Peranan graviti buatan dalam penerokaan angkasa lepas dalam. Graviti tiruan dan cara menciptanya

Walaupun anda tidak begitu berminat dengan topik angkasa lepas, kemungkinan anda pernah melihatnya dalam filem, membaca tentangnya dalam buku atau bermain permainan yang tema angkasa akan menonjol adalah sangat tinggi. Pada masa yang sama, dalam kebanyakan karya terdapat satu saat, yang, sebagai peraturan, diambil begitu sahaja - graviti pada kapal angkasa. Tetapi adakah ia semudah dan jelas seperti yang kelihatan pada pandangan pertama?

Untuk memulakan, sedikit bahan. Jika anda tidak menyelidiki fizik di luar kursus sekolah (dan ia akan cukup untuk kita hari ini), maka graviti adalah interaksi asas badan, yang mana mereka semua menarik antara satu sama lain. Tarikan lebih besar lebih kuat, kurang besar - lebih lemah.

bahan

Dalam kes kami, perkara berikut adalah penting. Bumi adalah objek besar, jadi manusia, haiwan, bangunan, pokok, bilah rumput, komputer yang anda baca ini, semuanya tertarik ke bumi. Kami sudah biasa dan sebenarnya tidak pernah memikirkan perkara yang kelihatan remeh itu. Akibat utama graviti Bumi bagi kita ialah pecutan graviti, juga dikenali sebagai g, dan bersamaan dengan 9.8 m/s². Itu. mana-mana badan tanpa sokongan akan sama memecut ke arah pusat Bumi, memperoleh kelajuan 9.8 m / s setiap saat.

Berkat kesan ini kita boleh berdiri sama rata di atas kaki kita, mempunyai konsep "atas" dan "bawah", menjatuhkan barang di atas lantai, dsb. Malah, banyak aktiviti manusia akan banyak diubah suai jika graviti Bumi diambil.

Angkasawan yang menghabiskan sebahagian besar hidup mereka di ISS mengetahui perkara ini. Mereka perlu belajar semula cara melakukan banyak perkara, daripada cara mereka minum hingga mendaki untuk pelbagai keperluan fisiologi. Berikut adalah beberapa contoh.

Pada masa yang sama, dalam banyak filem, rancangan TV, permainan dan karya seni Sci-Fi yang lain, graviti pada kapal angkasa "hanya wujud". Ia dipandang remeh dan selalunya tidak ambil pusing untuk menjelaskannya. Dan jika mereka melakukannya, ia entah bagaimana tidak meyakinkan. Sesuatu seperti "penjana graviti", prinsip operasinya sedikit lebih daripada mistik sepenuhnya, jadi sebenarnya pendekatan ini berbeza sedikit daripada "graviti di atas kapal makan saja". Nampaknya saya tidak ada cara untuk menjelaskannya dengan lebih jujur.

Model teori graviti buatan

Tetapi semua ini tidak bermakna sama sekali bahawa tiada siapa yang cuba menjelaskan graviti buatan sama sekali. Jika anda fikirkan, ia boleh dicapai dalam beberapa cara.

Banyak jisim

Pilihan pertama dan paling "betul" ialah menjadikan kapal itu sangat besar. Kaedah ini boleh dianggap "betul" kerana ia adalah interaksi graviti yang akan memberikan kesan yang diperlukan.

Pada masa yang sama, ketidakbenaran kaedah ini, saya fikir, adalah jelas. Untuk kapal sedemikian, banyak perkara akan diperlukan. Ya, dan dengan pengagihan medan graviti (dan kita memerlukannya supaya seragam), sesuatu perlu diputuskan.

Pecutan berterusan

Oleh kerana kita perlu mencapai pecutan graviti malar 9.8 m / s², mengapa tidak menjadikan kapal angkasa dalam bentuk platform yang akan memecut berserenjang dengan satahnya dengan ini. g? Oleh itu, kesan yang diingini pasti akan dicapai.

Tetapi terdapat beberapa masalah yang jelas. Pertama, anda perlu mengambil bahan api dari suatu tempat untuk memastikan pecutan berterusan. Dan walaupun seseorang tiba-tiba muncul dengan enjin yang tidak memerlukan pelepasan bahan, tiada siapa yang telah memansuhkan undang-undang pemuliharaan tenaga.

Masalah kedua terletak pada sifat pecutan berterusan. Pertama, menurut pemahaman semasa kita tentang undang-undang fizikal, adalah mustahil untuk mempercepatkan selama-lamanya. Teori relativiti sangat ditentang. Kedua, walaupun kapal berubah arah secara berkala, ia akan sentiasa perlu terbang ke suatu tempat untuk memberikan graviti buatan. Itu. tidak boleh diperkatakan tentang sebarang berlegar berhampiran planet. Kapal itu akan dipaksa untuk berkelakuan seperti cerek, yang jika ia berhenti, ia akan mati. Jadi ini bukan pilihan untuk kami.

karusel karusel

Dan di sini yang paling menarik bermula. Saya pasti bahawa setiap pembaca membayangkan bagaimana karusel berfungsi dan kesan yang boleh dialami oleh seseorang di dalamnya. Semua yang ada di atasnya cenderung melompat keluar mengikut kadar kelajuan putaran. Dari sudut pandangan karusel, ternyata semuanya dipengaruhi oleh daya yang diarahkan sepanjang jejari. Agak banyak graviti.

Justeru kita perlukan kapal berbentuk tong yang akan berputar mengelilingi paksi membujur. Pilihan sedemikian agak biasa dalam fiksyen sains, jadi dunia Sci-Fi tidak begitu putus asa dari segi menjelaskan graviti buatan.

Jadi, fizik lagi. Apabila berputar di sekeliling paksi, daya emparan dijana, diarahkan sepanjang jejari. Hasil daripada pengiraan mudah (dengan membahagikan daya dengan jisim), kami memperoleh pecutan yang diingini. Semuanya dipertimbangkan mengikut formula mudah:

a=ω²R,

di mana a- pecutan, R ialah jejari putaran, a, ω ialah halaju sudut, diukur dalam radian sesaat. Satu radian adalah kira-kira 57.3 darjah.

Apa yang kita perlu dapatkan untuk kehidupan normal di kapal penjelajah angkasa khayalan kita? Kami memerlukan gabungan jejari kapal dan halaju sudut sehingga hasil keluarannya memberikan sejumlah 9.8 m / s².

Kita dapat melihat sesuatu yang serupa dalam banyak karya: "2001: A Space Odyssey" Stanley Kubrick, Opera sabun "Babylon 5", Nolanovsky « » , novel "Gelang Dunia" Larry Nivena, Alam semesta lain. Dalam kesemuanya, pecutan jatuh bebas adalah lebih kurang sama dengan g, jadi semuanya ternyata agak logik. Walau bagaimanapun, terdapat masalah dengan model ini juga.

Masalah dalam karusel

Masalah yang paling jelas mungkin paling mudah untuk dijelaskan "Odyssey Angkasa Lepas". Jejari kapal adalah lebih kurang 8 meter. Dengan pengiraan mudah, kita dapati bahawa untuk mencapai pecutan sama dengan g, halaju sudut kira-kira 1.1 rad / s diperlukan, yang bersamaan dengan kira-kira 10.5 pusingan seminit.

Dengan parameter ini, ternyata itu Kesan Coriolis. Tanpa pergi ke butiran teknikal, masalahnya ialah pada "ketinggian" yang berbeza dari lantai, daya yang berbeza akan bertindak ke atas badan yang bergerak. Dan ia bergantung kepada halaju sudut. Jadi dalam reka bentuk maya kami, kami tidak mampu untuk memutar kapal terlalu cepat, kerana ini penuh dengan masalah mulai dari kejatuhan tidak intuitif secara tiba-tiba kepada masalah dengan radas vestibular. Dan dengan mengambil kira formula pecutan yang disebutkan di atas, kami tidak mampu membayar radius kecil kapal. Oleh itu, model pengembaraan angkasa lepas tidak lagi sah. Lebih kurang masalah yang sama dengan kapal dari "Antara bintang", walaupun semuanya tidak begitu jelas dengan nombor.

Masalah kedua ialah, boleh dikatakan, di sisi lain spektrum. Dalam novel Larry Nivena "Gelang Dunia" kapal itu ialah cincin gergasi dengan jejari lebih kurang sama dengan jejari orbit bumi (1 AU ≈ 149 juta km). Oleh itu, ternyata ia berputar pada kelajuan yang cukup memuaskan sehingga kesan Coriolis tidak dapat dilihat oleh manusia. Semuanya seolah-olah berkumpul, tetapi ada satu perkara tetapi. Untuk mencipta struktur sedemikian, anda memerlukan bahan yang sangat kuat yang perlu menahan beban yang besar, kerana satu revolusi perlu mengambil masa kira-kira 9 hari. Bagaimana untuk memastikan kekuatan struktur yang mencukupi tidak diketahui oleh manusia. Belum lagi fakta bahawa di suatu tempat anda perlu mengambil begitu banyak perkara dan membina semua perkara ini.

Cincin Dunia

Dalam kes Halo atau "Babylon 5" segala masalah sebelum ini seolah-olah tiada. Dan kelajuan putaran adalah mencukupi supaya kesan Coriolis tidak mempunyai kesan negatif, dan pada dasarnya mungkin untuk membina kapal sedemikian (sekurang-kurangnya secara teori). Tetapi dunia ini juga mempunyai kelemahan mereka. Namanya adalah momentum.

Stesen dari Babylon 5

Memusing kapal di sekeliling paksinya, kami mengubahnya menjadi giroskop gergasi. Dan, seperti yang anda ketahui, agak sukar untuk memesongkan giroskop dari paksinya. Segala-galanya adalah tepat kerana momentum sudut, jumlah yang mesti disimpan dalam sistem. Dan ini bermakna sukar untuk terbang ke suatu tempat ke arah tertentu. Tetapi masalah ini juga boleh diselesaikan.

Ia harus

Penyelesaian ini dipanggil "Silinder O'Neill". Reka bentuknya agak mudah. Kami mengambil dua kapal silinder yang sama yang disambungkan di sepanjang paksi, setiap satunya berputar ke arahnya sendiri. Akibatnya, kita mempunyai jumlah momentum sudut sifar, yang bermaksud bahawa tidak sepatutnya ada masalah dengan arah kapal ke arah yang betul. Dengan radius kapal kira-kira 500m (seperti dalam Babylon 5) atau lebih, semuanya harus berfungsi sebagaimana mestinya.

Jumlah

Jadi, apakah kesimpulan yang boleh kita buat tentang bagaimana graviti buatan harus dilaksanakan dalam kapal angkasa? Daripada semua pelaksanaan yang dicadangkan dalam pelbagai jenis kerja, yang paling realistik ialah struktur berputar, di mana daya yang diarahkan "ke bawah" disediakan oleh pecutan sentripetal. Tidak mustahil untuk mencipta graviti buatan pada kapal dengan struktur selari rata seperti dek (seperti yang sering dilukis dalam pelbagai Sci-Fi), memandangkan pemahaman moden kita tentang undang-undang fizik.

Jejari kapal berputar mestilah cukup besar sehingga kesan Coriolis cukup kecil untuk tidak menjejaskan seseorang. Contoh-contoh yang baik dari dunia ciptaan adalah yang telah disebutkan Halo dan Babylon 5.

Untuk mengawal kapal sedemikian, anda perlu membina silinder O'Neill - dua "tong" berputar dalam arah yang berbeza untuk memastikan jumlah momentum sudut sifar untuk sistem. Ini akan membolehkan kawalan kapal yang mencukupi.

Secara keseluruhan, kami mempunyai resipi yang sangat nyata untuk menyediakan angkasawan dengan keadaan graviti yang selesa. Dan sehingga kita benar-benar boleh membina sesuatu seperti ini, saya ingin pencipta permainan, filem, buku dan karya lain tentang ruang memberi perhatian lebih kepada realisme fizikal.

Kita tinggal di Yandex.Zene, cuba. Terdapat saluran dalam Telegram. Langgan, kami akan gembira, dan ia akan memudahkan anda 👍 Meow!

B.V. Raushenbakh, sekutu Korolev, bercakap tentang bagaimana idea mencipta graviti buatan pada kapal angkasa muncul: pada akhir musim sejuk tahun 1963, ketua pereka, yang membersihkan salji dari laluan berhampiran rumahnya di Ostankinskaya Street, boleh dikatakan, mempunyai idea. Tanpa menunggu hari Isnin, dia menelefon Rauschenbach, yang tinggal berdekatan, dan tidak lama kemudian mereka mula "membersihkan jalan" ke angkasa untuk penerbangan jauh.
Idea, seperti yang sering berlaku, ternyata mudah; ia mestilah mudah, jika tidak, ia mungkin tidak berjaya dalam amalan.

Untuk melengkapkan gambar. Mac 1966, Amerika pada Gemini 11:

Pada 11:29 a.m. Gemini 11 ditarik balik dari Agena. Perkara yang paling menarik bermula: bagaimanakah dua objek yang disambungkan oleh kabel berkelakuan? Pada mulanya, Konrad cuba memperkenalkan sekumpulan ke dalam penstabilan graviti - supaya roket itu tergantung di bahagian bawah, kapal di bahagian atas dan kabelnya tegang.
Walau bagaimanapun, tidak mungkin untuk berundur 30 m tanpa menimbulkan getaran yang kuat. Pada 11:55 kami beralih ke bahagian kedua percubaan - "graviti buatan". Konrad meletakkan pin ke dalam putaran; kabel mula-mula meregang sepanjang garis melengkung, tetapi selepas 20 minit ia diluruskan dan putaran menjadi agak betul. Konrad membawa kelajuannya kepada 38 ° / min, dan selepas makan malam kepada 55 ° / min, mencipta berat pada tahap 0.00078g. "Ketika disentuh" ​​ia tidak dirasai, tetapi keadaan perlahan-lahan menetap di bahagian bawah kapsul. Pada 14:42, selepas tiga jam putaran, pin itu ditembak, dan Gemini bergerak menjauhi peluru berpandu.

Malah seseorang yang tidak berminat dengan angkasa lepas sekurang-kurangnya pernah melihat filem tentang perjalanan angkasa lepas atau membaca tentang perkara sedemikian dalam buku. Dalam hampir semua kerja sedemikian, orang berjalan di sekitar kapal, tidur seperti biasa, dan tidak mengalami masalah dengan makan. Ini bermakna kapal ini - fiksyen - mempunyai graviti buatan. Kebanyakan penonton menganggap ini sebagai sesuatu yang semula jadi, tetapi ini tidak sama sekali.

graviti buatan

Ini adalah nama perubahan (dalam mana-mana arah) graviti yang biasa kita gunakan dengan menggunakan pelbagai kaedah. Dan ini dilakukan bukan sahaja dalam karya yang hebat, tetapi juga dalam situasi duniawi yang sangat nyata, selalunya untuk eksperimen.

Secara teorinya, penciptaan graviti buatan tidak kelihatan begitu sukar. Sebagai contoh, ia boleh dicipta semula dengan bantuan inersia, lebih tepat lagi, keperluan untuk daya ini tidak timbul semalam - ia berlaku serta-merta, sebaik sahaja seseorang mula bermimpi penerbangan angkasa jangka panjang. Penciptaan graviti buatan di angkasa akan memungkinkan untuk mengelakkan banyak masalah yang timbul semasa tinggal lama dalam tanpa berat. Otot angkasawan menjadi lemah, tulang menjadi kurang tahan lama. Perjalanan dalam keadaan sedemikian selama berbulan-bulan, anda boleh mendapat atrofi beberapa otot.

Oleh itu, hari ini penciptaan graviti buatan adalah tugas yang paling penting, tanpa kemahiran ini adalah mustahil.

bahan

Malah mereka yang tahu fizik hanya pada peringkat kurikulum sekolah memahami bahawa graviti adalah salah satu undang-undang asas dunia kita: semua badan berinteraksi antara satu sama lain, mengalami tarikan / penolakan bersama. Semakin besar badan, semakin besar daya tarikannya.

Bumi untuk realiti kita adalah objek yang sangat besar. Itulah sebabnya, tanpa pengecualian, semua badan di sekelilingnya tertarik kepadanya.

Bagi kami, ini bermakna yang biasanya diukur dalam g, bersamaan dengan 9.8 meter sesaat persegi. Ini bermakna jika kita tidak mempunyai sokongan di bawah kaki kita, kita akan jatuh pada kelajuan yang meningkat sebanyak 9.8 meter setiap saat.

Oleh itu, hanya berkat graviti kita dapat berdiri, jatuh, makan dan minum seperti biasa, memahami di mana bahagian atas, di mana bahagian bawah. Jika daya tarikan itu hilang, kita akan mendapati diri kita dalam ketiadaan berat.

Angkasawan yang mendapati diri mereka berada di angkasa dalam keadaan melambung tinggi - jatuh bebas amat biasa dengan fenomena ini.

Secara teori, saintis tahu cara mencipta graviti buatan. Terdapat beberapa kaedah.

Jisim besar

Pilihan yang paling logik ialah menjadikannya begitu besar sehingga graviti buatan timbul di atasnya. Ia akan menjadi mungkin untuk berasa selesa di atas kapal, kerana orientasi di angkasa tidak akan hilang.

Malangnya, kaedah dengan perkembangan teknologi moden ini tidak realistik. Untuk membina objek sedemikian memerlukan terlalu banyak sumber. Di samping itu, ia memerlukan jumlah tenaga yang luar biasa untuk mengangkatnya.

Pecutan

Nampaknya jika anda ingin mencapai g sama dengan bumi, anda hanya perlu memberikan kapal bentuk (platform) yang rata, dan menjadikannya bergerak serenjang dengan pesawat dengan pecutan yang dikehendaki. Dengan cara ini, graviti buatan akan diperolehi, dan - ideal.

Walau bagaimanapun, pada hakikatnya, semuanya lebih rumit.

Pertama sekali, ia patut mempertimbangkan isu bahan api. Agar stesen sentiasa memecut, adalah perlu untuk mempunyai bekalan kuasa yang tidak terganggu. Walaupun enjin tiba-tiba muncul yang tidak mengeluarkan jirim, undang-undang pemuliharaan tenaga akan kekal berkuat kuasa.

Masalah kedua terletak pada idea pecutan berterusan. Mengikut pengetahuan dan undang-undang fizikal kita, adalah mustahil untuk memecut ke infiniti.

Di samping itu, pengangkutan sedemikian tidak sesuai untuk misi penyelidikan, kerana ia mesti sentiasa memecut - terbang. Dia tidak akan dapat berhenti untuk mengkaji planet ini, dia tidak akan dapat terbang perlahan-lahan mengelilinginya - dia mesti memecut.

Oleh itu, menjadi jelas bahawa graviti buatan tersebut belum lagi tersedia untuk kita.

karusel

Semua orang tahu bagaimana putaran karusel mempengaruhi badan. Oleh itu, peranti graviti buatan mengikut prinsip ini nampaknya paling realistik.

Segala-galanya yang berada dalam diameter karusel cenderung terjatuh daripadanya pada kelajuan yang lebih kurang sama dengan kelajuan putaran. Ternyata daya bertindak ke atas badan, diarahkan sepanjang jejari objek berputar. Ini sangat mirip dengan graviti.

Jadi, kapal yang mempunyai bentuk silinder diperlukan. Pada masa yang sama, ia mesti berputar di sekeliling paksinya. Dengan cara ini, graviti buatan pada kapal angkasa, yang dicipta mengikut prinsip ini, sering ditunjukkan dalam filem fiksyen sains.

Sebuah kapal berbentuk tong, berputar mengelilingi paksi membujur, menghasilkan daya emparan, yang arahnya sepadan dengan jejari objek. Untuk mengira pecutan yang terhasil, anda perlu membahagikan daya dengan jisim.

Dalam formula ini, hasil pengiraan adalah pecutan, pembolehubah pertama ialah kelajuan nod (diukur dalam radian sesaat), yang kedua ialah jejari.

Menurut ini, untuk mendapatkan g biasa, adalah perlu untuk menggabungkan radius pengangkutan angkasa dengan betul.

Masalah yang sama diketengahkan dalam filem seperti Intersolach, Babylon 5, 2001: A Space Odyssey dan seumpamanya. Dalam semua kes ini, graviti buatan adalah hampir dengan pecutan jatuh bebas daratan.

Sehebat mana pun idea itu, agak sukar untuk melaksanakannya.

Masalah kaedah karusel

Masalah yang paling jelas diserlahkan dalam A Space Odyssey. Jejari "pengangkut angkasa" adalah kira-kira 8 meter. Untuk mendapatkan pecutan 9.8, putaran mesti berlaku pada kadar kira-kira 10.5 pusingan setiap minit.

Dengan nilai-nilai ini, "kesan Coriolis" ditunjukkan, yang terdiri daripada fakta bahawa daya yang berbeza bertindak pada jarak yang berbeza dari lantai. Ia secara langsung bergantung kepada halaju sudut.

Ternyata graviti buatan di angkasa akan dicipta, tetapi putaran kes yang terlalu cepat akan membawa kepada masalah dengan telinga dalam. Ini, seterusnya, menyebabkan ketidakseimbangan, masalah dengan radas vestibular dan lain-lain - yang serupa - kesukaran.

Kemunculan halangan ini menunjukkan bahawa model sedemikian amat tidak berjaya.

Anda boleh cuba pergi dari sebaliknya, seperti yang mereka lakukan dalam novel "The World-Ring". Di sini kapal itu dibuat dalam bentuk cincin, jejarinya hampir dengan jejari orbit kita (kira-kira 150 juta km). Pada saiz ini, kelajuan putarannya cukup untuk mengabaikan kesan Coriolis.

Anda mungkin menganggap bahawa masalah itu telah diselesaikan, tetapi ia tidak sama sekali. Hakikatnya ialah putaran lengkap struktur ini di sekeliling paksinya mengambil masa 9 hari. Ini memungkinkan untuk mengandaikan bahawa beban akan terlalu besar. Agar struktur itu dapat menahannya, bahan yang sangat kuat diperlukan, yang tidak ada pada kami hari ini. Di samping itu, masalahnya ialah jumlah bahan dan proses pembinaan itu sendiri.

Dalam permainan dengan tema yang sama, seperti dalam filem "Babylon 5", masalah ini entah bagaimana diselesaikan: kelajuan putaran cukup mencukupi, kesan Coriolis tidak penting, secara hipotesis mungkin untuk mencipta kapal sedemikian.

Walau bagaimanapun, dunia sedemikian mempunyai kelemahan. Ia dipanggil momentum.

Kapal itu, berputar di sekeliling paksinya, bertukar menjadi giroskop yang besar. Seperti yang anda ketahui, sangat sukar untuk membuat giroskop menyimpang dari paksi kerana fakta bahawa kuantitinya tidak meninggalkan sistem. Ini bermakna bahawa ia akan menjadi sangat sukar untuk menetapkan arah untuk objek ini. Namun, masalah ini boleh diselesaikan.

Penyelesaian

Graviti tiruan pada stesen angkasa tersedia apabila "topi atas O'Neill" datang untuk menyelamatkan. Untuk mencipta reka bentuk ini, kapal silinder yang sama diperlukan, yang disambungkan di sepanjang paksi. Mereka harus berputar dalam arah yang berbeza. Hasil pemasangan sedemikian adalah momentum sudut sifar, jadi tidak perlu ada kesukaran untuk memberikan arah yang diperlukan kepada kapal.

Sekiranya mungkin untuk membuat kapal dengan radius kira-kira 500 meter, maka ia akan berfungsi dengan tepat seperti yang sepatutnya. Pada masa yang sama, graviti buatan di angkasa akan agak selesa dan sesuai untuk penerbangan jauh di kapal atau stesen penyelidikan.

Jurutera Angkasa

Cara mencipta graviti buatan diketahui oleh pencipta permainan. Walau bagaimanapun, dalam dunia fantasi ini, graviti bukanlah tarikan bersama badan, tetapi daya linear yang direka untuk mempercepatkan objek ke arah tertentu. Tarikan di sini bukanlah mutlak, ia berubah apabila sumber dialihkan.

Graviti tiruan di stesen angkasa dicipta dengan menggunakan penjana khas. Ia seragam dan sama arah di kawasan penjana. Jadi, di dunia nyata, jika anda dilanggar oleh kapal yang mempunyai generator dipasang, anda akan ditarik ke badan kapal. Walau bagaimanapun, dalam permainan, wira akan jatuh sehingga dia meninggalkan perimeter peranti.

Sehingga kini, graviti buatan di angkasa, yang dicipta oleh peranti sedemikian, tidak dapat diakses oleh manusia. Walau bagaimanapun, walaupun pemaju berambut kelabu tidak berhenti bermimpi mengenainya.

Penjana sfera

Ini adalah versi peralatan yang lebih realistik. Apabila dipasang, graviti mempunyai arah ke arah penjana. Ini memungkinkan untuk mencipta stesen, yang gravitinya akan sama dengan stesen planet.

Empar

Hari ini, graviti buatan di Bumi ditemui dalam pelbagai peranti. Mereka berdasarkan, untuk sebahagian besar, pada inersia, kerana daya ini dirasakan oleh kita sama seperti pengaruh graviti - badan tidak membezakan apa yang menyebabkan pecutan. Sebagai contoh: seseorang yang menaiki lif mengalami kesan inersia. Melalui mata seorang ahli fizik: mengangkat lif menambah pecutan jatuh bebas pecutan kereta. Apabila kabin kembali ke pergerakan yang diukur, "kenaikan" dalam berat hilang, mengembalikan sensasi biasa.

Para saintis telah lama berminat dengan graviti buatan. Sentrifuge digunakan untuk tujuan ini paling kerap. Kaedah ini sesuai bukan sahaja untuk kapal angkasa, tetapi juga untuk stesen tanah di mana ia diperlukan untuk mengkaji kesan graviti pada tubuh manusia.

Belajar di Bumi, memohon dalam…

Walaupun kajian graviti bermula dari angkasa, ia adalah sains yang sangat duniawi. Malah pada hari ini, pencapaian dalam bidang ini telah menemui aplikasi mereka, sebagai contoh, dalam bidang perubatan. Mengetahui sama ada adalah mungkin untuk mencipta graviti buatan di planet ini, seseorang boleh menggunakannya untuk merawat masalah dengan radas motor atau sistem saraf. Lebih-lebih lagi, kajian daya ini dijalankan terutamanya di Bumi. Ini membolehkan angkasawan menjalankan eksperimen sambil kekal di bawah perhatian doktor. Seperkara lagi ialah graviti buatan di angkasa, tidak ada orang di sana yang boleh membantu angkasawan sekiranya berlaku situasi yang tidak dijangka.

Mengingati tanpa berat sepenuhnya, seseorang tidak boleh mengambil kira satelit di orbit berhampiran Bumi. Objek ini, walaupun sedikit, dipengaruhi oleh graviti. Daya graviti yang dijana dalam kes sedemikian dipanggil mikrograviti. Graviti sebenar dialami hanya dalam radas yang terbang pada kelajuan tetap di angkasa lepas. Walau bagaimanapun, tubuh manusia tidak merasakan perbezaan ini.

Anda boleh mengalami tanpa berat semasa lompat jauh (sebelum kanopi terbuka) atau semasa penurunan parabola pesawat. Eksperimen sedemikian sering dilakukan di Amerika Syarikat, tetapi di dalam kapal terbang perasaan ini hanya bertahan selama 40 saat - ini terlalu pendek untuk kajian penuh.

Kembali pada tahun 1973, USSR tahu sama ada ia mungkin untuk mencipta graviti buatan. Dan bukan sahaja menciptanya, tetapi juga mengubahnya dalam beberapa cara. Contoh ketara penurunan graviti buatan ialah rendaman kering, rendaman. Untuk mencapai kesan yang diingini, anda perlu meletakkan filem padat di permukaan air. Orang itu diletakkan di atasnya. Di bawah berat badan, badan tenggelam di bawah air, hanya kepala kekal di atas. Model ini menunjukkan sokongan graviti rendah yang menjadi ciri lautan.

Tidak perlu pergi ke angkasa untuk merasai kesan daya berlawanan tanpa berat - hipergraviti. Semasa berlepas dan mendarat kapal angkasa, dalam sentrifuge, beban berlebihan bukan sahaja dapat dirasai, tetapi juga dikaji.

Rawatan graviti

Kajian fizik graviti, antara lain, kesan tanpa berat pada tubuh manusia, berusaha untuk meminimumkan akibatnya. Walau bagaimanapun, sejumlah besar pencapaian sains ini boleh berguna kepada penduduk biasa di planet ini.

Pakar perubatan meletakkan harapan besar pada kajian tingkah laku enzim otot dalam miopati. Ini adalah penyakit serius yang membawa kepada kematian awal.

Dengan latihan fizikal yang aktif, sejumlah besar enzim creatinophosphokinase memasuki darah orang yang sihat. Sebab fenomena ini tidak jelas, mungkin beban bertindak pada membran sel sedemikian rupa sehingga ia "berlubang". Pesakit miopati mendapat kesan yang sama tanpa bersenam. Pemerhatian angkasawan menunjukkan bahawa dalam ketiadaan berat, aliran enzim aktif ke dalam darah berkurangan dengan ketara. Penemuan ini menunjukkan bahawa penggunaan rendaman akan mengurangkan kesan negatif faktor yang membawa kepada miopati. Eksperimen haiwan sedang dijalankan.

Rawatan beberapa penyakit sudah pun dijalankan hari ini menggunakan data yang diperoleh daripada kajian graviti, termasuk tiruan. Contohnya, cerebral palsy, strok, Parkinson dirawat dengan menggunakan sut beban. Kajian tentang kesan positif sokongan - kasut pneumatik - boleh dikatakan selesai.

Adakah kita akan pergi ke Marikh?

Pencapaian terkini angkasawan memberi harapan untuk realiti projek itu. Terdapat pengalaman sokongan perubatan untuk seseorang semasa berada jauh dari Bumi. Penyelidikan penerbangan ke Bulan, di mana daya gravitinya 6 kali lebih rendah daripada kita, juga telah membawa banyak faedah. Kini angkasawan dan saintis menetapkan matlamat baharu untuk diri mereka - Marikh.

Sebelum anda berdiri dalam barisan untuk tiket ke Planet Merah, anda harus tahu apa yang badan jangkakan sudah pada peringkat pertama kerja - dalam perjalanan. Secara purata, jalan ke planet padang pasir akan mengambil masa satu setengah tahun - kira-kira 500 hari. Dalam perjalanan, anda hanya perlu bergantung pada kekuatan anda sendiri, tidak ada tempat untuk menunggu bantuan.

Banyak faktor akan menjejaskan kekuatan: tekanan, sinaran, kekurangan medan magnet. Ujian yang paling penting untuk badan ialah perubahan graviti. Dalam perjalanan, seseorang akan "berkenalan" dengan beberapa tahap graviti. Pertama sekali, ini adalah lebihan beban semasa berlepas. Kemudian - tanpa berat semasa penerbangan. Selepas itu - hipograviti di destinasi, kerana graviti di Marikh adalah kurang daripada 40% daripada bumi.

Bagaimanakah anda menghadapi kesan negatif tanpa berat pada penerbangan yang panjang? Diharapkan perkembangan dalam bidang penciptaan graviti tiruan dapat membantu menyelesaikan isu ini dalam masa terdekat. Eksperimen pada tikus yang mengembara di Kosmos-936 menunjukkan bahawa teknik ini tidak menyelesaikan semua masalah.

Pengalaman OS telah menunjukkan bahawa penggunaan kompleks latihan yang mampu menentukan beban yang diperlukan untuk setiap angkasawan secara individu boleh membawa lebih banyak manfaat kepada badan.

Setakat ini, dipercayai bukan sahaja penyelidik akan terbang ke Marikh, tetapi juga pelancong yang ingin menubuhkan koloni di Planet Merah. Bagi mereka, sekurang-kurangnya pada mulanya, sensasi berada dalam keadaan tanpa berat melebihi semua hujah doktor tentang bahaya pendedahan yang berpanjangan kepada keadaan sedemikian. Walau bagaimanapun, dalam beberapa minggu mereka juga akan memerlukan bantuan, itulah sebabnya sangat penting untuk dapat mencari cara untuk mencipta graviti buatan pada kapal angkasa.

Keputusan

Apakah kesimpulan yang boleh dibuat tentang penciptaan graviti buatan di angkasa?

Di antara semua pilihan yang sedang dipertimbangkan, struktur berputar kelihatan paling realistik. Walau bagaimanapun, dengan pemahaman semasa undang-undang fizikal, ini adalah mustahil, kerana kapal itu bukan silinder berongga. Di dalamnya terdapat pertindihan yang mengganggu penjelmaan idea.

Selain itu, jejari kapal mestilah terlalu besar sehingga kesan Coriolis tidak mempunyai kesan yang ketara.

Untuk mengawal sesuatu seperti ini, silinder O'Neill yang disebutkan di atas diperlukan, yang akan memungkinkan untuk mengawal kapal. Dalam kes ini, peluang untuk menggunakan reka bentuk yang serupa untuk penerbangan antara planet dengan menyediakan pasukan peningkatan tahap graviti yang selesa.

Sebelum manusia berjaya membuat impian mereka menjadi kenyataan, saya ingin melihat sedikit lebih realisme dan lebih banyak pengetahuan tentang undang-undang fizik dalam fiksyen sains.

Penerbangan angkasa lepas jangka panjang, penerokaan planet lain, yang ditulis oleh penulis fiksyen sains Isaac Asimov, Stanislav Lem, Alexander Belyaev dan lain-lain sebelum ini, akan menjadi realiti yang sangat mungkin terima kasih kepada pengetahuan. Oleh kerana apabila mencipta semula tahap graviti bumi, kita akan dapat mengelakkan akibat negatif mikrograviti (kekurangan berat) untuk manusia (atrofi otot, deria, gangguan motor dan vegetatif). Iaitu, hampir mana-mana orang yang berhasrat akan dapat melawat ruang angkasa, tanpa mengira ciri fizikal badan. Pada masa yang sama, tinggal di atas kapal angkasa akan menjadi lebih selesa. Orang ramai akan dapat menggunakan peranti sedia ada, kemudahan, kemudahan (contohnya, pancuran mandian, tandas).

Di Bumi, tahap graviti ditentukan oleh pecutan graviti secara purata sama dengan 9.81 m / s 2 ("beban berlebihan" 1 g), manakala di angkasa, dalam keadaan tanpa berat, kira-kira 10 -6 g. K.E. Tsiolkovsky memetik analogi antara sensasi berat badan apabila direndam dalam air atau berbaring di atas katil dengan keadaan tanpa berat di angkasa.

"Bumi adalah buaian fikiran, tetapi seseorang tidak boleh hidup selama-lamanya dalam buaian."
"Dunia sepatutnya lebih mudah."
Konstantin Tsiolkovsky

Menariknya, untuk biologi graviti, keupayaan untuk mencipta keadaan graviti yang berbeza akan menjadi kejayaan sebenar. Ia akan menjadi mungkin untuk mengkaji: bagaimana struktur berubah, berfungsi pada tahap mikro, makro, keteraturan di bawah pengaruh graviti dengan magnitud dan arah yang berbeza. Penemuan ini, seterusnya, akan membantu membangunkan arah yang agak baharu sekarang - terapi graviti. Kemungkinan dan keberkesanan permohonan untuk rawatan perubahan graviti (meningkat berbanding Bumi) dipertimbangkan. Kami merasakan peningkatan graviti, seolah-olah badan lebih berat sedikit. Hari ini, kajian sedang dijalankan mengenai penggunaan terapi graviti untuk hipertensi, serta untuk pemulihan tisu tulang dalam patah tulang.

(graviti buatan) dalam kebanyakan kes adalah berdasarkan prinsip kesetaraan daya inersia dan graviti. Prinsip kesetaraan mengatakan bahawa kita merasakan pecutan pergerakan yang hampir sama tanpa membezakan punca yang menyebabkannya: graviti atau daya inersia. Dalam varian pertama, pecutan berlaku disebabkan oleh pengaruh medan graviti, dalam yang kedua, disebabkan oleh pecutan pergerakan kerangka rujukan bukan inersia (bingkai yang bergerak dengan pecutan), di mana seseorang berada. . Contohnya, seseorang di dalam lif (kerangka rujukan bukan inersia) mengalami kesan daya inersia yang sama semasa naik mendadak (dengan pecutan, ia terasa seperti badan semakin berat untuk beberapa saat) atau brek (merasakan bahawa lantai bergerak keluar dari bawah kaki). Dari sudut pandangan fizik: apabila lif naik, pecutan pergerakan kereta ditambah kepada pecutan jatuh bebas dalam bingkai bukan inersia. Apabila pergerakan seragam dipulihkan, "kenaikan" dalam berat hilang, iaitu, sensasi berat badan yang biasa kembali.

Hari ini, seperti hampir 50 tahun yang lalu, emparan digunakan untuk mencipta graviti buatan (pecutan emparan digunakan semasa putaran sistem angkasa). Ringkasnya, semasa putaran stesen angkasa di sekeliling paksinya, pecutan emparan akan berlaku, yang akan "menolak" orang itu dari pusat putaran, dan akibatnya, angkasawan atau objek lain akan dapat berada di atas “lantai”. Untuk pemahaman yang lebih baik tentang proses ini dan kesukaran yang dihadapi oleh saintis, mari kita lihat formula yang digunakan untuk menentukan daya emparan apabila emparan berputar:

F=m*v 2 *r, dengan m ialah jisim, v ialah halaju linear, r ialah jarak dari pusat putaran.

Kelajuan linear adalah sama dengan: v=2π*rT, dengan T ialah bilangan putaran sesaat, π ≈3.14…

Iaitu, semakin cepat kapal angkasa berputar, dan semakin jauh dari pusat angkasawan, semakin kuat graviti buatan yang dicipta.

Setelah melihat angka itu dengan teliti, kita dapat melihat bahawa dengan jejari yang kecil, daya graviti untuk kepala dan untuk kaki seseorang akan berbeza dengan ketara, yang seterusnya akan menyukarkan pergerakan.

Apabila angkasawan bergerak ke arah putaran, daya Coriolis timbul. Pada masa yang sama, terdapat kebarangkalian yang tinggi bahawa seseorang akan sentiasa digoyang. Ia adalah mungkin untuk mengelilingi ini pada kelajuan kapal 2 pusingan seminit, manakala daya graviti buatan 1g terbentuk (seperti di Bumi). Tetapi dalam kes ini, jejari akan menjadi 224 meter (kira-kira ¼ kilometer, jarak ini sama dengan ketinggian bangunan 95 tingkat atau sepanjang dua sequoia besar). Iaitu, secara teorinya mungkin untuk membina stesen orbit atau kapal angkasa sebesar ini. Tetapi dalam praktiknya, ini memerlukan pelaburan besar sumber, usaha dan masa, yang dalam menghadapi bencana global yang menghampiri (lihat laporan ) lebih berperikemanusiaan untuk menghantar bantuan sebenar kepada mereka yang memerlukan.

Oleh kerana ketidakupayaan untuk mencipta semula nilai tahap graviti yang diperlukan untuk seseorang di stesen orbit atau kapal angkasa, saintis memutuskan untuk meneroka kemungkinan "mengurangkan bar set", iaitu mencipta daya graviti kurang daripada bumi. Yang menunjukkan bahawa selama setengah abad penyelidikan tidak mungkin untuk mendapatkan hasil yang memuaskan. Ini tidak menghairankan kerana dalam eksperimen mereka berusaha untuk mewujudkan keadaan di mana daya inersia atau yang lain akan mempunyai kesan yang serupa dengan kesan graviti di Bumi. Iaitu, ternyata graviti buatan, sebenarnya, bukan graviti.

Hari ini dalam sains hanya ada teori tentang apa itu graviti, yang kebanyakannya berdasarkan teori relativiti. Pada masa yang sama, tidak satu pun daripada mereka yang lengkap (ia tidak menerangkan aliran, keputusan mana-mana eksperimen di bawah sebarang keadaan, dan, selain itu, kadang-kadang tidak bersetuju dengan teori fizikal lain yang disahkan secara eksperimen). Tidak ada pengetahuan dan pemahaman yang jelas: apakah graviti, bagaimana graviti berkaitan dengan ruang dan masa, zarah apa yang terdiri daripada dan apakah sifatnya. Jawapan kepada ini dan banyak soalan lain boleh didapati dengan membandingkan maklumat yang dibentangkan dalam buku "Ezoosmos" oleh A. Novykh dan laporan PRIMORDIAL ALLATRA FIZIK. menawarkan pendekatan yang sama sekali baru, yang berdasarkan pengetahuan asas asas-asas utama fizik zarah asas, corak interaksi mereka. Iaitu, berdasarkan pemahaman yang mendalam tentang intipati proses graviti dan, sebagai hasilnya, kemungkinan pengiraan yang tepat untuk mencipta semula sebarang nilai keadaan graviti baik di angkasa dan di Bumi (terapi graviti), meramalkan hasilnya. eksperimen yang boleh dibayangkan dan tidak dapat dibayangkan yang ditetapkan oleh manusia dan alam semula jadi.

FIZIK ALLATRA PRIMORDIAL adalah lebih daripada sekadar fizik. Ia membuka kemungkinan untuk menyelesaikan masalah apa-apa kerumitan. Tetapi yang paling penting, terima kasih kepada pengetahuan tentang proses yang berlaku pada tahap zarah dan tindakan sebenar, setiap orang dapat menyedari makna hidupnya, memahami bagaimana sistem berfungsi dan mendapat pengalaman praktikal dalam hubungan dengan dunia rohani. Untuk merealisasikan globaliti dan keutamaan Rohani, untuk keluar dari kerangka/template batasan kesedaran, di luar had sistem, untuk mendapatkan Kebebasan Sejati.

"Seperti yang mereka katakan, apabila anda mempunyai kunci universal di tangan anda (pengetahuan tentang asas zarah asas), anda boleh membuka mana-mana pintu (dunia mikro dan makro)."

"Di bawah keadaan sedemikian, peralihan tamadun secara kualitatif ke dalam arus perdana pembangunan diri rohani, pengetahuan saintifik berskala besar tentang dunia dan diri sendiri adalah mungkin."

“Segala sesuatu yang menindas seseorang di dunia ini, mulai dari pemikiran yang obsesif, emosi yang agresif dan berakhir dengan keinginan stereotaip pengguna yang ego. ‒ ini adalah hasil pilihan seseorang yang memihak kepada bidang septon‒ sistem pintar material yang secara rutin mengeksploitasi manusia. Tetapi jika seseorang mengikuti pilihan prinsip rohaninya, maka dia memperoleh keabadian. Dan tidak ada agama dalam hal ini, tetapi terdapat pengetahuan tentang fizik, asas-asas primordialnya.

Elena Fedorova

Gennady Brazhnik, 23 April 2011
Melihat Dunia, buka mata anda... (Epik Yunani Kuno)
Bagaimana untuk mencipta graviti buatan?
Ulang tahun kelima puluh penerokaan angkasa lepas, yang disambut tahun ini, telah menunjukkan potensi besar kecerdasan manusia dalam hal memahami Alam Semesta di sekelilingnya. Stesen Angkasa Antarabangsa (ISS) - stesen orbit berawak - ialah projek antarabangsa bersama yang melibatkan 23 negara,
secara meyakinkan membuktikan minat program nasional dalam pembangunan angkasa lepas dekat dan jauh. Ini terpakai kepada kedua-dua bahagian saintifik dan teknikal dan komersial bagi isu yang sedang dipertimbangkan. Pada masa yang sama, isu utama yang menghalang penerokaan besar-besaran angkasa lepas ialah masalah tanpa berat atau ketiadaan graviti pada objek angkasa sedia ada. "Graviti (graviti sejagat, graviti) ialah interaksi asas sejagat antara semua jasad material. Dalam penghampiran kelajuan rendah dan interaksi graviti lemah, ia diterangkan oleh teori graviti Newton, dalam kes umum ia diterangkan oleh teori umum Einstein tentang relativiti" - definisi sedemikian diberikan oleh sains moden kepada fenomena ini. Sifat graviti pada masa ini tidak jelas. Perkembangan teori dalam rangka pelbagai teori graviti tidak menemui pengesahan eksperimen mereka, yang mencadangkan kelulusan pramatang paradigma saintifik mengenai sifat interaksi graviti sebagai salah satu daripada empat interaksi asas. Selaras dengan teori graviti Newton, daya graviti tarikan Bumi ditentukan oleh ungkapan F=m x g, di mana m ialah jisim jasad, dan g ialah pecutan jatuh bebas. "Pecutan jatuh bebas g ialah pecutan yang diberikan kepada jasad dalam vakum oleh graviti, iaitu jumlah geometri tarikan graviti planet (atau jasad astronomi lain) dan daya inersia yang disebabkan oleh putarannya. Selaras dengan Undang-undang kedua Newton, pecutan jatuh bebas adalah sama dengan daya graviti, jisim unit yang bertindak ke atas objek. Nilai pecutan graviti untuk Bumi biasanya diambil sebagai 9.8 atau 10 m/s╡. Piawaian ( nilai "normal") yang diterima pakai dalam pembinaan sistem unit ialah g = 9.80665 m/s╡, dan dalam pengiraan teknikal, g = 9.81 m/s╡ biasanya diambil. Nilai g telah ditakrifkan sebagai "purata" dalam erti kata tertentu bagi pecutan jatuh bebas di Bumi, lebih kurang sama dengan pecutan jatuh bebas pada latitud 45.5 ° pada paras laut. Pecutan sebenar jatuh bebas pada permukaan Bumi bergantung kepada latitud, masa hari dan faktor lain .Ia berbeza dari 9.780 m/s╡ di khatulistiwa hingga 9.832 m/s╡ di kutub." Ketidakpastian saintifik ini juga menimbulkan beberapa persoalan yang berkaitan dengan pemalar graviti dalam Teori Umum Relativiti. Adakah ia begitu malar, jika di bawah keadaan graviti kita mempunyai sebaran parameter sedemikian. Hujah-hujah utama hampir semua teori graviti adalah seperti berikut: "Pecutan jatuh bebas terdiri daripada dua istilah: pecutan graviti dan pecutan sentripetal. Perbezaannya adalah disebabkan oleh: pecutan sentripetal dalam kerangka rujukan yang berkaitan dengan Bumi berputar; ketidaktepatan formula disebabkan oleh fakta bahawa jisim planet diagihkan ke atas isipadu yang mempunyai bentuk geometri yang berbeza daripada bola ideal (geoid); heterogeniti Bumi, yang digunakan untuk mencari mineral oleh anomali graviti. Pada pandangan pertama, ini adalah hujah yang cukup meyakinkan. Apabila diteliti lebih dekat, jelaslah bahawa hujah-hujah ini tidak menjelaskan sifat fizikal fenomena tersebut. Dalam kerangka rujukan Bumi yang dikaitkan dengan pecutan sentripetal pada setiap titik geografi adalah semua komponen pengukuran pecutan graviti. Oleh itu, kedua-dua objek pengukuran dan peralatan yang diukur adalah tertakluk kepada pengaruh yang sama, termasuk jisim teragih Bumi, dan anomali graviti. Oleh itu, hasil pengukuran harus tetap, tetapi ini tidak berlaku. Di samping itu, ketidakpastian keadaan juga disebabkan oleh nilai pengiraan teori bagi pecutan jatuh bebas pada ketinggian penerbangan ISS - g=8.8 m/s(2). Nilai sebenar graviti tempatan pada ISS ditentukan dalam 10(−3)...10(−1) g, yang menentukan tanpa berat. Kenyataan bahawa ISS bergerak pada kelajuan kosmik pertama dan, seolah-olah, dalam keadaan jatuh bebas, juga kelihatan tidak meyakinkan. Tetapi bagaimana dengan satelit geostasioner? Dengan nilai terkira seperti g, mereka akan jatuh ke Bumi lama dahulu. Di samping itu, jisim mana-mana badan boleh ditakrifkan sebagai ciri kuantitatif dan kualitatif cas elektriknya sendiri. Semua pertimbangan ini membawa kepada kesimpulan bahawa sifat graviti Bumi tidak bergantung pada nisbah jisim objek yang berinteraksi, tetapi ditentukan oleh daya Coulomb interaksi elektrik medan graviti Bumi. Jika kita terbang dalam penerbangan tahap di atas kapal terbang, pada ketinggian sepuluh kilometer, maka undang-undang graviti dipenuhi sepenuhnya, tetapi semasa penerbangan yang sama di ISS pada ketinggian 350 km, graviti hampir tidak hadir. Ini bermakna bahawa dalam ketinggian ini terdapat mekanisme yang memungkinkan untuk menentukan graviti sebagai daya interaksi jasad material. Dan nilai daya ini ditentukan oleh hukum Newton. Bagi seseorang dengan berat 100 kg, daya tarikan graviti di aras tanah, tidak termasuk tekanan atmosfera, hendaklah F = 100 x 9.8 = 980 N. Menurut data sedia ada, atmosfera Bumi adalah struktur elektrik yang tidak homogen, lapisannya ditentukan oleh ionosfera. "Ionosfera (atau termosfera) ialah sebahagian daripada atmosfera atas Bumi yang terion dengan kuat akibat pendedahan kepada sinar kosmik yang datang terutamanya daripada Matahari. Ionosfera terdiri daripada campuran gas atom dan molekul neutral (terutamanya nitrogen N2 dan oksigen O2) dan plasma separa neutral (bilangan zarah bercas negatif hanya lebih kurang sama dengan bilangan zarah bercas positif). Darjah pengionan menjadi ketara pada ketinggian 60 kilometer dan terus meningkat dengan jarak dari Bumi. Bergantung kepada ketumpatan zarah bercas N, lapisan D, E dan F dibezakan dalam ionosfera. D (60-90 km) kepekatan zarah bercas ialah Nmax ~ 10(2)-10(3) cm-3 - ini adalah kawasan pengionan lemah. Sumbangan utama kepada pengionan rantau ini dibuat oleh sinaran sinar-X Matahari. Selain itu, sumber pengionan lemah tambahan memainkan peranan kecil : meteorit terbakar pada ketinggian 60-100 km, kosmik sinaran, serta zarah bertenaga magnetosfera (dibawa ke dalam lapisan ini semasa magnet ribut). Lapisan D juga dicirikan oleh penurunan mendadak dalam tahap pengionan pada waktu malam. Lapisan E Rantau E (90–120 km) dicirikan oleh ketumpatan plasma sehingga Nmax ~ 10(5) cm–3. Dalam lapisan ini, peningkatan dalam kepekatan elektron diperhatikan pada waktu siang, kerana sumber utama pengionan adalah sinaran suria gelombang pendek, lebih-lebih lagi, penggabungan semula ion dalam lapisan ini berjalan dengan cepat, dan pada waktu malam ketumpatan ion boleh turun kepada 10 (3) cm–3. Proses ini dilawan oleh resapan caj dari kawasan F yang lebih tinggi, di mana kepekatan ion agak tinggi, dan oleh sumber pengionan malam (sinaran geocorona Matahari, meteor, sinar kosmik, dll.). Secara sporadis pada ketinggian 100-110 km, lapisan ES kelihatan, sangat nipis (0.5-1 km), tetapi padat. Satu ciri sublapisan ini ialah kepekatan elektron yang tinggi (ne~10(5) cm–3), yang mempunyai kesan ketara ke atas perambatan gelombang radio sederhana dan juga pendek yang dipantulkan dari kawasan ionosfera ini. Lapisan E, disebabkan oleh kepekatan pembawa arus bebas yang agak tinggi, memainkan peranan penting dalam penyebaran gelombang sederhana dan pendek. Lapisan F Wilayah F kini dipanggil keseluruhan ionosfera di atas 130-140 km. Pembentukan ion maksimum dicapai pada ketinggian 150–200 km. Pada waktu siang, pembentukan "langkah" dalam taburan ketumpatan elektron juga diperhatikan, disebabkan oleh sinaran ultraungu suria yang kuat. Kawasan langkah ini dipanggil kawasan F1 (150-200 km). Ia memberi kesan ketara kepada perambatan gelombang radio pendek. Bahagian atas lapisan F sehingga 400 km dipanggil lapisan F2. Di sini ketumpatan zarah bercas mencapai maksimum, N ~ 10(5)–10(6) cm–3. Pada ketinggian yang tinggi, ion oksigen yang lebih ringan mendominasi (pada ketinggian 400-1000 km), malah lebih tinggi - ion hidrogen (proton) dan dalam kuantiti yang kecil - ion helium. "Dua teori moden utama tenaga elektrik atmosfera dicipta di tengah-tengah abad kedua puluh oleh saintis Inggeris Ch Wilson dan saintis Soviet Ya. I. Frenkel. Menurut teori Wilson, Bumi dan ionosfera memainkan peranan plat kapasitor yang dicas oleh awan petir. Perbezaan potensi antara plat membawa kepada kemunculan medan elektrik atmosfera Menurut teori Frenkel, medan elektrik atmosfera dijelaskan sepenuhnya oleh fenomena elektrik yang berlaku di troposfera - polarisasi awan dan interaksinya dengan Bumi, dan ionosfera tidak memainkan peranan peranan penting dalam perjalanan proses elektrik atmosfera. Generalisasi konsep teori interaksi elektrik di atmosfera membayangkan pertimbangan isu graviti Bumi dari sudut pandangan elektrostatik. Berdasarkan umum di atas fakta yang diketahui, adalah mungkin untuk menentukan nilai interaksi elektrik graviti badan bahan di bawah keadaan tarikan bumi. Untuk melakukan ini, pertimbangkan model berikut. Mana-mana badan tenaga bahan, berada dalam medan elektrik, akan menjalankan interaksi Coulomb tertentu. Bergantung pada organisasi dalaman cas elektrik, ia sama ada akan tertarik pada salah satu tiang elektrik, atau berada dalam keadaan keseimbangan dalam medan ini. Tahap cas elektrik setiap badan ditentukan oleh kepekatan elektron bebasnya sendiri (untuk seseorang, kepekatan sel darah merah). Kemudian model interaksi graviti tarikan Bumi boleh diwakili sebagai kapasitor sfera yang terdiri daripada dua sfera berongga sepusat, jejarinya ditentukan oleh jejari Bumi dan ketinggian lapisan ionosfera F2. Dalam medan elektrik ini terdapat seseorang, atau badan material lain. Caj elektrik permukaan Bumi adalah negatif, ionosfera adalah positif berkenaan dengan Bumi. Caj elektrik seseorang berhubung dengan permukaan Bumi adalah positif, oleh itu, daya interaksi Coulomb di permukaan akan sentiasa menarik seseorang ke Bumi. Kehadiran lapisan ionosfera membayangkan bahawa jumlah kapasitansi kapasitor sedemikian ditentukan oleh jumlah kapasitansi setiap lapisan apabila disambung secara bersiri: 1/Ctot = 1/C(E)+1/C(F)+1/C( F2). Oleh kerana pengiraan kejuruteraan anggaran sedang dijalankan, kami akan mengambil kira lapisan ionosfera tenaga utama, yang mana kami akan mengambil data awal berikut: lapisan E - ketinggian 100 km, lapisan F - ketinggian 200 km, lapisan F2 - ketinggian 400 km. Pertimbangan lapisan D dan lapisan Es sporadis, yang terbentuk dalam ionosfera semasa peningkatan atau penurunan aktiviti suria, tidak akan diambil kira untuk kesederhanaan. Pada rajah. 1 menunjukkan rajah taburan lapisan ionosfera atmosfera Bumi dan rajah litar elektrik bagi proses yang sedang dipertimbangkan.
Dalam litar elektrik dalam Rajah 1.a, sambungan siri tiga kapasitor ditunjukkan, yang mana Etot voltan malar digunakan. Selaras dengan undang-undang elektrostatik, taburan cas elektrik pada plat setiap kapasitor C1, C2 dan C3 ditunjukkan secara bersyarat +/-. Berdasarkan taburan cas elektrik ini, kekuatan medan tempatan timbul dalam rangkaian, arahnya bertentangan dengan jumlah voltan yang digunakan. Dalam bahagian rangkaian ini, pergerakan cas elektrik akan dijalankan ke arah yang bertentangan, berbanding dengan Etot. Rajah 1.b menunjukkan gambar rajah lapisan ionosfera atmosfera Bumi, yang diterangkan sepenuhnya oleh litar elektrik sambungan siri kapasitor. Daya interaksi Coulomb antara lapisan ionosfera dilambangkan sebagai Fg. Mengikut tahap kepekatan cas elektrik, lapisan atas ionosfera F2 adalah positif secara elektrik berkenaan dengan permukaan bumi. Disebabkan fakta bahawa zarah angin suria dengan tenaga kinetik yang berbeza menembusi keseluruhan kedalaman atmosfera, jumlah daya interaksi Coulomb setiap lapisan akan ditentukan oleh jumlah vektor jumlah daya graviti Fgtot dan daya graviti individu. lapisan ionosfera. Formula untuk mengira kapasitansi kapasitor sfera ialah: C \u003d 4x (pi) x e (a) x r1xr2 / (r2-r1), di mana C ialah kapasitansi kapasitor sfera; r1 ialah jejari sfera dalam, sama dengan jumlah jejari Bumi 6371.0 km dan ketinggian lapisan ionosfera bawah; r2 ialah jejari sfera luar, sama dengan jumlah jejari Bumi dan ketinggian lapisan ionosfera atas; e(a)=e(0)x e ialah kebolehtepatan mutlak, di mana e(0)=8.85x10(-12) fm, e ~ 1. Kemudian nilai dikira bulat untuk kemuatan setiap lapisan ionosfera akan mempunyai nilai berikut: С (E)=47uF, C(F)=46uF, C(F2)=25uF. Jumlah kapasitansi keseluruhan ionosfera, dengan mengambil kira lapisan utama, adalah kira-kira 12 μF. Jarak antara lapisan ionosfera jauh lebih kecil daripada jejari Bumi, oleh itu, pengiraan daya Coulomb yang bertindak pada cas boleh dilakukan menggunakan formula kapasitor rata: Fg \u003d e (a) x A x U ( 2) / (2xd (2)), dengan A ialah plat luas (pi x (Rz + h) (2)); U - voltan; d - jarak antara lapisan; e(a)=e(0)x e ialah kebolehtelapan mutlak, di mana e(0)=8.85x10(-12) fm, e ~ 1. Kemudian nilai pengiraan daya interaksi Coulomb setiap lapisan ionosfera akan mempunyai nilai berikut: Fg (E) \u003d 58x10 (-9) x U (2); Fg (F) \u003d 59x10 (-9) x U (2); Fg (F1) \u003d 15x10 (-9) x U (2); Fgtotal \u003d 3.98x10 (-9) x U (2). Mari kita tentukan nilai tekanan atmosfera untuk badan seberat 100 kg. Formula pengiraan akan kelihatan seperti ini: F=m x g= Fg(E) + Fggen. Menggantikan nilai yang diketahui ke dalam formula ini, kami memperoleh nilai U = 126 KV. Akibatnya, daya interaksi Coulomb lapisan ionosfera akan ditentukan oleh nilai berikut: Fg(E)= 920n; Fg(F)= 936n; Fg(F1)= 238n; Fgtot = 63n. Selepas mengira semula pecutan jatuh bebas setiap lapisan ionosfera, dengan mengambil kira interaksi Newtonian, kami memperoleh nilai berikut: g(E)= +9.83 m/s(2); g(F)= -8.73 m/s(2); g(F1)= - 1.75 m/s(2). Perlu diingatkan bahawa nilai yang dikira ini tidak mengambil kira parameter atmosfera yang betul, iaitu tekanan dan rintangan medium, disebabkan oleh kepekatan molekul oksigen dan nitrogen dalam setiap lapisan ionosfera. Hasil daripada pengiraan kejuruteraan anggaran, nilai yang diperolehi g(F1)= -1.75 m/s(2) adalah sepadan dengan nilai sebenar graviti tempatan pada ISS - 10(−3)...10( −1) g. Percanggahan dalam keputusan adalah disebabkan oleh fakta bahawa imbangan kilasan yang digunakan untuk mengukur pecutan graviti tidak ditentukur kepada nilai negatif - sains moden tidak menganggap ini. Untuk mencipta graviti buatan, dua syarat mesti dipenuhi. Untuk mencipta sistem terpencil elektrik selaras dengan keperluan teorem Gauss, iaitu, untuk memastikan peredaran vektor kekuatan medan elektrik dalam sfera tertutup dan untuk menyediakan di dalam sfera ini kekuatan medan elektrik yang diperlukan untuk mewujudkan daya interaksi Coulomb sebanyak 1000 n. Pengiraan kekuatan medan boleh dilakukan mengikut formula: F= e(a) x A x E(2) /2, di mana A ialah luas plat; E - kekuatan medan elektrik; e (a) \u003d e (0) x e - kebenaran mutlak, di mana e (0) \u003d 8.85x10 (-12) fm, e ~ 1. Menggantikan data ke dalam formula, untuk 10 sq.m kita mendapat nilai daripada kekuatan medan elektrik , sama dengan E \u003d 4.75 x 10 (6) V / m. Sekiranya ketinggian bilik adalah tiga meter, maka untuk memastikan ketegangan yang dikira, perlu menggunakan voltan malar ke siling lantai dengan nilai U \u003d E x d \u003d 14.25 MV. Dengan kekuatan semasa 1 A, adalah perlu untuk memastikan rintangan plat kapasitor sedemikian dengan nilai 14.25 MΩ. Dengan menukar magnitud voltan, anda boleh mendapatkan parameter graviti yang berbeza. Susunan nilai yang dikira menunjukkan bahawa pembangunan sistem graviti buatan adalah sesuatu yang nyata. Orang Yunani kuno betul: "Melihat dunia, buka mata anda ...". Hanya jawapan sedemikian boleh diberikan pada kesempatan sifat graviti daratan. Selama 200 tahun, manusia telah secara aktif mengkaji undang-undang elektrostatik, termasuk undang-undang Coulomb dan teorem Gauss. Formula kapasitor sfera telah dikuasai secara praktikal untuk masa yang lama. Ia kekal hanya untuk membuka mata anda kepada dunia di sekeliling anda dan mula menggunakannya untuk menjelaskan perkara yang kelihatan mustahil. Tetapi apabila kita semua memahami bahawa graviti buatan adalah realiti, maka isu penggunaan komersial penerbangan angkasa akan menjadi relevan dan akan menjadi telus untuk difahami.
Moscow, April 2011 Brazhnik G.N.