Невесомость — очень большая проблема, как для людей, так и для техники. Некоторые исследователи обнаружили, что лабораторные мышки в условиях невесомости не могут приносить потомство. Не уверен точно, что мышки «не могут», зато уверен, что в условиях невесомости мышкам весьма трудно совершить акт зачатия. Да ещё и стресс.
Как уже отмечалось в работе «Кричевский С.В. Искусственная гравитация для людей в космосе: эволюция идей, технологий, проектов // Воздушно-космическая сфера. 2020. № 3. С. 10 – 21», для создания искусственной гравитации, необходимо на космическом корабле или станции иметь некоторые кабины, которые буду вращаться. Кольцевые (как на рисунке ниже), цилиндрические, или виде гантелей или иначе, это не важно. А важно, с какой скоростью их нужно вращать, чтобы создать искусственную силу тяжести примерно как на Земле, и какого они должны быть размера?
На Земле ускорение свободного падения и, соответственно, сила тяжести колеблется от 9,7 м/с² на экваторе и до 9,82 м/с² на полюсах. Стандартное («нормальное») значение, принятое при построении систем единиц, составляет 9,8 м/с². Строго соответствовать этой величине на космических аппаратах особого смысла нет. Поэтому, будем считать, что будет приемлемым достижение ускорения от 7 до 9 м/с2. А вот как надо раскрутить соответствующий объект можно увидеть на простом расчете ниже…
Очевидно, чем меньше радиус вращаемого тела, тем быстрее его надо вращать, и наоборот. А при весьма сильных угловых скоростях возникают Кориолесовы эффекты. Как то, свободно брошенный или отпущенный предмет относит в бок; рука, резко протянутая к кнопке, сама отклоняется в сторону. И хоть сама Земля вращается с линейной скоростью (на экваторе) — 465 м/с (1674 км/ч) — мы к этому привыкли и не замечаем.
По материалам http://www.membrana.ru/particle/369 (автор Леонид Попов, 5 августа 2004), американцы в НАСА провели серию экспериментов, чтобы понять — как мозг человека адаптируется к такой обстановке. Для этого они поместили людей во вращающуюся комнату и изучили их реакции. В итоге оказалось, что после короткого времени люди адаптировались и переставали чувствовать неудобства. Мозг вводил поправки в движения тела. Однако, после возвращения в нормальный мир человеку казалось, что кто-то тянет его руки в сторону. Но это не долго.
Американцы Дизио и Лакнер установили, что человек хорошо приспосабливается к вращению своего жилища со скоростью до 25 оборотов в минуту, а в нашем расчете мы таких угловых скоростей даже не предполагаем.
И какие следует сделать выводы из этого феномена? А их два:
1. На всех кораблях и станциях вращать кабины необходимо строго в одну сторону. Чтобы люди не имели лишних проблем с адаптацией.
2. Лучше вращать также, как и вращается наша Земля. Проблем будет меньше.
Следующая и очень любопытная проблема: а что именно вращать?
А вращать можно:
- весь корабль, вокруг продольной оси;
- только один цилиндр/кольцо/гантелю, а корабль будет неподвижен;
- два цилиндра или кольца, в противоположных направлениях.
В этом вопросе ясности пока нет, наверное всё будет определяться конструктивными вариантами для станций. Однако, кажется, что если вращается только жилой отсек, то корабль будет неподвижен. Это заблуждение. В действительности, что бы компенсировать вращение отсека корабль должен сам вращаться в противоположном направлении. Конечно, если масса корабля огромна, по сравнению с жилым отсеком, то это не большая проблема. А если она равны? В случае межпланетного корабля это очень даже реально.
Управление вращающимся кораблем, с учетом кориолесовых и гироскопических эффектов — будет ещё та проблема. А фокус в том, что мы достигли огромных успехов в области механики исключительно в земных условиях. А механика движения и вращения тел в невесомости, пока изучена откровенно слабо. Здесь есть над, чем подумать и даже площадка для экспериментальной базы.
Однако, есть ещё одна занятная фишка в этом вопросе. Называется она эффект Джанибекова! Что это за фокус и как он выглядит, опишу в следующем посте.
Для тех, кто не испугался искусственной гравитации — bon voyage!
