Pourquoi personne n'a construit de vaisseau spatial rotatif pour simuler la gravité ?
Un vaisseau spatial entier coûte cher à faire tourner, mais de petits espaces sur des stations spatiales ou des navires pourraient facilement être tournés.
Ces petits espaces peuvent-ils être assez grands pour fournir une gravité artificielle significative et saine ?
De mes connaissances en physique, je me souviens que la gravité et l'accélération sont identiques.
Si je me souviens bien, 1 g équivaut à une accélération de 9.81 m/sec par seconde. En d'autres termes, une roue d'une circonférence de 10 mètres devrait tourner environ une fois par seconde pour simuler 1 g en apesanteur ? Pas assez.
Hélas, c'est un peu plus compliqué que cela, et heureusement, nous n'avons pas à faire tourner la roue aussi vite. C'est un bonus !
Voici quelques calculatrices pratiques pour déterminer la taille des roues et les taux de rotation afin de simuler la gravité terrestre :
SpinCalc, résout la gravité, le rayon et le taux de rotation,
Calculatrice de cercle, résout le diamètre, le rayon et la circonférence.
Une roue d'une circonférence de 10 mètres aurait un diamètre de 3.18 mètres. Ce serait une taille pratique pour les expériences de gravité artificielle, même sur Terre.
Serait-il confortable de passer du temps là-dedans ? La roue doit tourner à environ 24 tr/min pour simuler 1 g. Il pourrait être compartimenté en lits de 1 x 2 mètres, contenant dix membres d'équipage.
Ainsi, au moins pendant leur période de repos, les astronautes bénéficieraient de la gravité normale. Les astronautes sont allongés à l'intérieur de la roue, un peu comme dans l'illustration du manège forain mais avec plus d'intimité.
Est-il possible de construire de si petites unités Drum Gravity ?
Comment réagirait le corps humain ? (Gravité Artificielle par Centrifugeuse).
Nous savons que les effets négatifs de l'apesanteur sont vraiment graves et nombreux. Même 2.5 heures d'exercice quotidien sur tapis roulant sont insuffisantes pour prévenir ces effets :
- redistribution des fluides : Les fluides corporels se déplacent des membres inférieurs vers la tête. Cela précipite bon nombre des problèmes décrits ci-dessous.
- perte de liquide : Le cerveau interprète l'augmentation de liquide dans la région céphalique comme une augmentation du volume total de liquide. En réponse, il active les mécanismes excréteurs.
- déséquilibres électrolytiques : Les modifications de la distribution des fluides entraînent des déséquilibres en potassium et en sodium et perturbent le système de régulation autonome.
- modifications cardiovasculaires : Une augmentation de liquide dans la région thoracique entraîne initialement une augmentation du volume ventriculaire gauche et du débit cardiaque. Lorsque le corps cherche un nouvel équilibre, du liquide est excrété, le ventricule gauche se rétrécit et le débit cardiaque diminue.
- perte de globules rouges : Des échantillons de sang prélevés avant et après les vols américains et soviétiques ont indiqué une perte pouvant atteindre 0.5 litre de globules rouges.
- lésions musculaires : Les muscles s'atrophient par manque d'utilisation. Les protéines contractiles sont perdues et les tissus rétrécissent. La perte musculaire peut s'accompagner d'un changement de type musculaire.
- lésions osseuses : Parce que les exigences mécaniques sur les os sont considérablement réduites en microgravité, les os se dissolvent essentiellement.
- hypercalcémie : La perte de liquide et la déminéralisation osseuse concourent à augmenter la concentration de calcium dans le sang.
- changements du système immunitaire : La perte de la fonction des lymphocytes T peut entraver la résistance du corps au cancer - un danger exacerbé par l'environnement à haut rayonnement de l'espace.
- interférence avec les procédures médicales : Les membranes cellulaires bactériennes deviennent plus épaisses et moins perméables, ce qui réduit l'efficacité des antibiotiques.
- vertige et désorientation spatiale : Sans référence gravitationnelle stable, les membres d'équipage subissent des changements arbitraires et inattendus dans leur sens de la verticalité.
- syndrome d'adaptation à l'espace : Environ la moitié de tous les astronautes et cosmonautes sont touchés. Les symptômes comprennent des nausées, des vomissements, de l'anorexie, des maux de tête, des malaises, de la somnolence, de la léthargie, de la pâleur et de la transpiration.
- perte de capacité d'exercice : Cela peut être dû à une diminution de la motivation ainsi qu'à des changements physiologiques.
- odorat et goût dégradés : L'augmentation des fluides dans la tête provoque une congestion semblable à un rhume de cerveau.
- perte de poids: La perte de liquide, le manque d'exercice et la diminution de l'appétit entraînent une perte de poids. Les voyageurs de l'espace ont tendance à ne pas manger suffisamment.
- flatulence: Les gaz digestifs ne peuvent pas "monter" vers la bouche et sont plus susceptibles de passer par l'autre extrémité du tube digestif "très efficacement avec un volume et une fréquence élevés".
- distorsion faciale : Le visage devient gonflé et les expressions deviennent difficiles à lire, surtout lorsqu'elles sont vues de côté ou à l'envers.
- changements de posture et de stature : La posture neutre du corps se rapproche de la position fœtale. La colonne vertébrale a tendance à s'allonger.
- changements de coordination : La coordination Terre-normale compense inconsciemment le poids propre. En apesanteur, on a tendance à aller trop « haut ».
Par rapport à ces effets néfastes de l'apesanteur, voici quelques études d'un psychologue du nom de Graybiel de 1977 sur les effets de la rotation d'un humain sur son propre axe ici sur Terre, comme sur une broche (de https://psycnet.apa.org/record/1980-22567-001).
ZONES DE CONFORT GREYBIEL ROTATION
Graybiel a conclu que
1.0 RPM : même les sujets très sensibles ne présentaient aucun symptôme, ou presque
3.0 RPM : les sujets ont présenté des symptômes
5.4 RPM, seuls les sujets à faible sensibilité ont obtenu de bons résultats
10 RPM, l'adaptation a présenté un problème difficile mais intéressant. Même les pilotes sans antécédents de mal de l'air ne se sont pas complètement adaptés en douze jours.
L'« adaptation » dont parle Graybiel est l'accoutumance à l'absence de rotation, après que le corps ait été tourné.
Ce que cela fait, nous nous en souvenons tous depuis l'enfance. :
Je dois dire que cracher en faisant tourner un humain sur son propre axe à l'horizontale sous l'influence de la gravité terrestre est très probablement très éloigné de ce qu'un humain peut ressentir dans un tambour de gravité artificiel dans un espace en apesanteur.
J'irais même jusqu'à dire que les zones de confort de rotation de Graybiel n'ont absolument rien à voir avec la gravité artificielle par force centripète. Tout ce qu'il a prouvé dans son article "Séquence de mouvement somatosensoriel suivant la rotation horizontale de la terre autour de l'axe Z" est que l'effet secondaire de la rotation rapide de quelqu'un est une désorientation du système vestibulaire de l'oreille, entraînant des étourdissements, alias vertiges.
Mais voyons si les chiffres de la zone de confort de Graybiel peuvent être appliqués.
La fusée SpaceX Mars va avoir un diamètre de 9 mètres. Serait-il possible de créer un habitat confortable pour dormir ou se reposer dans l'enceinte de cette fusée ?
Un tambour de 9 mètres devrait tourner à 14 tr/min pour simuler 1 g, ou à 8 tr/min pour atteindre 1/3 de la gravité terrestre. Les découvertes de Graybiel indiqueraient que l'espace disponible sur la fusée SpaceX Mars serait trop petit.
Cependant, je crois que la gravité (force centripète) agissant sur le corps lorsqu'il est allongé, sans tourner sur lui-même et sur un seul niveau, sera plus confortable que de tourner rapidement autour de son propre axe.
In Unités de lit de gravité de tambour il n'y aurait pas de gradient d'accélération de la tête aux pieds.
UNITÉS DE LIT À TAMBOUR PAR GRAVITÉ
Les unités de lit de gravité à tambour sont conçues comme un module complémentaire à un vaisseau spatial ou à une station spatiale, que ce soit en transit, en orbite ou sur la Lune, Mars ou des astéroïdes pour fournir une gravité plus naturelle.
Des prototypes de ce concept ont-ils été construits ?
D'une certaine manière : Oui ! La première photo de ce post est une attraction foraine des années 1950.
L'humanité a-t-elle vraiment oublié depuis les années 50 à quel point il est facile et amusant de profiter de la gravité artificielle ? Apparemment, les visiteurs de la foire se sont volontairement soumis à l'expérience et l'ont appréciée.
De simples dispositifs de gravité comme celui-ci pourraient aider les astronautes à maintenir leur santé, une fois l'appareil modifié.
UN PLUS GRAND MODÈLE
Station spatiale à roue tournante — Wikipédia
Voici les calculs sur la roue von Braun de 1952 utilisée dans le film 2001 : L'Odyssée de l'espace :
Ils ont imaginé une roue tournante avec un diamètre de 76 mètres (250 pieds). La roue à 3 ponts tournerait à 3 tr/min pour fournir une gravité artificielle d'un tiers. Il était prévu d'avoir un équipage de 80 personnes.
Avance rapide de 70 ans (il ne s'est pas passé grand-chose depuis les années 1950) :
CENTRIFUGEUSE HUMAINE SAHC
La centrifugeuse humaine SAHC a commencé ses tests et ses opérations vers 2020. Il s'agit d'étudier la tolérabilité et l'utilisation de la gravité artificielle sur les astronautes et leur santé, pour contrer les effets de l'apesanteur. Qu'est-ce qui a pris si longtemps ?
L'engin mesure 5.6 mètres de diamètre.
Il serait assez petit pour être installé dans la fusée SpaceX Mars. Mais il a besoin de quelques sièges supplémentaires.
https://www.dlr.de/me/en/desktopdefault.aspx/tabid-1961/2779_read-14523/
Centrifugeuse avec testeur couché
Avec la centrifugeuse humaine à bras court (SAHC) de Cologne, fournie par l'ESA, une gravité artificielle sera créée pour permettre la recherche fondamentale en médecine et en physiologie humaine. L'accent est mis sur la possibilité d'étendre, par exemple, les études sur l'alitement pour tester des méthodes de contre-mesures artificielles basées sur la gravité pour les risques médicaux dus à l'apesanteur.
Données techniques:
Max. rayon au périmètre extérieur : 2,8 m
Max. charge utile totale : 550 kg
Max. accélération centrifuge
(niveau des pieds, taille du sujet testé 185 cm) : 4.5 g
Max. révolution du rotor de la centrifugeuse
(limite logicielle) : 39 tr/min
Applications scientifiques
- Développement de contre-mesures efficaces pour la dégénérescence neuromusculaire et squelettique des astronautes en utilisant la gravité artificielle, etc…
Ceci est un article d'Erich Habich-Traut pour le Projet Contact,
https://contactproject.org