo vệ khỏi các điều kiện bên ngoài thù địch:
Có một số cách để giải quyết vấn đề.
Khi so sánh hiệu suất của các loại động cơ khác nhau, các kỹ sư thường nói về xung lực cụ thể. Xung riêng được định nghĩa là sự thay đổi xung trên một đơn vị khối lượng nhiên liệu tiêu thụ. Do đó, động cơ càng hiệu quả thì càng cần ít nhiên liệu để phóng tên lửa vào vũ trụ. Ngược lại, xung là kết quả của tác dụng của một lực trong một thời gian nhất định. Tên lửa hóa học, mặc dù có lực đẩy rất cao nhưng chỉ hoạt động trong vài phút và do đó có xung lượng riêng rất thấp. Động cơ ion, có khả năng hoạt động trong nhiều năm, có thể có xung lượng riêng cao với lực đẩy rất thấp.
Chi phí vốn ban đầu - vấn đề này có thể được giải quyết cùng nhau nếu mọi người gác lại tham vọng cá nhân và làm việc vì lợi ích lớn hơn. Suy cho cùng, tương lai của nhân loại chỉ phụ thuộc vào chúng ta.
Hệ thống hỗ trợ sự sống bên trong - hiện nay trên ISS đã có hệ thống tái sử dụng nước, nhưng điều này là chưa đủ, miễn là có đủ không gian trên trạm quỹ đạo, bạn có thể tìm một nơi cho nhà kính trong đó các loại cây giải phóng oxy tối đa sẽ phát triển ; Ngoài ra còn có việc thành lập các phòng thí nghiệm thủy canh để trồng GMO để có thể cung cấp thực phẩm cho toàn bộ dân số của trạm.
Tạo ra trọng lực nhân tạo không phải là một nhiệm vụ khó khăn như cung cấp lượng nhiên liệu khổng lồ cần thiết để quay trạm.
Sử dụng cách tiếp cận tiêu chuẩn và áp dụng động cơ phản lực để giải quyết vấn đề. Các tính toán cho thấy việc sử dụng bất kỳ động cơ phản lực nào đã biết đều cần lượng nhiên liệu khổng lồ để vận hành trạm trong ít nhất một năm.
Xung riêng I (LPRE) = 4,6
Xung riêng I (động cơ tên lửa đẩy nhiên liệu rắn) = 2,65
Xung riêng I (EP) = 10
Xung riêng I (Động cơ plasma) = 290
Đây là mức tiêu hao nhiên liệu trong 1 năm nên việc sử dụng động cơ phản lực là không khôn ngoan.
Ý tưởng của tôi là thế này.
Hãy xem xét một trường hợp cơ bản.
Hãy để chúng tôi có một băng chuyền bất động. Khi đó, nếu ta cố định n số nam châm điện đơn cực dọc theo mép của băng chuyền sao cho lực tương tác của chúng là lớn nhất thì ta được kết quả sau: nếu ta bật nam châm điện số 1 để nó tác dụng lên nam châm điện số 2 bằng một lực thứ hai lớn hơn x lần lực thứ hai tác dụng lên thứ nhất thì theo định luật III Newton, lực tác dụng của nam châm điện số 1 lên số 2 từ phía số 2 sẽ được bù bằng phản lực của giá đỡ băng chuyền , điều này sẽ khiến băng chuyền ngừng hoạt động. Bây giờ tắt số 1, nâng cường độ số 2 lên số 1 và bật số 3 với lực bằng số 2 ở giai đoạn trước và nếu tiếp tục quy trình này, chúng ta sẽ đạt được vòng quay của băng chuyền. Bằng cách áp dụng phương pháp này vào trạm vũ trụ, chúng ta sẽ thu được lời giải cho bài toán trọng lực nhân tạo.
(Phụ lục 3).
Bảo vệ khỏi các điều kiện môi trường thù địch
Bằng sáng chế bảo vệ bức xạ № 2406661
người giữ bằng sáng chế Alexey Gennadievich Rebeko
Sáng chế liên quan đến các phương pháp và phương tiện bảo vệ phi hành đoàn và thiết bị khỏi bức xạ ion hóa (các hạt mang điện có năng lượng cao) trong các chuyến bay vào vũ trụ. Theo sáng chế, một điện trường hoặc từ trường tĩnh bảo vệ được tạo ra xung quanh tàu vũ trụ, được định vị trong khoảng không giữa hai bề mặt khép kín, không tiếp xúc lồng vào nhau. Không gian được bảo vệ của tàu vũ trụ bị giới hạn bởi bề mặt bên trong và bề mặt bên ngoài cô lập tàu vũ trụ và không gian được bảo vệ khỏi plasma liên hành tinh. Hình dạng của các bề mặt có thể tùy ý. Khi sử dụng điện trường bảo vệ, các điện tích có cùng độ lớn và trái dấu được tạo ra trên các bề mặt này. Trong một tụ điện như vậy, điện trường tập trung ở khoảng trống giữa các bề mặt bản tụ. Trong trường hợp từ trường, dòng điện ngược chiều được truyền qua các bề mặt và tỷ lệ cường độ dòng điện được chọn sao cho giá trị của trường dư bên ngoài là cực tiểu. Hình dạng mong muốn của các bề mặt trong trường hợp này là hình xuyến, để đảm bảo sự bảo vệ liên tục. Dưới tác dụng của lực Lorentz, các hạt tích điện sẽ chuyển động theo quỹ đạo lệch hoặc quỹ đạo khép kín giữa các bề mặt. Có thể tác dụng đồng thời điện trường và từ trường giữa các bề mặt. Trong trường hợp này, một vật liệu thích hợp có thể được đặt vào khoảng trống giữa các bề mặt để hấp thụ các hạt tích điện: ví dụ như hydro lỏng, nước hoặc polyetylen. Kết quả kỹ thuật của sáng chế nhằm tạo ra sự bảo vệ đáng tin cậy, liên tục (liên tục về mặt hình học) khỏi bức xạ vũ trụ, đơn giản hóa việc thiết kế thiết bị bảo vệ và giảm chi phí năng lượng để duy trì trường bảo vệ.
Cung cấp bằng sáng chế nhiệt №2148540
Người giữ bằng sáng chế Công ty cổ phần mở "Tập đoàn tên lửa và vũ trụ" Năng lượng "được đặt theo tên của S.P. Korolev"
Hệ thống điều khiển nhiệt của tàu vũ trụ và trạm quỹ đạo, bao gồm các mạch làm mát và sưởi ấm khép kín được kết nối thông qua ít nhất một bộ trao đổi nhiệt chất lỏng-lỏng trung gian, hệ thống điều khiển và đo lường, các van phân phối và phụ kiện làm đầy thoát nước, trong khi mạch gia nhiệt có chứa bộ kích thích tuần hoàn , bộ trao đổi nhiệt dạng khí-lỏng và cuộn dây và tấm nhiệt, và trong mạch làm mát, ít nhất một bộ kích thích tuần hoàn, bộ điều chỉnh dòng chất lỏng, một đầu ra của chúng được nối qua van một chiều thứ nhất với đầu vào của bộ trộn dòng chất làm mát, và cái còn lại thông qua van một chiều thứ hai đến bộ trao đổi nhiệt bức xạ đầu vào, đầu ra của nó được nối với đầu vào thứ hai của bộ trộn dòng, đầu ra của bộ trộn dòng được nối bằng đường ống nối với khoang nhận nhiệt của bộ trung gian bộ trao đổi nhiệt chất lỏng-lỏng, đầu ra của nó được kết nối với bộ kích thích tuần hoàn, cảm biến nhiệt độ được lắp đặt trên đường ống kết nối, được kết nối điện thông qua hệ thống điều khiển với chất lỏng điều chỉnh dòng chảy, đặc trưng ở chỗ hai bộ bơm điện được đưa thêm vào mạch làm mát và đầu vào của bộ bơm điện thứ nhất được kết nối qua bộ lọc với đầu ra chất làm mát từ khoang nhận nhiệt của bộ trao đổi nhiệt chất lỏng-lỏng trung gian, và đầu ra của nó được kết nối với van một chiều thứ hai và song song, thông qua một bộ lọc đến đầu vào một bộ bơm điện thứ hai, đầu ra của nó được kết nối với van một chiều thứ nhất, mỗi bộ bơm điện được trang bị một cảm biến áp suất chênh lệch và một cảm biến nhiệt độ bổ sung được lắp đặt trên đường ống nối đầu ra của máy trộn dòng chảy có khoang nhận nhiệt của bộ trao đổi nhiệt lỏng-lỏng, được kết nối điện qua hệ thống điều khiển với bộ phận bơm điện đầu tiên.
Bảo vệ chống lại các vật thể lạ
Có nhiều cách để bảo vệ khỏi vật thể lạ.
Sử dụng động cơ không chuẩn, chẳng hạn như máy gia tốc điện từ có xung riêng thay đổi;
Bọc một tiểu hành tinh trong một cánh buồm mặt trời bằng nhựa phản chiếu sử dụng màng PET phủ nhôm;
"Sơn" hoặc rắc một vật thể bằng titan dioxide (màu trắng) hoặc muội than (màu đen) để gây ra hiệu ứng Yarkovsky và thay đổi quỹ đạo của nó;
Nhà khoa học hành tinh Eugene Shoemaker cầu hôn năm 1996 giải phóng một đám mây hơi nước trên đường đi của một vật thểđể nhẹ nhàng làm chậm nó lại. Nick Zabo đã đưa ra ý tưởng tương tự vào năm 1990, "phanh khí động học của sao chổi": Một sao chổi hoặc cấu trúc băng nhắm vào một tiểu hành tinh, sau đó vụ nổ hạt nhân làm bốc hơi băng và tạo thành bầu khí quyển tạm thời trên đường đi của tiểu hành tinh;
Gắn vật dằn nặng vào tiểu hành tinh để thay đổi quỹ đạo của nó bằng cách dịch chuyển trọng tâm;
Sử dụng phương pháp cắt bỏ bằng laser;
Sử dụng máy phát sóng xung kích;
Một phương pháp “không tiếp xúc” khác gần đây đã được đề xuất bởi các nhà khoa học C. Bombardelli và G. Pelez từ Đại học Kỹ thuật Madrid. Nó cung cấp sử dụng pháo ion với độ phân kỳ thấp, nhắm vào tiểu hành tinh từ một con tàu gần đó. Động năng được truyền qua các ion đến bề mặt tiểu hành tinh, như trong trường hợp lực kéo trọng lực, sẽ tạo ra một lực yếu nhưng không đổi có khả năng làm chệch hướng tiểu hành tinh và một con tàu nhẹ hơn sẽ được sử dụng.
Kích nổ thiết bị hạt nhânở trên, trên hoặc dưới bề mặt của một tiểu hành tinh là một lựa chọn tiềm năng để đẩy lùi mối đe dọa. Độ cao nổ tối ưu phụ thuộc vào thành phần và kích thước của vật thể. Trong trường hợp có mối đe dọa từ đống mảnh vụn, để tránh sự phân tán của chúng, người ta đề xuất thực hiện một vụ nổ bức xạ, tức là một vụ nổ trên bề mặt. Trong một vụ nổ, năng lượng giải phóng dưới dạng neutron và tia X mềm (không xuyên qua vật chất) được chuyển thành nhiệt khi chạm tới bề mặt vật thể. Nhiệt làm cho chất của vật thể bùng nổ và nó sẽ đi chệch khỏi quỹ đạo, tuân theo định luật thứ ba của Newton, sự bùng nổ sẽ đi theo một hướng, còn vật thể sẽ đi theo hướng ngược lại.
Máy phóng điện từ là một hệ thống tự động đặt trên một tiểu hành tinh có nhiệm vụ giải phóng chất chứa nó vào không gian. Do đó, nó dịch chuyển chậm và mất khối lượng. Máy phóng điện từ phải hoạt động như một hệ thống xung riêng thấp: sử dụng nhiều nhiên liệu nhưng ít năng lượng.
Ý tưởng là nếu bạn sử dụng vật liệu tiểu hành tinh làm nhiên liệu thì lượng nhiên liệu không quan trọng bằng lượng năng lượng, rất có thể sẽ bị hạn chế.
Một phương pháp khả thi khác là đặt một máy phóng điện từ trên Mặt trăng, nhắm nó vào một vật thể gần Trái đất, nhằm tận dụng tốc độ quỹ đạo của vệ tinh tự nhiên và nguồn cung cấp “đạn đá” không giới hạn của nó.
Phần kết luận.
Sau khi phân tích thông tin được trình bày, có thể thấy rõ rằng trọng lực nhân tạo là một hiện tượng rất thực tế sẽ có ứng dụng rộng rãi trong ngành vũ trụ ngay khi chúng ta vượt qua mọi khó khăn liên quan đến dự án này.
Tôi thấy các khu định cư không gian dưới dạng do von Braun đề xuất: các thế giới hình xuyến với việc sử dụng không gian tối ưu và sử dụng các công nghệ tiên tiến để đảm bảo hoạt động sống lâu dài, cụ thể là:
Quá trình quay của trạm sẽ diễn ra theo nguyên lý mà tôi đã mô tả ở phần Tạo trọng lực nhân tạo. Nhưng do ngoài chuyển động quay sẽ có chuyển động trong không gian nên nên lắp đặt động cơ điều chỉnh trên trạm.
thủy canh
Cây không cần tưới nhiều nước. Sử dụng ít nước hơn nhiều so với khi trồng trên mặt đất trong vườn. Mặc dù vậy, với việc lựa chọn chính xác các khoáng chất và thành phần, cây sẽ không bị khô hoặc thối. Điều này xảy ra bằng cách nhận đủ oxy.
Ưu điểm lớn là phương pháp này cho phép bạn bảo vệ cây trồng khỏi nhiều bệnh tật và sâu bệnh. Bản thân cây sẽ không hấp thụ các chất có hại từ đất.
Do đó, năng suất sẽ đạt tối đa, đáp ứng đầy đủ nhu cầu của người dân trong nhà ga.
Sự ngưng tụ hơi ẩm từ không khí.
Làm sạch nước đã qua sử dụng.
Tái chế nước tiểu và chất thải rắn.
Sử dụng công nghệ tiên tiến đáp ứng nhu cầu của trạm:
tái sinh nước
Một cụm lò phản ứng hạt nhân sẽ chịu trách nhiệm cung cấp năng lượng, sẽ được bảo vệ theo bằng sáng chế số. 2406661 thích nghi để dịch chuyển các hạt phóng xạ bên ngoài trạm.
Nhiệm vụ tạo ra các khu định cư trong không gian rất khó nhưng có thể thực hiện được. Tôi hy vọng rằng trong tương lai gần, do sự phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ, tất cả các điều kiện tiên quyết cần thiết cho việc hình thành và phát triển các khu định cư không gian dựa trên trọng lực nhân tạo sẽ được đáp ứng. Sự đóng góp của tôi cho sự nghiệp cần thiết này sẽ được đánh giá cao. Tương lai của nhân loại nằm ở việc khám phá không gian và chuyển sang một vòng xoắn ốc phát triển con người mới, hứa hẹn hơn, thân thiện với môi trường hơn.
Các ứng dụng
Phụ lục 1. Hình xuyến Stanford
Phụ lục 2. Ngôi sao chết, Elysium.
Phụ lục 3. Sơ đồ chuyển động quay.
Lực tổng hợp ở dạng gần đúng bậc nhất (chỉ tương tác của nam châm). Kết quả là trạm thực hiện chuyển động quay. Đó là những gì chúng ta cần.
Thư mục
ALYAKRINSKY. Con người sống trong không gian. Không trọng lượng: cộng hay trừ?
Barrer, M. Động cơ tên lửa.
Dobrovolsky, M. Động cơ tên lửa lỏng. Cơ bản về thiết kế.
Dorofeev, A. Cơ sở lý thuyết về động cơ tên lửa nhiệt.
Matveev. Cơ học và thuyết tương đối: Sách giáo khoa dành cho sinh viên đại học.
Myakishev. Vật lý phân tử và nhiệt động lực học.
Myakishev. Vật lý. Cơ khí.
Myakishev. Vật lý. Điện động lực học.
Russell, D. Thủy canh.
Sanko. Từ điển thiên văn.
Sivukhin. Giáo trình vật lý đại cương.
Feynman. Feynman giảng về lực hấp dẫn.
Tsiolkovsky. Kỷ yếu về công nghệ tên lửa.
Shileiko. Trong một đại dương năng lượng.
Golubev I.R. và Novikov Yu.V. Môi trường và sự bảo vệ của nó
Zakhlebny A.N. Đọc sách về bảo tồn thiên nhiên
Zverev I. Bảo tồn thiên nhiên và giáo dục môi trường cho học sinh.
Ivanov A.F. Thí nghiệm vật lý với nội dung môi trường.
Kiselev S.V. Trình diễn hiệu ứng nhà kính.
Tài nguyên Internet:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Home_page
http://www.roscosmos.ru
http://allpatents.ru
Đặt một người vào không gian, tránh xa liên kết hấp dẫn của bề mặt trái đất và anh ta sẽ trải nghiệm cảm giác không trọng lượng. Mặc dù tất cả khối lượng của Vũ trụ vẫn sẽ tác dụng lên anh ta bằng lực hấp dẫn, nhưng chúng cũng sẽ thu hút bất kỳ tàu vũ trụ nào có người ở trong đó, vì vậy anh ta sẽ lơ lửng. Tuy nhiên, họ đã cho chúng tôi thấy trên TV rằng phi hành đoàn của một con tàu vũ trụ nào đó đã đi lại khá thành công bằng chân trên sàn trong bất kỳ điều kiện nào. Với mục đích này, trọng lực nhân tạo được tạo ra bằng cách lắp đặt trên một con tàu tuyệt vời được sử dụng. Điều này gần với khoa học thực sự đến mức nào?
Thuyền trưởng Gabriel Lorca trên cầu tàu Discovery trong trận chiến giả với quân Klingon. Toàn bộ phi hành đoàn bị thu hút bởi trọng lực nhân tạo, và điều này vốn dĩ đã là quy luật
Về lực hấp dẫn, khám phá vĩ đại của Einstein là nguyên lý tương đương: với gia tốc đều thì hệ quy chiếu không thể phân biệt được với trường hấp dẫn. Nếu bạn đang ở trên một tên lửa và không thể nhìn thấy vũ trụ qua cửa sổ, bạn sẽ không biết chuyện gì đang xảy ra: bạn đang bị trọng lực kéo xuống hay tên lửa đang tăng tốc theo một hướng nhất định? Đây là ý tưởng dẫn tới thuyết tương đối tổng quát. Sau 100 năm, đây là mô tả chính xác nhất về trọng lực và gia tốc mà chúng ta biết.
Hành vi giống hệt nhau của một quả bóng rơi xuống sàn trong tên lửa đang bay (trái) và trên Trái đất (phải) thể hiện nguyên lý tương đương của Einstein
Có một thủ thuật khác, như Ethan Siegel viết, mà chúng ta có thể sử dụng nếu muốn: chúng ta có thể làm cho con tàu vũ trụ quay tròn. Thay vì gia tốc tuyến tính (như lực đẩy của tên lửa), gia tốc hướng tâm có thể được tạo ra để người trên tàu cảm thấy phần thân bên ngoài của tàu vũ trụ đang đẩy anh ta về phía trung tâm. Kỹ thuật này đã được sử dụng trong 2001: A Space Odyssey và nếu tàu vũ trụ của bạn đủ lớn, trọng lực nhân tạo sẽ không thể phân biệt được với trọng lực thực.
Chỉ có một điều. Ba loại gia tốc này - trọng trường, tuyến tính và quay - là những loại duy nhất chúng ta có thể sử dụng để mô phỏng tác động của trọng lực. Và đây là một vấn đề lớn đối với tàu vũ trụ.
Ý tưởng về trạm năm 1969, dự kiến sẽ được lắp ráp trên quỹ đạo từ những giai đoạn hoàn thiện của chương trình Apollo. Nhà ga được cho là quay trên trục trung tâm của nó để tạo ra trọng lực nhân tạo
Tại sao? Bởi vì nếu bạn muốn đến một hệ sao khác, bạn sẽ cần tăng tốc con tàu của mình để đến đó và sau đó giảm tốc độ khi đến nơi. Nếu bạn không thể tự bảo vệ mình khỏi những gia tốc này, thảm họa đang chờ đợi bạn. Ví dụ, để tăng tốc tới mức tối đa động lượng trong Star Trek, tới vài phần trăm tốc độ ánh sáng, người ta sẽ phải chịu gia tốc 4000 g. Đây là tốc độ gấp 100 lần, bắt đầu cản trở lưu lượng máu trong cơ thể.
Việc phóng tàu con thoi Columbia vào năm 1992 cho thấy gia tốc xảy ra trong một thời gian dài. Gia tốc của tàu vũ trụ sẽ cao hơn gấp nhiều lần và cơ thể con người sẽ không thể đối phó được
Trừ khi bạn muốn trở nên không trọng lượng trong một hành trình dài - để không khiến bản thân bị hao mòn sinh học khủng khiếp như mất cơ và xương - thì cơ thể phải có một lực không đổi. Đối với bất kỳ lực lượng nào khác, điều này khá dễ thực hiện. Ví dụ, trong điện từ, người ta có thể đặt một phi hành đoàn vào một cabin dẫn điện và nhiều điện trường bên ngoài sẽ đơn giản biến mất. Có thể đặt hai tấm song song bên trong và tạo ra một điện trường không đổi đẩy điện tích theo một hướng nhất định.
Giá như trọng lực cũng hoạt động theo cách tương tự.
Đơn giản là không có thứ gì gọi là chất dẫn hấp dẫn và cũng không thể bảo vệ bạn khỏi lực hấp dẫn. Không thể tạo ra một trường hấp dẫn đồng đều trong một vùng không gian, chẳng hạn như giữa hai tấm. Tại sao? Bởi vì không giống như lực điện do điện tích dương và điện tích âm tạo ra, chỉ có một loại điện tích hấp dẫn và đó là năng lượng khối lượng. Lực hấp dẫn luôn hút và không thể thoát khỏi nó. Bạn chỉ có thể sử dụng ba loại gia tốc - trọng lực, tuyến tính và quay.
Phần lớn quark và lepton trong Vũ trụ bao gồm vật chất, nhưng mỗi chúng cũng có phản hạt làm từ phản vật chất, khối lượng hấp dẫn của chúng chưa được xác định
Cách duy nhất mà trọng lực nhân tạo có thể được tạo ra để bảo vệ bạn khỏi tác động của gia tốc tàu và cung cấp cho bạn lực đẩy "đi xuống" liên tục mà không cần gia tốc là nếu bạn mở khóa các hạt khối lượng trọng lực âm. Tất cả các hạt và phản hạt mà chúng ta tìm thấy cho đến nay đều có khối lượng dương, nhưng những khối lượng này là quán tính, nghĩa là chúng chỉ có thể được đánh giá khi hạt được tạo ra hoặc được gia tốc. Khối lượng quán tính và khối lượng hấp dẫn là như nhau đối với mọi hạt mà chúng ta biết, nhưng chúng ta chưa bao giờ thử nghiệm ý tưởng của mình về phản vật chất hoặc phản hạt.
Hiện tại, các thí nghiệm đang được thực hiện trong lĩnh vực này. Thí nghiệm ALPHA tại CERN đã tạo ra phản hydro: một dạng phản vật chất trung tính ổn định và đang nghiên cứu cách ly nó khỏi tất cả các hạt khác. Nếu thí nghiệm đủ nhạy, chúng ta sẽ có thể đo được phản hạt đi vào trường hấp dẫn như thế nào. Nếu nó rơi xuống, giống như vật chất thông thường, thì nó có khối lượng hấp dẫn dương và có thể được sử dụng để chế tạo một vật dẫn hấp dẫn. Nếu nó rơi lên trong trường hấp dẫn, nó sẽ thay đổi mọi thứ. Chỉ cần một kết quả, trọng lực nhân tạo có thể bất ngờ trở thành hiện thực.
Khả năng thu được trọng lực nhân tạo là vô cùng hấp dẫn đối với chúng ta, nhưng nó lại dựa trên sự tồn tại của khối lượng hấp dẫn âm. có thể là một khối lượng lớn như vậy, nhưng chúng tôi chưa chứng minh được điều này
Nếu phản vật chất có khối lượng hấp dẫn âm, thì bằng cách tạo ra một trường vật chất bình thường và một trần phản vật chất, chúng ta có thể tạo ra một trường trọng lực nhân tạo luôn kéo bạn xuống. Bằng cách tạo ra một lớp vỏ dẫn trọng lực dưới dạng thân tàu vũ trụ, chúng tôi sẽ bảo vệ phi hành đoàn khỏi lực gia tốc cực nhanh có thể gây chết người. Và điều tuyệt vời nhất là con người trong không gian sẽ không còn phải chịu những tác động sinh lý tiêu cực như các phi hành gia ngày nay nữa. Nhưng cho đến khi chúng ta tìm thấy một hạt có khối lượng hấp dẫn âm, lực hấp dẫn nhân tạo sẽ chỉ có được thông qua gia tốc.