Тяжело с гравитацией, но еще хуже без нее
Не раз увиденное в кино «включение» гравитации на борту космического корабля, путешествующего в открытом космосе, выглядит очень круто. За исключением того, что их создатели почти никогда не объясняют, как это делается. Иногда, как в «2001: Космическая одиссея» (1) или в более новых «Пассажирах», показано, что для имитации гравитации корабль нужно привести во вращение.
Можно несколько провокационно спросить — зачем вообще нужна гравитация на борту космического корабля? Ведь без общей гравитации легче, люди меньше устают, переносимые вещи ничего не весят, выполнение многих задач требует гораздо меньше физических усилий.
Оказывается, однако, что это усилие, связанное с постоянным преодолением силы тяжести, крайне необходимо нам и нашему телу. Нет гравитациикак давно доказано, космонавты испытывают потерю костной и мышечной ткани. Астронавты на МКС занимаются физическими упражнениями, борются с мышечной слабостью и потерей костной массы, но все равно теряют костную массу в космосе. Им необходимо выполнять два-три часа упражнений в день, чтобы поддерживать мышечную массу и сердечно-сосудистую систему. Причем не только эти элементы, непосредственно связанные с нагрузкой на тело, подвергаются воздействию отсутствия гравитации. Возникают проблемы с поддержанием баланса, организм обезвоживается. И это только начало проблем.
Оказывается, он тоже становится слабее. Некоторые иммунные клетки не могут выполнять свою работу, и эритроциты умирают. Он вызывает камни в почках и ослабляет сердце. Группа ученых из России и Канады проанализировала последствия последних лет микрогравитация на состав белков в образцах крови восемнадцати российских космонавтов, проживших на Международной космической станции полгода. Результаты показали, что в невесомости иммунная система ведет себя так же, как при заражении организма, поскольку организм человека не знает, что делать, и пытается активировать все возможные системы защиты.
Шанс в центробежной силе
Итак, мы уже хорошо знаем, что нет гравитации это нехорошо, даже опасно для здоровья. И что теперь? Не только кинематографисты, но и исследователи видят возможность в центробежная сила. Быть добрым силы инерции, он имитирует действие гравитации, эффективно действуя в направлении, противоположном центру инерциальной системы отсчета.
Применимость исследуется в течение многих лет. В Массачусетском технологическом институте, например, бывший астронавт Лоуренс Янг испытал центрифугу, что чем-то напомнило видение из фильма «2001: Космическая одиссея». Люди лежат на боку на платформе, толкая инерционную конструкцию, которая вращается.
Поскольку мы знаем, что центробежная сила может хотя бы частично заменить гравитацию, почему бы нам не строить корабли в этот ход? Что ж, оказывается, не все так просто, потому что, во-первых, такие корабли должны были бы быть намного крупнее тех, что мы строим, а каждый дополнительный килограмм массы, выносимый в космос, стоит немалых затрат.
Рассмотрим, например, Международную космическую станцию в качестве эталона для сравнений и оценок. Он размером с футбольное поле, но жилые помещения составляют лишь часть его размера.
Имитировать гравитацию В этом случае к центробежной силе можно подойти двумя способами. Или каждый элемент вращался бы отдельно, что создавало бы небольшие системы, но тогда, как отмечают специалисты, это могло быть связано с не всегда приятными впечатлениями для космонавтов, которые могли, например, почувствуйте другую силу тяжести в ногах, чем в верхней части тела. В более масштабном варианте вращалась бы вся МКС, которая, конечно, должна была бы быть сконфигурирована иначе, скорее как кольцо (2). На данный момент строительство такой структуры будет означать огромные затраты и кажется нереальным.
2. Видение орбитального кольца, обеспечивающего искусственную гравитацию
Однако есть и другие идеи. например, группа ученых из Университета Колорадо в Боулдере работает над решением с несколько меньшими амбициями. Вместо измерения «воссоздания гравитации» ученые сосредотачиваются на решении проблем со здоровьем, связанных с отсутствием гравитации в космосе.
По задумке исследователей из Боулдера, астронавты могли заползать в специальные помещения на несколько часов в день, чтобы получить суточную дозу гравитации, которая должна решить проблемы со здоровьем. Испытуемые размещаются на металлической платформе, похожей на больничную тележку (3). Это называется центрифуга, которая вращается с неравномерной скоростью. Угловая скорость, создаваемая центрифугой, толкает ноги человека к основанию платформы, как если бы он стоял под собственным весом.
3. Устройство протестировано в Университете Боулдера.
К сожалению, этот вид упражнений неизбежно связан с тошнотой. Исследователи решили выяснить, действительно ли тошнота является неотъемлемым ценником, связанным с ней. искусственная гравитация. Могут ли космонавты тренировать свое тело так, чтобы оно было готово к дополнительным перегрузкам? В конце десятого сеанса добровольцев все испытуемые вращались со средней скоростью около семнадцати оборотов в минуту без каких-либо неприятных последствий, тошноты и т. д. Это значительное достижение.
Есть альтернативные идеи гравитации на корабле. К ним относится, например, канадская конструкция системы типов (LBNP), которая сама по себе создает балласт вокруг талии человека, создавая ощущение тяжести в нижней части тела. Но достаточно ли человеку избежать неприятных для здоровья последствий космического полета? К сожалению, это не точно.
