La الجاذبية الاصطناعية في الفضاء إنه تباين الجاذبية الطبيعية (القوة G) بطريقة اصطناعية ، خاصة في الفضاء ، ولكن أيضًا على الأرض. يمكن تحقيق ذلك في الممارسة العملية باستخدام قوى غير متكافئة ، قوة الطرد المركزي بشكل أساسي والسرعة الخطية.
وبالمثل ، فهي تقنية ضرورية لمثابرة الإنسان في الكون ، من خلال المحطات السماوية أو البيئات الفضائية. في هذا الوقت ، تقوم الفيزياء الفلكية وهندسة الطيران بالبحث ونشر طرق جديدة لاستنساخ وإدارة هذه المجالات. الجاذبية. تعرف على كيفية عمله قوة الجاذبية يمكن أن يساعدنا البحث على الأرض في فهم الذكاء الاصطناعي في الفضاء بشكل أفضل.
على مر التاريخ ، تم تقديم العديد من التقنيات لإنشاء الجاذبية الاصطناعية ، تمامًا كما حدث أيضًا في مجال الخيال العلمي حيث تم في كلتا الحالتين استخدام القوى الحقيقية والاصطناعية. ومع ذلك ، من الناحية العملية ، فإن الدراسات في الفضاء الخارجي الجاذبية الاصطناعية للاستخدام البشري ، لم يتم تنفيذها بعد ، خاصةً بسبب حقيقة أنه مطلوب من السفن السماوية ذات الامتدادات الكبيرة التي يمكنها الوصول إلى الدوران الكافي لتوفير سرعة الجاذبية اللازمة.
تقنيات توليد الجاذبية الاصطناعية في الفضاء
الجاذبية مصطنع في الفضاء يمكن تمثيله بعدة طرق:
تناوب
سوف تتسبب السفينة الدوارة في الإحساس بالجاذبية داخل خوذتك. يحرك الدوران أي جسم داخل السفينة نحو جدرانها ، مما يعطي مظهرًا حيويًا الجاذبية موجهة نحو الخارج. إن "الدوران"، والذي يُنسب غالبًا إلى القوة الطاردة المركزية، هو في الواقع تعبير عن الكيانات الموجودة داخل السفينة والتي تحاول السفر في خط مستقيم بسبب اللامبالاة. هذا المبدأ مشابه للمبدأ الذي تمت دراسته في مجال الجاذبية.
تزود جدران السفينة القوة الجاذبة المطلوبة بحيث تسير الجثث في دائرة (إذا امتدت في خط مستقيم ستترك حدود السفينة). وبالتالي ، فإن الجاذبية التي تشعر بها الأشياء هي مقاومة بسيطة للقوة للجسم الموجود على الجدران المحتج على القوة الجاذبة للجدار على الجسم ، وفقًا لـ قانون نيوتن الثالث.
بهذا المعنى ، من وجهة نظر الإنسانية التي تدور في البيئة ، فإن جاذبية اصطناعية في الفضاء عن طريق الدوران ، فإنه يتقدم في بعض المظاهر بنفس طريقة الجاذبية العادية ، لكن له الخصائص التالية:
قوة الطرد المركزي
على عكس الجاذبية الحقيقية ، التي تثير باتجاه المركز ، فإن هذه القوة الزائفة للسبين تزود "الجاذبية" الدورانية التي تثير بعيدًا عن محور الدوران. تختلف مستويات الجاذبية الاصطناعية باختلاف المسافة من مركز ترجمة. مع نصف قطر دوران صغير، فإن كمية الجاذبية التي نشعر بها على الرأس ستكون غير متساوية بشكل كبير مع الكمية التي نشعر بها عند القدمين. ومن المهم أن نأخذ في الاعتبار العلاقة بين حجم السفينة و تأثير الجاذبية الاصطناعية.
هذا يمكن أن يخلق تغييرات حركية ومحرجة في حالة الجسم. بحسب ال فيزياء المتضمنة ، الدورات الأبطأ أو مع نصف قطر أكبر للدوران من شأنه ترويض أو استبعاد هذا العيب ، للثالث قانون نيوتن.
تأثير كوريوليس
يعطي هذا قوة واضحة تستمر على الأشياء التي تهتز بالنسبة لإطار قصة دوار. تستمر هذه القوة المفترضة بزوايا قائمة للتذبذب ومحور الدوران وتميل إلى ثني الحركة في الاتجاه المعاكس لدوران البيئة. إذا كان رائد الفضاء في حالة خطورة إذا تم تحريك جسم صناعي دوار نحو أو بعيدًا عن محور الدوران، فإنه سوف يتعرض لقوة تحفيز نحو أو بعيدًا عن اتجاه الدوران. إن فهم هذه الظاهرة هو المفتاح لفهم الجاذبية في الفضاء.
تعمل هذه القوى على الأذن الداخلية ويمكن أن تسبب الدوخة والغثيان والارتباك. إطالة فترة الدوران (سرعة أبطأ للترجمة) يخضع ل قوة كوريوليس وعواقبه. بشكل عام ، وجد أنه عند 2 دورة في الدقيقة أو أقل ، لا توجد تأثيرات معادية من قوى كوريوليس ؛ بمعدلات أعلى ، يمكن لبعض الناس تثقيف أنفسهم بها والبعض الآخر لا يستطيع ذلك ؛ ولكن بالمعدلات الرئيسية عند 7 دورات في الدقيقة ، يمكن لعدد قليل من الأشخاص التدريب.
لم يُعرف بعد ما إذا كان التعرض الممتد لمستويات عالية من قوى كوريوليس يزيد من الميل إلى الملاءمة. يمكن أيضًا تقليل التأثيرات المسببة للغثيان لتأثير كوريوليس من خلال تقييد حركة من الرأس.
العلم وراء الجاذبية الاصطناعية في الفضاء الذي ظهر في أفلام الخيال العلمي
ما هو المطلوب لتزييف الجاذبية في الفضاء بشكل مصطنع؟ أي شخص شاهد القليل من السينما سوف يجادل بأنه يكفي أن تصنع سفينة تدور على نفسها من أجل قوة متحدة المركز تكون مشابهة للجاذبية. الإجابة صحيحة افتراضيًا ، لكن إدراك هذا الغرض شيء مختلف تمامًا.
إن فكرة المحطات السماوية على شكل عجلة والتي تتدحرج حتى يتمكن أطقمها من الاستمرار في الالتصاق بالأرض بدلاً من الطفو ليست فكرة جديدة. لقد رأينا ذلك في عشرات الأفلام من عام 2001: A Space Odyssey إلى The Martian. في 60s ، وكالة ناسا لقد صنع مزيفًا عملاقًا لمحاولة تجربة ما إذا كان من الممكن استخدام قوة الطرد المركزي التي يثيرها دوران جسم ما لتزييف الجاذبية داخل ذلك الجسم. كانت التأثيرات فعالة ، لكن لم يتم الحصول على مثل هذه السفينة مطلقًا. لماذا ا؟
السبب عملي فقط. لبناء أ محطة كونية وهذا يتطلب مجموعًا غير منظم من العقارات ورأس المال. البحث عن تأثير الجاذبية وفي سياقات مختلفة، يمكن أن توفر هذه الدراسات فهماً أعمق لأهمية هذه الهياكل.
الصعوبة الأولى هي عملاق المحطة. في الحالة التي تغزونا ، تكون قوة الطرد المركزي مساوية للقطر لسرعة الدوران ، والسفن السماوية من هذا النوع التي نراها في السينما لا تقلق كثيرًا بشأن الحسابات. في عام 2001: أوديسا فضائية ، على سبيل المثال ، يبلغ قطر محطة المجرة 300 متر وتدور بسرعة حوالي 1 دورة في الدقيقة. هذا الترتيب بالكاد يكفي لتزييف الجاذبية القمرية ، والتي تمثل 1/6 من جاذبية الأرض. لتظهر أ خطورة مثل امتداد الأرض ، يجب أن تدور بسرعة 2,4 دورة في الدقيقة.
إذا كانت المركبة الفضائية ذات حجم معقول (نصف قطر 25 مترًا) ، فسيتعين تشغيلها بسرعة 6 دورات في الدقيقة ، وهو ما قد يكون غير عملي للاختبار وسيؤدي إلى تضليل رواد الفضاء. في الوقت نفسه ، تعتمد الجاذبية على المسار إلى مركز الدوران. في مثل هذه المحطة الصغيرة ، ستكون الجاذبية المكتشفة عند أقدام الشخص غير متكافئة مع الجاذبية التي لوحظت في الرأس. بالعودة إلى محطة الفضاء الدولية ، فإن جزءًا من نعمة محطتنا الحقيقية في الفضاء هو أنها تسمح لنا بالملاحظة الجاذبية الصغرى.
بشكل قاطع ، لكي يتظاهر الجاذبية بفعالية ، كمحطة سيليست يجب أن يكون كبيرًا جدًا ، ومجرد وضع قضبانه في المدار لبنائه مكلف للغاية. يكلف وضع كيلوغرام واحد من الوزن في مدار أحد صواريخ فالكون 9 الحالية من سبيس إكس 2700 دولار. عندما تبدأ الشركة في المناورة بفارقها الجديد المحمّل من طراز Falcon 9 ، سيخضع هذا السعر لـ 1.650،XNUMX دولارًا لكل كيلوغرام من البضائع.
ربما يمكن خفض السعر في اليوم الذي نكون فيه قادرين على استخراج المعادن من الكويكبات التي تظهر في النظام الشمسي ومعالجتها في كون. حتى ذلك الحين ، فإن بناء معالم بقطر 60 كيلومترًا مثل المحطة في فيلم Elyssium سيكون تحديًا صناعيًا. استثنائي في حال كنت تريد معرفة الجاذبية الاصطناعية في الفضاء.
