למה אף אחד לא בנה חללית מסתובבת כדי לדמות כוח משיכה?
חללית שלמה היא יקרה לסובב, אבל חללים קטנים בתחנות חלל או ספינות אפשר בקלות לסובב.
האם החללים הקטנים האלה יכולים להיות גדולים מספיק כדי לספק כוח משיכה מלאכותי משמעותי ובריא?
מהידע שלי בפיזיקה אני זוכר שכוח המשיכה והתאוצה זהים.
אם אני זוכר נכון, 1 גרם שווה לתאוצה של 9.81 מטר לשנייה לשנייה. במילים אחרות, גלגל עם היקף של 10 מטר יצטרך להסתובב בערך פעם בשנייה כדי לדמות 1 גרם באפס כבידה? לא בדיוק.
אבוי, זה קצת יותר מסובך מזה, ולמרבה המזל אנחנו לא צריכים לסובב את הגלגל כל כך מהר. זה בונוס!
להלן כמה מחשבונים שימושיים כדי לחשב גדלי גלגלים וקצבי סיבוב כדי לדמות את כוח המשיכה של כדור הארץ:
SpinCalc, פותר עבור כוח המשיכה, רדיוס וקצב סיבוב,
מחשבון מעגל, פותר קוטר, רדיוס והיקף.
גלגל עם היקף של 10 מטר יהיה בקוטר של 3.18 מטר. זה יהיה גודל שימושי לניסויי כוח משיכה מלאכותי, אפילו על כדור הארץ.
האם יהיה נוח לבלות בזה זמן כלשהו? הגלגל צריך להסתובב בערך 24 סל"ד כדי לדמות 1 גרם. ניתן לחלק אותו למיטות בגודל 1 על 2 מטר, להכיל עשרה אנשי צוות.
אז לפחות בתקופת המנוחה שלהם, יורדי החלל ייהנו מכוח כבידה רגיל. האסטרונאוטים שוכבים על החלק הפנימי של ההגה, קצת כמו באיור רכיבת הירידים אבל עם יותר פרטיות.
האם זה אפשרי לבנות יחידות Drum Gravity קטנות כאלה?
כיצד יגיב גוף האדם? (כוח משיכה מלאכותי על ידי צנטריפוגה).
אנו יודעים שההשפעות השליליות של אפס כוח המשיכה הן באמת רציניות ורבות. אפילו 2.5 שעות של פעילות גופנית יומית בהליכון אינן מספיקות כדי למנוע את ההשפעות הללו:
- חלוקה מחדש של נוזלים: נוזלי הגוף עוברים מהגפיים התחתונות לכיוון הראש. זה גורם להרבה מהבעיות המתוארות להלן.
- איבוד נוזלים: המוח מפרש את עליית הנוזל באזור המוח כעלייה בנפח הנוזל הכולל. בתגובה, הוא מפעיל מנגנוני הפרשה.
- חוסר איזון אלקטרוליטים: שינויים בחלוקת הנוזלים מובילים לחוסר איזון באשלגן ובנתרן ומפריעים למערכת הרגולטורית האוטונומית.
- שינויים קרדיווסקולריים: עלייה של נוזלים באזור החזה מובילה בתחילה לעלייה בנפח החדר השמאלי ובתפוקת הלב. כשהגוף מחפש שיווי משקל חדש, נוזלים מופרשים, החדר השמאלי מתכווץ ותפוקת הלב יורדת.
- איבוד תאי דם אדומים: דגימות דם שנלקחו לפני ואחרי טיסות אמריקאיות וסובייטיות הצביעו על אובדן של עד 0.5 ליטר של כדוריות דם אדומות.
- נזק לשרירים: ניוון שרירים מחוסר שימוש. חלבונים מתכווצים הולכים לאיבוד ורקמות מתכווצות. איבוד שריר עשוי להיות מלווה בשינוי בסוג השריר.
- נזק לעצם: מכיוון שהדרישות המכניות מהעצמות מצטמצמות מאוד במיקרו כבידה, העצמות בעצם מתמוססות.
- היפרקלצמיה: איבוד נוזלים ודה-מינרליזציה של העצם מזשרים להגברת ריכוז הסידן בדם.
- שינויים במערכת החיסון: אובדן תפקוד תאי T עלול לפגוע בעמידות הגוף לסרטן - סכנה המוחמרת על ידי סביבת הקרינה הגבוהה של החלל.
- הפרעה להליכים רפואיים: קרומי תאי החיידק נעשים עבים יותר ופחות חדירים, מה שמפחית את יעילות האנטיביוטיקה.
- ורטיגו וחוסר התמצאות מרחבי: ללא התייחסות כבידה יציבה, חברי הצוות חווים שינויים שרירותיים ובלתי צפויים בתחושת האנכיות שלהם.
- תסמונת הסתגלות החלל: כמחצית מכלל האסטרונאוטים והקוסמונאוטים סובלים. התסמינים כוללים בחילות, הקאות, אנורקסיה, כאבי ראש, חולשה, נמנום, עייפות, חיוורון והזעה.
- אובדן יכולת פעילות גופנית: זה עשוי לנבוע מירידה במוטיבציה וכן משינויים פיזיולוגיים.
- חוש ריח וטעם מושפל: עליית הנוזלים בראש גורמת לעפיפות בדומה להצטננות בראש.
- ירידה במשקל: איבוד נוזלים, חוסר בפעילות גופנית וירידה בתיאבון מביאים לירידה במשקל. מטיילי חלל נוטים לא לאכול מספיק.
- הֲפָחָה: גז העיכול אינו יכול "לעלות" לכיוון הפה ויש סיכוי גבוה יותר לעבור דרך הקצה השני של מערכת העיכול "ביעילות רבה עם נפח ותדירות רבה".
- עיוות פנים: הפנים הופכות נפוחות והבעות מתקשות לקריאה, במיוחד כשמסתכלים מהצד או בהפוכה.
- שינויים ביציבה ובקומה: תנוחת הגוף הנייטרלית מתקרבת לתנוחת העובר. עמוד השדרה נוטה להתארך.
- שינויים בקואורדינציה: תיאום כדור הארץ-נורמלי מפצה באופן לא מודע על המשקל העצמי. בחוסר משקל יש נטייה להגיע ל"גבוה" מדי.
בהשוואה להשפעות השליליות הללו של אפס כבידה, הנה כמה מחקרים של פסיכולוג בשם Graybiel משנת 1977 על ההשפעות של סיבוב אדם על הציר שלו כאן על כדור הארץ, כמו על יריקה (מ https://psycnet.apa.org/record/1980-22567-001).
אזורי נוחות סיבוב GRAYBIEL
גרייביל סיכם את זה
1.0 סל"ד: אפילו נבדקים רגישים מאוד היו ללא סימפטומים, או כמעט כך
3.0 סל"ד: הנבדקים חוו תסמינים
5.4 סל"ד, רק נבדקים עם רגישות נמוכה ביצעו טוב
10 סל"ד, הסתגלות הציגה בעיה מאתגרת אך מעניינת. אפילו טייסים ללא היסטוריה של מחלת אוויר לא הסתגלו באופן מלא בתקופה של שנים עשר ימים.
ה"הסתגלות" עליה מדבר גרייביל היא ההתרגלות להיעדר הסיבוב, לאחר שהגוף הסתובב.
איך זה מרגיש שכולנו זוכרים מילדות.:
אני חייב לומר שירוק המסובב אדם על הציר שלו באופק תחת השפעת כוח הכבידה של כדור הארץ, סביר להניח שהוא רחוק מאוד ממה שאדם עלול לחוות בתוף כבידה מלאכותי בחלל חסר משקל.
הייתי מרחיק לכת ואומר שלאזורי הנוחות הסיבוביים של Graybiel אין שום קשר לכוח הכבידה המלאכותי בכוח צנטריפטלי. כל מה שהוא הוכיח במאמרו "השפעה של תנועה סומטו-סנסורית בעקבות סיבוב כדור הארץ-אופקי סביב ציר ה-Z" הוא שהאפקט שלאחר הסיבוב של מישהו במהירות הוא דיסאוריינטציה של המערכת הווסטיבולרית של האוזן, מה שמוביל לסחרחורת, הלא היא ורטיגו.
אבל בואו נראה אם ניתן ליישם את נתוני אזור הנוחות של Graybiel.
קוטר של הטיל SpaceX Mars עומד על 9 מטרים. האם ניתן יהיה ליצור בית גידול נוח לשינה או מנוחה של נוסעים בחלל בתוך גבולות הרקטה הזו?
תוף באורך 9 מטר יצטרך להסתובב ב-14 סל"ד כדי לדמות 1 גרם, או ב-8 סל"ד כדי להשיג 1/3 מהכבידה של כדור הארץ. הממצאים של Graybiel יצביעו על כך שהשטח הזמין על רקטת SpaceX מאדים יהיה קטן מדי.
עם זאת, אני מאמין שכוח הכבידה (הכוח הצנטריפטלי) הפועל על הגוף בזמן שהוא שוכב, לא מסתובב על עצמו וברמה אחת, יהיה נוח יותר מאשר להסתובב במהירות סביב הציר שלו.
In יחידות מיטת תוף כבידה לא יהיה שיפוע תאוצה של ראש לרגל.
DRUM GRAVITY BED יחידות
יחידות מצע הכבידה של התוף נתפסות כמודול תוספת לחללית או תחנת חלל, בין אם זה במעבר, במסלול או על הירח, מאדים או אסטרואידים כדי לספק כוח משיכה טבעי יותר.
האם נבנו אבות טיפוס של הרעיון הזה?
בצורה מסוימת: כן! התמונה הראשונה בפוסט זה היא אטרקציית ירידים משנות ה-1950.
האנושות באמת שכחה משנות ה-50 כמה קל ומהנה ליהנות מכוח הכבידה המלאכותי? מסתבר שמבקרי הירידים הכפיפו את עצמם לחוויה מרצונם ונהנו ממנה.
מכשירי כבידה פשוטים כמו זה יכולים לעזור לרגלי חלל לשמור על בריאותם, לאחר שהמכשיר יתבצע.
דגם גדול יותר
תחנת חלל גלגל מסתובב - ויקיפדיה
להלן החישובים על גלגל פון בראון משנת 1952 בשימוש בסרט 2001: אודיסיאה בחלל:
הם דמיינו גלגל מסתובב עם א קוטר של 76 מטר (250 רגל). גלגל 3 הסיפונים יסתובב ב-3 סל"ד כדי לספק כוח משיכה מלאכותי של שליש. זה היה צפוי להיות עם צוות של 80.
מהר קדימה 70 שנה (לא הרבה קרה מאז שנות ה-1950):
SAHC צנטריפוגה אנושית
הצנטריפוגה האנושית SAHC החלה בניסויים ובפעולות בערך בשנת 2020. זה כדי לחקור את הסבילות והשימוש בכוח המשיכה המלאכותי על אסטרונאוטים ובריאותם, כדי להתמודד עם ההשפעות של חוסר משקל. מה לקח כל כך הרבה זמן?
קוטר המכונה הוא 5.6 מטר.
זה יהיה קטן מספיק כדי להכניס את הטיל של SpaceX Mars. אבל זה צריך עוד כמה מושבים.
https://www.dlr.de/me/en/desktopdefault.aspx/tabid-1961/2779_read-14523/
צנטריפוגה עם איש בדיקה שוכב
עם הצנטריפוגה האנושית קצרת הזרוע (SAHC) בקלן - המסופק על ידי ה-ESA - תיווצר כוח הכבידה המלאכותי כדי לממן מחקר בסיסי ברפואה ובפיזיולוגיה של האדם. ההתמקדות העיקרית היא באפשרות להרחיב למשל מחקרי מנוחה במיטה לבדיקת שיטות של אמצעי נגד המבוססים על כוח משיכה מלאכותי לסיכונים רפואיים עקב חוסר משקל.
נתונים טכניים:
מקסימום רדיוס בהיקף החיצוני: 2,8 מ'
מקסימום מטען כולל: 550 ק"ג
מקסימום תאוצה צנטריפוגלית
(גובה כף הרגל, גובה הנבדק 185 ס"מ): 4.5 גרם
מקסימום מהפכה של רוטור צנטריפוגה
(מגבלת תוכנה): 39 סל"ד
יישומים מדעיים
- פיתוח אמצעי נגד יעילים לניוון עצבי-שרירי ושלד של אסטרונאוטים באמצעות כוח משיכה מלאכותי וכו'...
זהו מאמר מאת אריך חביך-טראוט עבור פרויקט הקשר,
https://contactproject.org
