Γιατί κανείς δεν κατασκεύασε περιστρεφόμενο διαστημόπλοιο για να προσομοιώσει τη βαρύτητα;
Ένα ολόκληρο διαστημόπλοιο είναι ακριβό στην περιστροφή, αλλά μικροί χώροι σε διαστημικούς σταθμούς ή πλοία θα μπορούσαν εύκολα να περιστραφούν.
Μπορούν αυτοί οι μικροί χώροι να είναι αρκετά μεγάλοι για να παρέχουν ουσιαστική και υγιή τεχνητή βαρύτητα;
Από τις γνώσεις μου στη φυσική, θυμάμαι ότι η βαρύτητα και η επιτάχυνση είναι το ίδιο.
Αν θυμάμαι καλά, 1 g ισούται με επιτάχυνση 9.81m/sec ανά δευτερόλεπτο. Με άλλα λόγια, ένας τροχός με περιφέρεια 10 μέτρων θα έπρεπε να περιστρέφεται περίπου μία φορά το δευτερόλεπτο για να προσομοιώσει 1 g σε μηδενική βαρύτητα; ΟΧΙ ακριβως.
Δυστυχώς, είναι λίγο πιο περίπλοκο από αυτό, και ευτυχώς δεν χρειάζεται να περιστρέφουμε τον τροχό τόσο γρήγορα. Αυτό είναι ένα μπόνους!
Ακολουθούν μερικοί εύχρηστοι αριθμομηχανές για να υπολογίσετε τα μεγέθη των τροχών και τους ρυθμούς περιστροφής για την προσομοίωση της βαρύτητας της Γης:
SpinCalc, λύνει τη βαρύτητα, την ακτίνα και τον ρυθμό περιστροφής,
Αριθμομηχανή κύκλου, λύνει τη διάμετρο, την ακτίνα και την περιφέρεια.
Ένας τροχός με περιφέρεια 10 μέτρων θα είχε διάμετρο 3.18 μέτρα. Αυτό θα ήταν ένα εύχρηστο μέγεθος για πειράματα τεχνητής βαρύτητας, ακόμη και στη Γη.
Θα ήταν άνετο να περάσετε χρόνο σε αυτό; Ο τροχός θα πρέπει να περιστρέφεται με περίπου 24 σ.α.λ. για να προσομοιώσει 1 g. Θα μπορούσε να χωριστεί σε κρεβάτια 1 x 2 μέτρων, χωρητικότητας δέκα ατόμων.
Έτσι τουλάχιστον κατά τη διάρκεια της περιόδου ανάπαυσής τους οι διαστημικοί ταξιδιώτες θα έχουν το πλεονέκτημα της κανονικής βαρύτητας. Οι αστροναύτες είναι ξαπλωμένοι στο εσωτερικό του τροχού, λίγο όπως στην εικόνα της διαδρομής του εκθεσιακού χώρου, αλλά με περισσότερη ιδιωτικότητα.
Είναι εφικτό να κατασκευαστούν τέτοιες μικρές μονάδες Drum Gravity;
Πώς θα αντιδρούσε το ανθρώπινο σώμα; (Τεχνητή Βαρύτητα με Φυγόκεντρο).
Γνωρίζουμε ότι οι αρνητικές επιπτώσεις της μηδενικής βαρύτητας είναι πραγματικά σοβαρές και πολυάριθμες. Ακόμη και 2.5 ώρες καθημερινής άσκησης στον διάδρομο είναι ανεπαρκείς για την πρόληψη αυτών των επιπτώσεων:
- ΑΝΑΚΑΤΑΝΟΜΗ υγρων: Τα σωματικά υγρά μετατοπίζονται από τα κάτω άκρα προς το κεφάλι. Αυτό επιταχύνει πολλά από τα προβλήματα που περιγράφονται παρακάτω.
- απώλεια υγρών: Ο εγκέφαλος ερμηνεύει την αύξηση του υγρού στην κεφαλική περιοχή ως αύξηση του συνολικού όγκου υγρού. Σε απάντηση, ενεργοποιεί τους μηχανισμούς απέκκρισης.
- ηλεκτρολυτικές ανισορροπίες: Οι αλλαγές στην κατανομή των υγρών οδηγούν σε ανισορροπίες σε κάλιο και νάτριο και διαταράσσουν το αυτόνομο ρυθμιστικό σύστημα.
- καρδιαγγειακές αλλαγές: Η αύξηση του υγρού στην περιοχή του θώρακα οδηγεί αρχικά σε αύξηση του όγκου της αριστερής κοιλίας και της καρδιακής παροχής. Καθώς το σώμα αναζητά μια νέα ισορροπία, το υγρό αποβάλλεται, η αριστερή κοιλία συρρικνώνεται και η καρδιακή παροχή μειώνεται.
- απώλεια ερυθρών αιμοσφαιρίων: Δείγματα αίματος που ελήφθησαν πριν και μετά τις αμερικανικές και σοβιετικές πτήσεις έδειξαν απώλεια έως και 0.5 λίτρων ερυθρών αιμοσφαιρίων.
- μυϊκή βλάβη: Μυϊκή ατροφία από έλλειψη χρήσης. Οι συσταλτικές πρωτεΐνες χάνονται και ο ιστός συρρικνώνεται. Η απώλεια μυών μπορεί να συνοδεύεται από αλλαγή στον μυϊκό τύπο.
- βλάβη των οστών: Επειδή οι μηχανικές απαιτήσεις στα οστά μειώνονται σημαντικά στη μικροβαρύτητα, τα οστά ουσιαστικά διαλύονται.
- υπερασβεστιαιμία: Η απώλεια υγρών και η απομετάλλωση των οστών συνωμοτούν για να αυξήσουν τη συγκέντρωση ασβεστίου στο αίμα.
- αλλαγές στο ανοσοποιητικό σύστημα: Η απώλεια της λειτουργίας των Τ-κυττάρων μπορεί να παρεμποδίσει την αντίσταση του σώματος στον καρκίνο - ένας κίνδυνος που επιδεινώνεται από το περιβάλλον υψηλής ακτινοβολίας του διαστήματος.
- παρέμβαση σε ιατρικές διαδικασίες: Οι μεμβράνες των βακτηριακών κυττάρων γίνονται παχύτερες και λιγότερο διαπερατές, μειώνοντας την αποτελεσματικότητα των αντιβιοτικών.
- ίλιγγος και χωρικός αποπροσανατολισμός: Χωρίς σταθερή βαρυτική αναφορά, τα μέλη του πληρώματος βιώνουν αυθαίρετες και απροσδόκητες αλλαγές στην αίσθηση της κατακόρυφοτητάς τους.
- σύνδρομο προσαρμογής στο χώρο: Περίπου οι μισοί από όλους τους αστροναύτες και κοσμοναύτες πλήττονται. Τα συμπτώματα περιλαμβάνουν ναυτία, έμετο, ανορεξία, πονοκέφαλο, κακουχία, υπνηλία, λήθαργο, ωχρότητα και εφίδρωση.
- απώλεια ικανότητας άσκησης: Αυτό μπορεί να οφείλεται σε μειωμένα κίνητρα καθώς και σε φυσιολογικές αλλαγές.
- υποβαθμισμένη αίσθηση όσφρησης και γεύσης: Η αύξηση των υγρών στο κεφάλι προκαλεί βουλιμία παρόμοια με το κρυολόγημα.
- απώλεια βάρους: Η απώλεια υγρών, η έλλειψη άσκησης και η μειωμένη όρεξη έχουν ως αποτέλεσμα την απώλεια βάρους. Οι ταξιδιώτες στο διάστημα τείνουν να μην τρώνε αρκετά.
- φούσκωμα: Το πεπτικό αέριο δεν μπορεί να «ανεβαίνει» προς το στόμα και είναι πιο πιθανό να περάσει από το άλλο άκρο του πεπτικού σωλήνα «πολύ αποτελεσματικά με μεγάλο όγκο και συχνότητα».
- παραμόρφωση προσώπου: Το πρόσωπο γίνεται πρησμένο και οι εκφράσεις γίνονται δυσανάγνωστες, ειδικά όταν το βλέπει κανείς στο πλάι ή ανάποδα.
- αλλαγές στη στάση και το ανάστημα: Η ουδέτερη στάση του σώματος πλησιάζει τη θέση του εμβρύου. Η σπονδυλική στήλη τείνει να επιμηκύνει.
- αλλαγές στον συντονισμό: Ο γήινος-φυσιολογικός συντονισμός αντισταθμίζει ασυνείδητα το βάρος του εαυτού του. Στην έλλειψη βαρύτητας υπάρχει μια τάση να φτάσετε πολύ ψηλά.
Σε σύγκριση με αυτές τις δυσμενείς επιπτώσεις της μηδενικής βαρύτητας, εδώ είναι μερικές μελέτες από έναν ψυχολόγο ονόματι Graybiel από το 1977 σχετικά με τις επιπτώσεις της περιστροφής ενός ανθρώπου στον δικό του άξονα εδώ στη Γη, όπως στη σούβλα (από https://psycnet.apa.org/record/1980-22567-001).
ΖΩΝΕΣ ΑΝΕΣΗΣ ΠΕΡΙΤΡΟΦΗΣ GRAYBIEL
Ο Γκρέιμπιελ κατέληξε στο συμπέρασμα αυτό
1.0 σ.α.λ.: ακόμη και τα πολύ ευαίσθητα άτομα ήταν χωρίς συμπτώματα ή σχεδόν
3.0 RPM: τα άτομα παρουσίασαν συμπτώματα
5.4 RPM, μόνο τα άτομα με χαμηλή ευαισθησία είχαν καλή απόδοση
10 RPM, η προσαρμογή παρουσίασε ένα δύσκολο αλλά ενδιαφέρον πρόβλημα. Ακόμη και πιλότοι χωρίς ιστορικό αεροπορικής ασθένειας δεν προσαρμόστηκαν πλήρως σε διάστημα δώδεκα ημερών.
Η «προσαρμογή» για την οποία μιλάει ο Γκρέιμπιελ είναι η εξοικείωση με την απουσία της περιστροφής, μετά την περιστροφή του σώματος.
Τι είναι αυτό που θυμόμαστε όλοι από την παιδική ηλικία.:
Πρέπει να πω ότι η σούβλα που περιστρέφει έναν άνθρωπο στον άξονά του στην οριζόντια υπό την επίδραση της γήινης βαρύτητας είναι πολύ πιθανό να απέχει πολύ από αυτό που μπορεί να βιώσει ένας άνθρωπος σε ένα τύμπανο τεχνητής βαρύτητας σε αβαρές διάστημα.
Θα έφτανα στο σημείο να πω ότι οι ζώνες άνεσης περιστροφής του Graybiel δεν έχουν καμία απολύτως σχέση με την τεχνητή βαρύτητα με κεντρομόλο δύναμη. Το μόνο που απέδειξε στην εργασία του «Somatosensory motion after-effect μετά την γη-οριζόντια περιστροφή γύρω από τον άξονα Z» είναι ότι το μεταγενέστερο αποτέλεσμα της γρήγορης περιστροφής είναι ο αποπροσανατολισμός του αιθουσαίου συστήματος του αυτιού, που οδηγεί σε ζάλη, γνωστό και ως ίλιγγο.
Αλλά ας δούμε αν μπορούν να εφαρμοστούν αυτές οι φιγούρες ζώνης άνεσης του Graybiel.
Ο πύραυλος SpaceX Mars θα έχει διάμετρο 9 μέτρα. Θα ήταν δυνατό να δημιουργηθεί ένας άνετος βιότοπος για τους διαστημικούς ταξιδιώτες που κοιμούνται ή ξεκουράζονται εντός των ορίων αυτού του πυραύλου;
Ένα τύμπανο 9 μέτρων θα πρέπει να περιστρέφεται στις 14 σ.α.λ. για να προσομοιώσει 1 g ή στις 8 σ.α.λ. για να επιτύχει το 1/3 της γήινης βαρύτητας. Τα ευρήματα του Graybiel θα έδειχναν ότι ο διαθέσιμος χώρος στον πύραυλο SpaceX Mars θα ήταν πολύ μικρός.
Ωστόσο, πιστεύω ότι η βαρύτητα (κεντρομόλος δύναμη) που ενεργεί στο σώμα καθώς ξαπλώνει, χωρίς να περιστρέφεται γύρω του και σε ένα επίπεδο, θα είναι πιο άνετη από το να στροβιλιστεί γρήγορα γύρω από τον δικό του άξονα.
In Μονάδες κρεβατιού Drum Gravity δεν θα υπήρχε κλίση επιτάχυνσης από το κεφάλι στο πόδι.
ΜΟΝΑΔΕΣ ΚΡΕΒΑΤΙΟΥ DRUM GRAVITY
Οι μονάδες κρεβατιού βαρύτητας τυμπάνου έχουν σχεδιαστεί ως μια πρόσθετη μονάδα σε διαστημόπλοιο ή διαστημικό σταθμό, είτε είναι σε διέλευση, τροχιά είτε στη Σελήνη, στον Άρη ή σε αστεροειδείς για να παρέχουν περισσότερη φυσική βαρύτητα.
Έχουν κατασκευαστεί πρωτότυπα αυτής της ιδέας;
Κατά κάποιο τρόπο: Ναι! Η πρώτη φωτογραφία σε αυτήν την ανάρτηση είναι ένα αξιοθέατο του εκθεσιακού χώρου από τη δεκαετία του 1950.
Ξέχασε πραγματικά η ανθρωπότητα από τη δεκαετία του '50 πόσο εύκολο και διασκεδαστικό είναι να απολαμβάνεις την τεχνητή βαρύτητα; Προφανώς οι επισκέπτες του εκθεσιακού χώρου υπέβαλαν εθελοντικά την εμπειρία και την απόλαυσαν.
Απλές συσκευές βαρύτητας όπως αυτή θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους διαστημικούς ταξιδιώτες να διατηρήσουν την υγεία τους, μετά την προσαρμογή της συσκευής.
ΕΝΑ ΜΕΓΑΛΥΤΕΡΟ ΜΟΝΤΕΛΟ
Διαστημικός σταθμός περιστρεφόμενου τροχού — Wikipedia
Εδώ είναι οι υπολογισμοί στον τροχό φον Μπράουν από το 1952 που χρησιμοποιήθηκαν στην ταινία 2001: A Space Odyssey:
Οραματίστηκαν έναν περιστρεφόμενο τροχό με α διάμετρος 76 μέτρα (250 πόδια). Ο τροχός 3 καταστρωμάτων θα περιστρέφεται στις 3 σ.α.λ. για να παρέχει τεχνητή βαρύτητα το ένα τρίτο. Προβλεπόταν ότι θα είχε πλήρωμα 80 ατόμων.
Fast forward 70 χρόνια (δεν έχουν συμβεί πολλά από τη δεκαετία του 1950):
SAHC ΑΝΘΡΩΠΙΝΗ ΦΥΚΕΝΤΡΟΦΟΡΟΣ
Η ανθρώπινη φυγόκεντρος SAHC ξεκίνησε τις δοκιμές και τις λειτουργίες της περίπου το 2020. Είναι για να διερευνήσει την ανεκτικότητα και τη χρήση της τεχνητής βαρύτητας στους αστροναύτες και την υγεία τους, για την αντιμετώπιση των επιπτώσεων της έλλειψης βαρύτητας. Τι πήρε τόσο καιρό;
Το μηχάνημα έχει διάμετρο 5.6 μέτρα.
Θα ήταν αρκετά μικρό για να τοποθετηθεί στον πύραυλο SpaceX Mars. Χρειάζεται όμως μερικές ακόμη θέσεις.
https://www.dlr.de/me/en/desktopdefault.aspx/tabid-1961/2779_read-14523/
Φυγοκέντρηση με ξαπλωμένο δοκιμαστικό άτομο
Με την Ανθρώπινη φυγόκεντρο βραχείας βραχίονα (SAHC) στην Κολωνία — που παρέχεται από την ESA — θα δημιουργηθεί τεχνητή βαρύτητα για τη βασική έρευνα στην ιατρική και την ανθρώπινη φυσιολογία. Η κύρια εστίαση είναι στη δυνατότητα επέκτασης π.χ. μελετών ανάπαυσης στο κρεβάτι σε μεθόδους δοκιμής αντιμέτρων που βασίζονται στην τεχνητή βαρύτητα για ιατρικούς κινδύνους λόγω έλλειψης βαρύτητας.
Τεχνικά χαρακτηριστικά:
Μέγιστη. ακτίνα στην εξωτερική περίμετρο: 2,8 m
Μέγιστη. συνολικό ωφέλιμο φορτίο: 550 kg
Μέγιστη. φυγόκεντρη επιτάχυνση
(επίπεδο ποδιού, ύψος υποκειμένου δοκιμής 185 cm): 4.5 g
Μέγιστη. περιστροφή του ρότορα φυγόκεντρου
(όριο λογισμικού): 39 σ.α.λ
Επιστημονικές εφαρμογές
- Ανάπτυξη αποτελεσματικών αντίμετρων για τον νευρομυϊκό και σκελετικό εκφυλισμό αστροναυτών με χρήση τεχνητής βαρύτητας κ.λπ.
Αυτό είναι ένα άρθρο του Erich Habich-Traut για το Contact Project,
https://contactproject.org
←Προηγούμενο | Επόμενο→
