Perché nessuno ha costruito un veicolo spaziale rotante per simulare la gravità?
Ruotare un intero veicolo spaziale è costoso, ma piccoli spazi su stazioni spaziali o navi potrebbero essere facilmente ruotati.
Questi piccoli spazi possono essere abbastanza grandi da fornire una gravità artificiale significativa e salutare?
Dalle mie conoscenze di fisica ricordo che gravità e accelerazione sono la stessa cosa.
Se non ricordo male, 1 g equivale a un'accelerazione di 9.81 m/sec al secondo. In altre parole, una ruota con una circonferenza di 10 metri dovrebbe essere fatta girare circa una volta al secondo per simulare 1 g a gravità zero? Non proprio.
Purtroppo, è un po' più complicato di così, e per fortuna non dobbiamo girare la ruota così velocemente. Questo è un bonus!
Ecco alcuni utili calcolatori per calcolare le dimensioni delle ruote e le velocità di rotazione per simulare la gravità terrestre:
SpinCalc, risolve gravità, raggio e velocità di rotazione,
Calcolatrice di cerchi, risolve per diametro, raggio e circonferenza.
Una ruota con una circonferenza di 10 metri avrebbe un diametro di 3.18 metri. Questa sarebbe una dimensione pratica per esperimenti di gravità artificiale, anche sulla Terra.
Sarebbe comodo trascorrere del tempo in questo? La ruota dovrebbe ruotare a circa 24 giri/min per simulare 1 g. Potrebbe essere compartimentato in letti da 1 x 2 metri, con dieci membri dell'equipaggio.
Quindi, almeno durante il loro periodo di riposo, i viaggiatori spaziali avrebbero il beneficio della gravità normale. Gli astronauti sono sdraiati all'interno del volante, un po' come nell'illustrazione della giostra, ma con più privacy.
È possibile costruire unità Drum Gravity così piccole?
Come reagirebbe il corpo umano? (Gravità artificiale da centrifuga).
Sappiamo che gli effetti negativi della gravità zero sono davvero gravi e numerosi. Anche 2.5 ore di esercizio quotidiano su tapis roulant non sono sufficienti per prevenire questi effetti:
- ridistribuzione dei fluidi: I fluidi corporei si spostano dalle estremità inferiori verso la testa. Questo fa precipitare molti dei problemi descritti di seguito.
- perdita di liquidi: Il cervello interpreta l'aumento del fluido nell'area cefalica come un aumento del volume totale del fluido. In risposta, attiva i meccanismi escretori.
- squilibri elettrolitici: I cambiamenti nella distribuzione dei liquidi portano a squilibri di potassio e sodio e disturbano il sistema di regolazione autonomica.
- alterazioni cardiovascolari: Un aumento di liquidi nell'area toracica porta inizialmente ad aumenti del volume ventricolare sinistro e della gittata cardiaca. Quando il corpo cerca un nuovo equilibrio, il liquido viene escreto, il ventricolo sinistro si restringe e la gittata cardiaca diminuisce.
- perdita di globuli rossi: I campioni di sangue prelevati prima e dopo i voli americani e sovietici hanno indicato una perdita fino a 0.5 litri di globuli rossi.
- danno muscolare: Atrofia muscolare per inutilizzo. Le proteine contrattili vengono perse e il tessuto si restringe. La perdita muscolare può essere accompagnata da un cambiamento nel tipo muscolare.
- danno osseo: Poiché le richieste meccaniche alle ossa sono notevolmente ridotte in microgravità, le ossa essenzialmente si dissolvono.
- ipercalcemia: La perdita di liquidi e la demineralizzazione ossea cospirano per aumentare la concentrazione di calcio nel sangue.
- cambiamenti del sistema immunitario: La perdita della funzione dei linfociti T può ostacolare la resistenza del corpo al cancro, un pericolo esacerbato dall'ambiente spaziale ad alte radiazioni.
- interferenza con le procedure mediche: Le membrane cellulari batteriche diventano più spesse e meno permeabili, riducendo l'efficacia degli antibiotici.
- vertigini e disorientamento spaziale: Senza un riferimento gravitazionale stabile, i membri dell'equipaggio sperimentano cambiamenti arbitrari e inaspettati nel loro senso di verticalità.
- sindrome di adattamento spaziale: Circa la metà di tutti gli astronauti e cosmonauti sono afflitti. I sintomi includono nausea, vomito, anoressia, mal di testa, malessere, sonnolenza, letargia, pallore e sudorazione.
- perdita di capacità di esercizio: Ciò può essere dovuto alla diminuzione della motivazione e ai cambiamenti fisiologici.
- olfatto e gusto degradati: L'aumento dei liquidi nella testa provoca soffocamento simile a un raffreddore.
- perdita di peso: La perdita di liquidi, la mancanza di esercizio e la diminuzione dell'appetito provocano la perdita di peso. I viaggiatori spaziali tendono a non mangiare abbastanza.
- flatulenza: Il gas digerente non può "salire" verso la bocca ed è più probabile che passi attraverso l'altra estremità del tubo digerente "in modo molto efficace con grande volume e frequenza".
- distorsione facciale: Il viso diventa gonfio e le espressioni diventano difficili da leggere, soprattutto se viste di lato o capovolte.
- cambiamenti di postura e statura: La postura del corpo neutrale si avvicina alla posizione fetale. La colonna vertebrale tende ad allungarsi.
- cambiamenti di coordinamento: La coordinazione terrestre-normale compensa inconsciamente il proprio peso. Nell'assenza di gravità c'è la tendenza a raggiungere troppo "in alto".
Rispetto a questi effetti negativi della gravità zero, ecco alcuni studi di uno psicologo di nome Graybiel del 1977 sugli effetti della rotazione di un essere umano sul proprio asse qui sulla Terra, come su uno spiedo (da https://psycnet.apa.org/record/1980-22567-001).
ZONE DI COMFORT ROTAZIONE GRAYBIEL
Graybiel lo ha concluso
1.0 RPM: anche i soggetti altamente suscettibili erano privi di sintomi, o quasi
3.0 RPM: i soggetti hanno manifestato sintomi
5.4 RPM, solo i soggetti con bassa suscettibilità si sono comportati bene
10 RPM, l'adattamento presentava un problema impegnativo ma interessante. Anche i piloti senza una storia di mal d'aria non si sono adattati completamente in un periodo di dodici giorni.
L'“adattamento” di cui parla Graybiel è l'abituarsi all'assenza della rotazione, dopo che il corpo era stato fatto girare.
Come ci si sente tutti ricordiamo dall'infanzia.:
Devo dire che lo sputo che fa ruotare un essere umano sul proprio asse in orizzontale sotto l'influenza della gravità terrestre è molto probabilmente molto lontano da ciò che un essere umano può sperimentare in un tamburo a gravità artificiale nello spazio senza peso.
Direi che le zone di comfort di rotazione di Graybiel non hanno assolutamente nulla a che fare con la gravità artificiale per forza centripeta. Tutto ciò che ha dimostrato nel suo articolo "Effetti del movimento somatosensoriale dopo la rotazione terra-orizzontale attorno all'asse Z" è che l'effetto collaterale della rotazione rapida di qualcuno è il disorientamento del sistema vestibolare dell'orecchio, che porta a capogiri, alias vertigini.
Ma vediamo se queste cifre della zona di comfort di Graybiel possono essere applicate.
Il razzo SpaceX Mars avrà un diametro di 9 metri. Sarebbe possibile creare un habitat confortevole per dormire o riposare i viaggiatori spaziali entro i confini di questo razzo?
Un tamburo di 9 metri dovrebbe ruotare a 14 giri/min per simulare 1 g, oa 8 giri/min per raggiungere 1/3 della gravità terrestre. Le scoperte di Graybiel indicherebbero che lo spazio disponibile sul razzo SpaceX Mars sarebbe troppo piccolo.
Tuttavia, credo che la gravità (forza centripeta) che agisce sul corpo mentre si sdraia, non ruotando su se stesso e su un livello, sarà più confortevole che ruotare rapidamente attorno al proprio asse.
In Lettori a gravità a tamburo non ci sarebbe alcun gradiente di accelerazione dalla testa ai piedi.
UNITÀ LETTO A GRAVITÀ A TAMBURO
Le unità del letto a gravità del tamburo sono concepite come un modulo aggiuntivo per un veicolo spaziale o una stazione spaziale, sia in transito, in orbita o sulla Luna, Marte o asteroidi per fornire una gravità più naturale.
Sono stati costruiti prototipi di questo concetto?
In un certo modo: Sì! La prima immagine in questo post è un'attrazione da fiera degli anni '1950.
L'umanità ha davvero dimenticato dagli anni '50 quanto sia facile e divertente godersi la gravità artificiale? Apparentemente i visitatori della fiera si sono sottoposti all'esperienza volontariamente e si sono divertiti.
Semplici dispositivi gravitazionali come questo potrebbero aiutare i viaggiatori spaziali a mantenere la propria salute, dopo che il dispositivo è stato ottimizzato.
UN MODELLO PIÙ GRANDE
Stazione spaziale a ruota rotante — Wikipedia
Ecco i calcoli sulla ruota von Braun del 1952 usata nel film 2001: Odissea nello spazio:
Hanno immaginato una ruota rotante con a diametro di 76 metri (250 piedi). La ruota a 3 ponti ruoterebbe a 3 RPM per fornire un terzo di gravità artificiale. Si prevedeva di avere un equipaggio di 80 persone.
Avanti veloce di 70 anni (non è successo molto dagli anni '1950):
CENTRIFUGA UMANA SAHC
La centrifuga umana SAHC ha iniziato i test e le operazioni intorno al 2020. È per studiare la tollerabilità e l'uso della gravità artificiale sugli astronauti e sulla loro salute, per contrastare gli effetti dell'assenza di gravità. Cosa ci è voluto così tanto tempo?
La macchina misura 5.6 metri di diametro.
Sarebbe abbastanza piccolo da poter inserire il razzo SpaceX Mars. Ma ha bisogno di qualche posto in più.
https://www.dlr.de/me/en/desktopdefault.aspx/tabid-1961/2779_read-14523/
Centrifugare con persona di prova sdraiata
Con la centrifuga umana a braccio corto (SAHC) a Colonia, fornita dall'ESA, verrà creata la gravità artificiale per consentire la ricerca fondamentale in medicina e fisiologia umana. L'obiettivo principale è la possibilità di estendere, ad esempio, gli studi sul riposo a letto per testare metodi di contromisure basate sulla gravità artificiale per i rischi medici dovuti all'assenza di gravità.
Dati tecnici:
Massimo raggio al perimetro esterno: 2,8 m
Massimo carico utile complessivo: 550 kg
Massimo accelerazione centrifuga
(livello del piede, altezza del soggetto del test 185 cm): 4.5 g
Massimo giri del rotore della centrifuga
(limite software): 39 giri/min
Applicazioni scientifiche
- Sviluppo di contromisure efficaci per la degenerazione neuromuscolare e scheletrica degli astronauti utilizzando la Gravità Artificiale, ecc...
Questo è un articolo di Erich Habich-Traut per il Contact Project,
https://contactproject.org
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