Космическое пространство, далеко не гостеприимная среда для человека и есть множество негативных воздействий, которые необходимо преодолеть, что бы без серьёзных последствий находиться в ней.
Одно из таких негативных воздействий- это невесомость. Тело человека и всех его предков, со времён зарождения жизни, формировалось и эволюционировало на поверхности нашей колыбели- Земли, поэтому оно отлично приспособлено к земной гравитации. И по этой же причине, оно абсолютно не приспособлено к невесомости.
Невесомость, конечно, сама человека не умертвит (хотя для людей со слабым здоровьем и такое возможно, благо в космос такие и не летают), но очень сильно будет этому способствовать. У тела человека есть большой запас прочности и до некоторой степени, оно может временно приспособиться к невесомости, но это лишь отчаянные попытки продержаться как можно больше, в среде, которая медленно, но неминуемо, разрушает.
Для особо невезучих, всё начнётся, уже при выходе космического корабля на орбиту, с "синдрома космической адаптации" (космической болезни)- это состояние, которое испытывают от трети до половины всех людей, во время адаптации к невесомости. По симптомам, состояние похоже на морскую болезнь: снижение аппетита, головокружение, головная боль, усиление слюноотделения, тошнота, иногда встречается рвота, пространственные иллюзии. Все эти эффекты обычно проходят после 3-6 суток полёта.
При нахождении в состоянии невесомости более недели, в организме человека начинают происходить более серьёзные и далеко не самые положительные изменения. Так как на орбите Земли, на тело больше не воздействует гравитация (на самом деле воздействует, но воздействие довольно схоже с реальной невесомостью, поэтому опустим этот момент), то кровь начинает приливать к голове, вызывая повышенное давление на мозг, глаза и другие органы верхней части тела и этим самым повреждая их.
С другой же стороны, кровь уходит из ног, ведь в невесомости они практически не задействованы. А мышцам, как и костям всего тела, больше не нужно постоянно удерживать тяжесть собственного тела, в гравитационном поле Земли, поэтому человеческое тело начинает адаптироваться и они начинают стремительно атрофироваться, просто за ненадобностью. Наиболее быстро данный процесс идёт в нижней части тела и особенно ногах.
И даже это, далеко не всё, есть множество, менее заметных, но от того не менее разрушительных, негативных воздействий невесомости. Благодаря исследованиям учёных, во время полёта людей на космические станции и в имитационных исследованиях на Земле, находятся всё новые воздействия невесомости.
Исследование краткосрочных негативных воздействий невесомости на тело человека- оправдано, так как при выходе корабля на орбиту, человек обязательно подвергнется её воздействию. И крайне важно знать, как поведёт себя тело человека, что бы разработать меры по минимизации негативных эффектов.
Но, нужно ли подвергать людей такому большому риску, во время длительного межпланетного перелёта?
И правильный ответ- НЕТ!
Вред невесомости, для организма человека, очевиден, но во время перелётов, особенно на дальние расстояния, придётся по долгу в ней находится.
Или нет?
Уже сейчас придуманы меры по снижению вредного воздействия невесомости на организм человека. На "МКС" они заключаются в каждодневных тренировках, минимум по два часа в день: бег, велотренировка, либо занятия на силовом тренажёре.
Крайне перспективной тренировкой, могут оказаться занятия на вибрационном тренажёре (вибрационная платформа), так как они оказывают положительное воздействие на скелетно-мышечный аппарат, повышают прочность костей, увеличивают мышечную массу, повышают гибкость связок, улучшают кровообращение и не только. Короче, улучшают все показатели, которые страдают от негативного воздействия невесомости!
Разрабатываются и исследуются различные медикаментозные средства для защиты от невесомости и для поддержания мышц и костей на "земном" уровне. Эти исследования так же помогут и людям на Земле, которые нуждаются в такого рода терапии.
Есть и другой, более "фантастический", способ, с помощью которого можно, не только уменьшить, а даже полностью свести на нет вредное влияние невесомости. И имя ему- искусственная гравитация!
Существует вариант создания искусственной гравитации за счёт постоянного ускорения, однако, топлива на него не напасёшься, поэтому рассматривать его и не будем.
А рассмотрим мы способ, с вращением и центробежной силой, который работает по принципу центрифуги.
Есть несколько способов её получить:
- для первого, нужны цельные структуры- цилиндр или бублик, которые необходимо раскрутить и на внутренней стенке появится эффект схожий с гравитацией.
- для второго, необходимо иметь два тела, между которыми натягивается трос или строится некая длинная конструкция и эти тела раскручиваются вокруг общего центра тяжести (такой метод подходит для полётов кораблей "Starship").
- для третьего способа, достаточно небольшой центрифуги внутри космического корабля ("центрифуга короткого радиуса"), где будет локально создаваться искусственная сила тяжести для одного или нескольких людей. Такую центрифугу можно объединить с велотренажёром, тогда и электроэнергию на вращение тратить не придётся. Модуль, с подобной центрифугой, может появиться в составе орбитальной станции "РОСС".
Параметры искусственной гравитации зависят от: радиуса вращения и скорости вращения- по этому, для первого способа, нужны большие или даже (по сегодняшним меркам) огромные станции. Для примера, можно посмотреть на некоторые из них:
- "Цилиндры О’Нилла";
- "Стэнфордский тор";
- "Сфера Бернала";
Для них характерны "не маленькие" диаметры, от 512.27 метра- до 16 км.
Такие размеры необходимы для создания земного уровня силы тяжести. И для того, что бы живущие там, не страдали от морской болезни, от действии эффекта Кориолиса на внутреннее ухо (эффект гравитационного градиента). Использование данного способа создания искусственной силы тяжести, в ближайшей перспективе, видится крайне сомнительным.
Куда более реализуемой выглядит искусственная гравитация, как на корабле "Hermes" из книги и одноимённого фильма "Марсианин.
Второй способ, подходящий для кораблей "Starship", подразумевает разматывание и натяжение троса длинной около 100 метров и раскручивание вокруг общего центра масс со скоростью около 2 оборотов в минуту, для достижения марсианского уровня гравитации, при удлинении троса и/или увеличении скорости вращения, можно добиться земного уровня. Как видно, трос нужен довольно длинный, но это хотя бы осуществимо с сегодняшним уровнем технологий.
Последний способ- использует центрифугу короткого радиуса, он может применяться даже на МКС.
Но, из-за её небольшого радиуса вращения, будет возникать разница между воздействием центробежной силы на голову и на ноги (если использовать вертикальное положение тела, относительно оси вращения). Ведь величина центробежной силы зависит от радиуса вращения и на голову воздействие будет меньше чем на ноги, потому как, голова ближе к центру, а ноги дальше, соответственно и радиусы разные. Поэтому же, двигать ногами будет труднее, чем головой и руками. Эту разность величин центробежной силы, действующей на голову и ноги человека, и называют гравитационным градиентом. И чем меньше радиус вращения, тем ощутимее для человека этот градиент.
Хоть, пока, и нет никаких реальных экспериментальных данных о воздействии гравитационного градиента, некоторые исследователи считают, что разность величин центробежной силы, действующей на голову и ноги человека (в расчете на единицу массы), не должна превышать 15%, от максимальной величины этой силы, что бы не вызывать негативные эффекты. Тогда, если принять, что рост человека равен 180 см, радиус вращения должен быть не меньше 12 метров. Что куда больше, чем у центрифуги короткого радиуса.
Выходом из данной ситуации может стать создание- "вращающихся спальных капсул".
Суть концепции состоит в том, что бы- во первых, развернуть воздействие центробежной силы из вертикального положения в горизонтальное, во вторых, пользоваться капсулами только во время сна. Таким образом, можно будет минимизировать влияние гравитационного градиента на тело человека и находиться под действием искусственной гравитации, большее количество времени, при этом же не занимая много места.
Если, конечно, постоянная смена гравитации и невесомости не будет вредить сильнее, чем просто невесомость. Этот вопрос открыт и требует исследований!
Концепт подходит, ближайшему к реализации "в железе", перелётному кораблю- "Starship" и особенно его модификации "Орбитальная станция".
Так как же это будет выглядеть?
Имея диаметр корабля равный 9 метрам и проведя не хитрые расчёты, по вычислению длинны окружности корабля, мы получим:
P = 2 π r = 2 π 4.5 = 9 π ≈ 28.274328 метра.
Исходя из количества экипажа в 100 человек и кровати шириной (диаметром, если капсула элипсоидной формы) в 1 метр и длинной метра 2 (это даже больше, чем моя кровать, на которой я сам сплю), мы получаем, что на одной окружности, вдоль внутренней стенки корабля, в один ряд можно расположить примерно 25 спальных мест- капсул.
При таком расположении, понадобится 4 ряда, с 4 кольцами, по 2 метра высотой вдоль стен корабля. И "Starship" может себе это позволить- верхний топливный бак как раз имеет размеры, позволяющие вместить 4 ряда, не говоря уже о объёме под обтекателем.
Если же использовать двух-кольцевую (полтора-кольцевую) компоновку и/или уменьшить ширину капсулы, то в одном ряду можно расположить уже около 50 спальных мест, а значит- понадобится всего два двух-кольцевых ряда.
Двухрядный вариант идеально подойдёт для "Одноразовой" версии Старшипа, в модификации "Орбитальная станция", так как станция не будет приземляться никогда, то размер капсул можно сделать меньше.
Четырёхрядный же, будет идеален для перелётного корабля, когда после посадки, например на Марс, лёгким движением руки, капсулы можно будет развернуть на 90° и использовать, опять, в качестве спальных капсул для экипажа, уже на поверхности планеты. Более того, здесь даже можно использовать не просто капсулы для сна, а полноценные капсульные ячейки (комнаты), как в капсульных отелях на Земле!
Ряды с капсулами располагаются- вдоль внутренней стенки корабля и находятся на магнитных подшипниках/подушках. Вращение должно осуществляться в противоположные стороны, для компенсации воздействия на ориентацию корабля в полёте.
Какие преимущества это может дать?
1) Космонавты на МКС тренируются минимум по два часа в сутки, для минимизации негативного воздействия невесомости, если к этим тренировкам добавить по 10 часов в капсуле с искусственной гравитацией, то полёт будет происходить, лишь на 50% в невесомости. Человеку всё равно необходимо спать, так почему же не использовать данное время с пользой?
2) Для создания искусственной гравитации с помощью "парных кораблей", нужны, как ни странно, два корабля, а значит- с капсулами перелётная система больше не будет зависеть от "парных кораблей".
3) Во время использования "парных кораблей", необходимо растянуть очень длинный трос или создать иную конструкцию, которая соединит два корабля. И пусть, даже если данный трос и порвётся, это всё равно не станет фатальным для миссии (имеющегося запаса топлива будет достаточно для корректировки траектории), но и приятного в этом будет тоже мало. Капсулы же уберут данный риск совсем.
Однако, стоит повториться- сначала необходимо выяснить, не будет ли вредить, каждодневное чередование смены гравитации и невесомости, сильнее чем просто невесомость.
Кому удобнее читать нас в вк: vk.com/mar_tians
Телеграм: t.me/mar_tians
Так же подписывайтесь на ютуб канал, цель 100 подписчиков, для начала публикации новостей и там: youtube.com/mar_tians