Por que ninguém construiu espaçonaves rotativas para simular a gravidade?
Uma nave espacial inteira é cara para girar, mas pequenos espaços em estações espaciais ou naves podem ser facilmente girados.
Esses pequenos espaços podem ser grandes o suficiente para fornecer gravidade artificial significativa e saudável?
Do meu conhecimento de física, lembro que gravidade e aceleração são a mesma coisa.
Se bem me lembro, 1 g é igual a uma aceleração de 9.81 m/s por segundo. Em outras palavras, uma roda com circunferência de 10 metros teria que ser girada cerca de uma vez por segundo para simular 1 g em gravidade zero? Não exatamente.
Infelizmente, é um pouco mais complicado do que isso e, felizmente, não precisamos girar a roda tão rápido. Isso é um bônus!
Aqui estão algumas calculadoras úteis para calcular os tamanhos das rodas e as taxas de rotação para simular a gravidade da Terra:
SpinCalc, resolve para gravidade, raio e taxa de rotação,
Calculadora de Círculo, resolve para diâmetro, raio e circunferência.
Uma roda com uma circunferência de 10 metros teria um diâmetro de 3.18 metros. Este seria um tamanho útil para experimentos de gravidade artificial, mesmo na Terra.
Seria confortável passar algum tempo nisso? A roda deve girar a cerca de 24 RPM para simular 1 g. Poderia ser compartimentado em camas de 1 x 2 metros, com capacidade para dez tripulantes.
Assim, pelo menos durante o período de descanso, os astronautas teriam o benefício da gravidade normal. Os astronautas estão deitados no interior da roda, um pouco como na ilustração do parque de diversões, mas com mais privacidade.
É viável construir unidades de gravidade de tambor tão pequenas?
Como o corpo humano reagiria? (Gravidade Artificial por Centrífuga).
Sabemos que os efeitos negativos da gravidade zero são realmente graves e numerosos. Mesmo 2.5 horas de exercício diário em esteira são insuficientes para prevenir esses efeitos:
- redistribuição de fluidos: Os fluidos corporais deslocam-se das extremidades inferiores em direção à cabeça. Isso precipita muitos dos problemas descritos abaixo.
- perda de fluido: O cérebro interpreta o aumento de líquido na área cefálica como um aumento no volume total de líquido. Em resposta, ativa mecanismos excretores.
- desequilíbrios eletrolíticos: Alterações na distribuição de fluidos levam a desequilíbrios de potássio e sódio e perturbam o sistema regulador autônomo.
- alterações cardiovasculares: Um aumento de líquido na área torácica leva inicialmente a aumentos no volume ventricular esquerdo e no débito cardíaco. À medida que o corpo busca um novo equilíbrio, o líquido é excretado, o ventrículo esquerdo encolhe e o débito cardíaco diminui.
- perda de glóbulos vermelhos: Amostras de sangue colhidas antes e depois dos voos americanos e soviéticos indicaram uma perda de até 0.5 litro de glóbulos vermelhos.
- dano muscular: Os músculos atrofiam por falta de uso. As proteínas contráteis são perdidas e o tecido encolhe. A perda muscular pode ser acompanhada por uma mudança no tipo de músculo.
- dano ósseo: Como as demandas mecânicas sobre os ossos são bastante reduzidas na microgravidade, os ossos essencialmente se dissolvem.
- hipercalcemia: A perda de líquidos e a desmineralização óssea conspiram para aumentar a concentração de cálcio no sangue.
- alterações do sistema imunológico: A perda da função das células T pode dificultar a resistência do corpo ao câncer – um perigo exacerbado pelo ambiente de alta radiação do espaço.
- Interferência com procedimentos médicos: As membranas das células bacterianas tornam-se mais espessas e menos permeáveis, reduzindo a eficácia dos antibióticos.
- vertigem e desorientação espacial: Sem uma referência gravitacional estável, os tripulantes experimentam mudanças arbitrárias e inesperadas em seu senso de verticalidade.
- síndrome de adaptação ao espaço: Cerca de metade de todos os astronautas e cosmonautas são afetados. Os sintomas incluem náuseas, vômitos, anorexia, dor de cabeça, mal-estar, sonolência, letargia, palidez e sudorese.
- perda de capacidade de exercício: Isso pode ser devido à diminuição da motivação, bem como alterações fisiológicas.
- olfato e paladar degradados: O aumento de fluidos na cabeça causa congestão semelhante a um resfriado.
- perda de peso: Perda de líquidos, falta de exercício e diminuição do apetite resultam em perda de peso. Viajantes espaciais tendem a não comer o suficiente.
- flatulência: O gás digestivo não pode “subir” em direção à boca e é mais provável que passe pela outra extremidade do trato digestivo “de maneira muito eficaz, com grande volume e frequência” .
- distorção facial: O rosto fica inchado e as expressões tornam-se difíceis de ler, especialmente quando vistas de lado ou de cabeça para baixo.
- mudanças na postura e estatura: A postura corporal neutra aproxima-se da posição fetal. A coluna tende a alongar.
- mudanças na coordenação: A coordenação normal da Terra compensa inconscientemente o peso próprio. Na ausência de peso, há uma tendência a chegar muito “alto”.
Comparados a esses efeitos adversos da gravidade zero, aqui estão alguns estudos de um psicólogo chamado Graybiel de 1977 sobre os efeitos de girar um humano em seu próprio eixo aqui na Terra, como em um espeto (de https://psycnet.apa.org/record/1980-22567-001).
ZONAS DE CONFORTO DE ROTAÇÃO GREYBIEL
Graybiel concluiu que
1.0 RPM: mesmo indivíduos altamente suscetíveis estavam livres de sintomas, ou quase isso
3.0 RPM: os indivíduos apresentaram sintomas
5.4 RPM, apenas indivíduos com baixa suscetibilidade tiveram um bom desempenho
10 RPM, a adaptação apresentou um problema desafiador, mas interessante. Mesmo pilotos sem histórico de enjoo não se adaptaram totalmente em um período de doze dias.
A “adaptação” de que fala Graybiel é se acostumar com a ausência da rotação, depois que o corpo foi girado.
O que parece que todos nos lembramos da infância.:
Devo dizer que o cuspir girando um humano em seu próprio eixo na horizontal sob a influência da gravidade da Terra provavelmente está muito distante do que um humano pode experimentar em um tambor de gravidade artificial no espaço sem peso.
Eu diria que as zonas de conforto de rotação de Graybiel não têm absolutamente nada a ver com gravidade artificial por força centrípeta. Tudo o que ele provou em seu artigo "Efeito posterior do movimento somatossensorial após a rotação horizontal da terra sobre o eixo Z" é que o efeito posterior de girar alguém rapidamente é a desorientação do sistema vestibular da orelha, levando à tontura, também conhecida como vertigem.
Mas vamos ver se esses números da zona de conforto de Graybiel podem ser aplicados.
O foguete SpaceX Mars terá um diâmetro de 9 metros. Seria possível criar um habitat confortável para os viajantes espaciais dormirem ou descansarem dentro dos limites desse foguete?
Um tambor de 9 metros precisaria girar a 14 RPM para simular 1 g, ou a 8 RPM para atingir 1/3 da gravidade da Terra. As descobertas de Graybiel indicariam que o espaço disponível no foguete SpaceX Mars seria muito pequeno.
No entanto, acredito que a gravidade (força centrípeta) agindo sobre o corpo deitado, não girando sobre si mesmo e em um nível, será mais confortável do que girar rapidamente em torno do próprio eixo.
In Unidades de leito de gravidade de tambor não haveria gradiente de aceleração da cabeça aos pés.
UNIDADES DE CAMA DE GRAVIDADE DE TAMBOR
As unidades de leito gravitacional de tambor são concebidas como um módulo complementar a uma espaçonave ou estação espacial, seja em trânsito, órbita ou na Lua, Marte ou asteróides para fornecer gravidade mais natural.
Foram construídos protótipos deste conceito?
De certa forma: Sim! A primeira foto deste post é uma atração de feira da década de 1950.
A humanidade realmente esqueceu dos anos 50 como é fácil e divertido aproveitar a gravidade artificial? Aparentemente, os visitantes da feira submeteram-se voluntariamente à experiência e gostaram.
Dispositivos de gravidade simples como esse podem ajudar os viajantes espaciais a manter sua saúde, depois que o dispositivo for ajustado.
UM MODELO MAIOR
Estação espacial de roda giratória — Wikipedia
Aqui estão os cálculos da roda von Braun de 1952 usada no filme 2001: Uma Odisseia no Espaço:
Eles imaginaram uma roda giratória com um diâmetro de 76 metros (250 pés). A roda de 3 decks giraria a 3 RPM para fornecer um terço de gravidade artificial. Foi concebido como tendo uma tripulação de 80.
Avanço rápido de 70 anos (pouco aconteceu desde a década de 1950):
CENTRÍFUGA HUMANA SAHC
A centrífuga humana SAHC começou a ser testada e operada por volta de 2020. É para investigar a tolerabilidade e o uso da gravidade artificial em astronautas e sua saúde, para combater os efeitos da falta de peso. O que demorou tanto?
A máquina mede 5.6 metros de diâmetro.
Seria pequeno o suficiente para colocar no foguete SpaceX Mars. Mas precisa de mais alguns lugares.
https://www.dlr.de/me/en/desktopdefault.aspx/tabid-1961/2779_read-14523/
Centrifugar com pessoa de teste mentirosa
Com a Centrífuga Humana de Braço Curto (SAHC) em Colônia - fornecida pela ESA - a gravidade artificial será criada para permitir pesquisas fundamentais em medicina e fisiologia humana. O foco principal está na possibilidade de estender, por exemplo, estudos de repouso no leito para testar métodos de contramedidas baseadas em gravidade artificial para riscos médicos devido à ausência de gravidade.
Dados técnicos:
Máx. raio no perímetro externo: 2,8 m
Máx. carga útil total: 550 kg
Máx. aceleração centrífuga
(nível do pé, altura do sujeito de teste 185 cm): 4.5 g
Máx. revolução do rotor da centrífuga
(limite de software): 39 rpm
Aplicações científicas
- Desenvolvimento de contramedidas eficazes para degeneração neuromuscular e esquelética de astronautas usando gravidade artificial, etc…
Este é um artigo de Erich Habich-Traut para o Projeto de Contato,
https://contactproject.org
