บทบาทของแรงโน้มถ่วงเทียมในการสำรวจห้วงอวกาศ แรงโน้มถ่วงเทียมและวิธีการสร้าง

แม้ว่าคุณจะไม่ได้สนใจหัวข้ออวกาศเป็นพิเศษ แต่โอกาสที่คุณจะได้เห็นมันในภาพยนตร์ อ่านเกี่ยวกับมันในหนังสือหรือเล่นเกมที่ธีมอวกาศโดดเด่นนั้นมีสูงมาก ในเวลาเดียวกันในงานส่วนใหญ่มีช่วงเวลาหนึ่งซึ่งตามกฎแล้วจะได้รับ - แรงโน้มถ่วงบนยานอวกาศ แต่มันง่ายและชัดเจนเหมือนที่เห็นในแวบแรกหรือไม่?

ในการเริ่มต้นวัสดุเล็กน้อย หากคุณไม่เจาะลึกฟิสิกส์นอกเหนือไปจากหลักสูตรของโรงเรียน (และวันนี้ก็จะเพียงพอแล้วสำหรับเรา) แรงโน้มถ่วงก็เป็นปฏิสัมพันธ์พื้นฐานของร่างกายเนื่องจากพวกมันดึงดูดซึ่งกันและกัน มวลมากขึ้นดึงดูดมากขึ้น มวลน้อยลง - อ่อนแอลง

วัสดุ

ในกรณีของเรา สิ่งต่อไปนี้มีความสำคัญ โลกเป็นวัตถุขนาดใหญ่ ดังนั้นผู้คน สัตว์ อาคาร ต้นไม้ ใบหญ้า คอมพิวเตอร์ที่คุณกำลังอ่านข้อความนี้ ล้วนดึงดูดมายังโลก เราคุ้นเคยกับมันและไม่เคยคิดถึงเรื่องมโนสาเร่ที่ดูเหมือนจริง ผลกระทบหลักจากแรงโน้มถ่วงของโลกสำหรับเราคือ การเร่งแรงโน้มถ่วงหรือที่เรียกว่า ชและเท่ากับ 9.8 ม./วินาที² เหล่านั้น. วัตถุใด ๆ ที่ขาดการสนับสนุนจะเร่งความเร็วเข้าหาศูนย์กลางของโลกเท่า ๆ กันโดยได้รับความเร็ว 9.8 m / s ต่อวินาที

ต้องขอบคุณเอฟเฟ็กต์นี้ที่ทำให้เราสามารถยืนได้เท่ากัน มีแนวคิดของ "ขึ้น" และ "ลง" ทำของหล่นลงบนพื้น ฯลฯ อันที่จริงแล้ว กิจกรรมต่างๆ ของมนุษย์จะเปลี่ยนแปลงไปอย่างมากหากแรงโน้มถ่วงของโลกถูกพรากไป

นักบินอวกาศที่ใช้ชีวิตส่วนใหญ่บนสถานีอวกาศนานาชาติรู้เรื่องนี้ดีที่สุด พวกเขาต้องเรียนรู้วิธีการทำสิ่งต่างๆ มากมาย ตั้งแต่การดื่มไปจนถึงการเดินป่าเพื่อความต้องการทางสรีรวิทยาต่างๆ นี่คือตัวอย่างบางส่วน.

ในขณะเดียวกัน ในภาพยนตร์ รายการทีวี เกม และงานศิลปะไซไฟอื่นๆ จำนวนมาก แรงโน้มถ่วงบนยานอวกาศ "มีอยู่จริง" เป็นเรื่องที่ยอมรับและมักไม่ใส่ใจที่จะอธิบายด้วยซ้ำ และถ้าพวกเขาทำ มันก็ไม่น่าเชื่อ บางอย่างเช่น "เครื่องกำเนิดแรงโน้มถ่วง" หลักการทำงานซึ่งค่อนข้างลึกลับมาก ดังนั้นในความเป็นจริงวิธีการนี้จึงแตกต่างจาก "แรงโน้มถ่วงบนเรือ" เพียงเล็กน้อย แค่กิน". สำหรับฉันแล้วดูเหมือนว่าไม่มีวิธีใดที่จะอธิบายได้อย่างตรงไปตรงมามากกว่านี้

แบบจำลองทางทฤษฎีของแรงโน้มถ่วงเทียม

แต่ทั้งหมดนี้ไม่ได้หมายความว่าไม่มีใครพยายามอธิบายแรงโน้มถ่วงเทียมเลย หากลองคิดดู สามารถทำได้หลายวิธี

มีมวลมาก

ตัวเลือกแรกและถูกต้องที่สุดคือทำให้เรือมีขนาดใหญ่มาก วิธีนี้ถือได้ว่า "ถูกต้อง" เพราะเป็นปฏิสัมพันธ์ระหว่างแรงโน้มถ่วงที่จะให้ผลที่จำเป็น

ในเวลาเดียวกันฉันคิดว่าความไม่จริงของวิธีการนี้ชัดเจน สำหรับเรือดังกล่าวจะต้องใช้หลายสิ่งหลายอย่าง ใช่และด้วยการกระจายของสนามโน้มถ่วง (และเราต้องการให้เหมือนกัน) จะต้องมีการตัดสินใจบางอย่าง

อัตราเร่งคงที่

เนื่องจากเราจำเป็นต้องบรรลุความเร่งโน้มถ่วงคงที่ที่ 9.8 ม. / วินาที² เหตุใดจึงไม่สร้างยานอวกาศในรูปแบบของแท่นที่จะเร่งความเร็วในแนวตั้งฉากกับระนาบของมันด้วยสิ่งนี้ ช? ดังนั้นผลที่ต้องการจะสำเร็จอย่างไม่ต้องสงสัย

แต่มีปัญหาที่ชัดเจนหลายประการ ขั้นแรก คุณต้องใช้เชื้อเพลิงจากที่ไหนสักแห่งเพื่อให้อัตราเร่งคงที่ และแม้ว่าจู่ ๆ จะมีคนคิดเครื่องยนต์ที่ไม่ต้องการการขับสสารออก แต่ก็ไม่มีใครยกเลิกกฎการอนุรักษ์พลังงาน

ปัญหาที่สองอยู่ในธรรมชาติของความเร่งคงที่ ประการแรก ตามความเข้าใจในปัจจุบันของเราเกี่ยวกับกฎทางกายภาพ เป็นไปไม่ได้ที่จะเร่งตลอดไป ทฤษฎีสัมพัทธภาพถูกต่อต้านอย่างมาก ประการที่สองแม้ว่าเรือจะเปลี่ยนทิศทางเป็นระยะ แต่ก็ต้องบินไปที่ไหนสักแห่งตลอดเวลาเพื่อให้แรงโน้มถ่วงเทียม เหล่านั้น. ไม่มีการพูดถึงใดๆ ที่ลอยอยู่ใกล้ดาวเคราะห์ เรือจะถูกบังคับให้ทำตัวเหมือนปากร้ายซึ่งถ้าหยุดมันก็จะตาย นี่จึงไม่ใช่ทางเลือกสำหรับเรา

ม้าหมุนม้าหมุน

และนี่คือจุดเริ่มต้นที่น่าสนใจที่สุด ฉันแน่ใจว่าผู้อ่านแต่ละคนจินตนาการว่าม้าหมุนทำงานอย่างไรและผลกระทบใดที่บุคคลในนั้นสามารถสัมผัสได้ ทุกสิ่งที่อยู่ในนั้นมีแนวโน้มที่จะกระโดดออกมาตามสัดส่วนของความเร็วการหมุน จากมุมมองของม้าหมุน ปรากฎว่าทุกอย่างได้รับผลกระทบจากแรงที่พุ่งไปตามรัศมี แรงโน้มถ่วงค่อนข้างมาก

ดังนั้นเราต้องการ เรือทรงกระบอกที่จะหมุนรอบแกนตามยาว. ตัวเลือกดังกล่าวค่อนข้างพบได้ทั่วไปในนิยายวิทยาศาสตร์ ดังนั้นโลกของ Sci-Fi จึงไม่สิ้นหวังในแง่ของการอธิบายแรงโน้มถ่วงเทียม

ดังนั้นฟิสิกส์เพิ่มเติม เมื่อหมุนรอบแกน แรงหนีศูนย์กลางจะถูกสร้างขึ้นโดยมุ่งไปตามรัศมี จากการคำนวณอย่างง่าย (โดยการหารแรงด้วยมวล) เราได้รับความเร่งที่ต้องการ สิ่งทั้งหมดได้รับการพิจารณาตามสูตรง่ายๆ:

a=ω²R,

ที่ไหน ก- การเร่งความเร็ว รคือรัศมีของการหมุน a ω คือความเร็วเชิงมุม วัดเป็นเรเดียนต่อวินาที เรเดียนมีค่าประมาณ 57.3 องศา

เราต้องการอะไรสำหรับชีวิตปกติบนเรือลาดตระเวนอวกาศในจินตนาการของเรา เราต้องการการรวมกันของรัศมีของเรือและความเร็วเชิงมุมที่ผลิตภัณฑ์ของพวกเขาให้ผลรวม 9.8 m / s²

เราสามารถเห็นสิ่งที่คล้ายกันในหลาย ๆ งาน: "2001: A Space Odyssey" สแตนลีย์ คูบริก, ละครโทรทัศน์ "บาบิโลน 5", โนลานอฟสกี้ « » , นิยาย "วงแหวนโลก" แลร์รี่ นีวีน่า, จักรวาล และคนอื่น ๆ. ในทั้งหมดนี้ ความเร่งของการตกอย่างอิสระมีค่าประมาณเท่ากับ ชดังนั้นทุกอย่างจึงค่อนข้างสมเหตุสมผล อย่างไรก็ตาม มีปัญหากับโมเดลเหล่านี้เช่นกัน

ปัญหาในวงล้อ

ปัญหาที่ชัดเจนที่สุดอาจอธิบายได้ง่ายที่สุด "โอดิสซีย์อวกาศ". รัศมีของเรือประมาณ 8 เมตร จากการคำนวณอย่างง่าย เราพบว่าเพื่อให้ได้ความเร่งเท่ากับ g ต้องใช้ความเร็วเชิงมุมประมาณ 1.1 rad / s ซึ่งเท่ากับประมาณ 10.5 รอบต่อนาที

ด้วยพารามิเตอร์เหล่านี้ปรากฎว่า ผลโคริโอลิส. หากไม่ลงรายละเอียดทางเทคนิค ปัญหาก็คือที่ "ความสูง" ที่แตกต่างกันจากพื้น แรงต่างๆ จะกระทำต่อวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ และขึ้นอยู่กับความเร็วเชิงมุม ดังนั้น ในการออกแบบเสมือนจริงของเรา เราจึงไม่สามารถหมุนเรือเร็วเกินไปได้ เนื่องจากสิ่งนี้เต็มไปด้วยปัญหา ตั้งแต่การตกโดยไม่ใช้สัญชาตญาณอย่างกะทันหัน ไปจนถึงปัญหาเกี่ยวกับอุปกรณ์ขนถ่าย และเมื่อคำนึงถึงสูตรการเร่งความเร็วดังกล่าว เราไม่สามารถจ่ายรัศมีขนาดเล็กของเรือได้ ดังนั้น แบบจำลองของโอดิสซีย์ในอวกาศจึงใช้ไม่ได้อีกต่อไป ปัญหาเดียวกันกับเรือจาก "ดวงดาว"แม้ว่าตัวเลขทุกอย่างจะไม่ชัดเจนนัก

ปัญหาที่สองก็คือ ในอีกด้านหนึ่งของสเปกตรัม ในนิยาย แลร์รี่ นีวีน่า "วงแหวนโลก"เรือเป็นวงแหวนขนาดยักษ์ที่มีรัศมีประมาณเท่ากับรัศมีวงโคจรของโลก (1 AU ≈ 149 ล้านกม.) ดังนั้นปรากฎว่ามันหมุนด้วยความเร็วที่น่าพอใจพอสมควรจนมนุษย์มองไม่เห็นเอฟเฟกต์ Coriolis ทุกอย่างดูเหมือนจะมาบรรจบกัน แต่มีสิ่งหนึ่ง แต่. ในการสร้างโครงสร้างดังกล่าวคุณจะต้องใช้วัสดุที่แข็งแรงอย่างไม่น่าเชื่อซึ่งจะต้องทนต่อการโหลดจำนวนมากเนื่องจากการปฏิวัติหนึ่งครั้งควรใช้เวลาประมาณ 9 วัน มนุษยชาติไม่รู้จักวิธีที่จะทำให้มั่นใจถึงความแข็งแรงเพียงพอของโครงสร้างดังกล่าว ไม่ต้องพูดถึงความจริงที่ว่าคุณต้องทำอะไรมากมายและสร้างสิ่งทั้งหมดนี้

เวิลด์-ริง

ในกรณีที่ รัศมีหรือ "บาบิโลน 5"ปัญหาก่อนหน้านี้ทั้งหมดดูเหมือนจะหายไป และความเร็วในการหมุนก็เพียงพอแล้วที่เอฟเฟกต์ Coriolis จะไม่ส่งผลกระทบในทางลบและโดยหลักการแล้วสามารถสร้างเรือดังกล่าวได้ (อย่างน้อยในทางทฤษฎี) แต่โลกเหล่านี้ก็มีข้อเสียเช่นกัน ชื่อของมันคือโมเมนตัม

สถานีจากบาบิโลน 5

หมุนเรือรอบแกนเราเปลี่ยนให้เป็นไจโรสโคปขนาดยักษ์ และอย่างที่คุณทราบ การเบี่ยงเบนไจโรสโคปออกจากแกนนั้นค่อนข้างยาก ทุกอย่างเป็นเพราะโมเมนตัมเชิงมุมซึ่งต้องเก็บไว้ในระบบ และนั่นหมายความว่าจะเป็นการยากที่จะบินไปที่ไหนสักแห่งในทิศทางที่แน่นอน แต่ปัญหานี้สามารถแก้ไขได้เช่นกัน

มันควรจะเป็น

วิธีแก้ปัญหานี้เรียกว่า "ทรงกระบอกของโอนีล". การออกแบบค่อนข้างเรียบง่าย เราใช้เรือทรงกระบอกที่เหมือนกันสองลำเชื่อมต่อกันตามแกนซึ่งแต่ละลำหมุนไปในทิศทางของมันเอง เป็นผลให้เรามีโมเมนตัมเชิงมุมทั้งหมดเป็นศูนย์ ซึ่งหมายความว่าไม่ควรมีปัญหากับทิศทางของเรือในทิศทางที่ถูกต้อง ด้วยรัศมีของเรือประมาณ 500 ม. (เหมือนในบาบิโลน 5) หรือมากกว่านั้น ทุกอย่างควรเป็นไปตามที่ควรจะเป็น

ทั้งหมด

แล้วเราจะสรุปได้อย่างไรว่าควรใช้แรงโน้มถ่วงเทียมในยานอวกาศอย่างไร จากการใช้งานทั้งหมดที่เสนอในงานประเภทต่าง ๆ สิ่งที่สมจริงที่สุดคือโครงสร้างแบบหมุนซึ่งแรงที่ "ลง" นั้นมาจากความเร่งสู่ศูนย์กลาง เป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างแรงโน้มถ่วงเทียมบนเรือที่มีโครงสร้างแบนขนานกัน เช่น ดาดฟ้าเรือ (ดังที่มักจะวาดใน Sci-Fi ต่างๆ) เนื่องจากความเข้าใจสมัยใหม่ของเราเกี่ยวกับกฎของฟิสิกส์

รัศมีของเรือที่หมุนจะต้องใหญ่พอที่ Coriolis effect จะเล็กพอที่จะไม่ส่งผลกระทบต่อคน ตัวอย่างที่ดีจากโลกที่ประดิษฐ์ขึ้นได้กล่าวถึงแล้ว รัศมีและ บาบิโลน 5.

ในการควบคุมเรือดังกล่าว คุณต้องสร้างกระบอกสูบ O'Neill ซึ่งเป็น "ถังน้ำมัน" สองกระบอกที่หมุนไปในทิศทางต่างๆ กัน เพื่อให้แน่ใจว่าโมเมนตัมเชิงมุมรวมเป็นศูนย์สำหรับระบบ สิ่งนี้จะช่วยให้สามารถควบคุมเรือได้อย่างเพียงพอ

โดยรวมแล้ว เรามีสูตรอาหารที่แท้จริงสำหรับการจัดเตรียมสภาวะแรงโน้มถ่วงที่สะดวกสบายให้กับนักบินอวกาศ และจนกว่าเราจะสร้างสิ่งนี้ได้จริงๆ ฉันอยากให้ผู้สร้างเกม ภาพยนตร์ หนังสือ และงานอื่นๆ เกี่ยวกับอวกาศ ให้ความสำคัญกับความสมจริงทางกายภาพ

เราอาศัยอยู่ใน ยานเดกซ์.Zene, ลอง. มีช่องในโทรเลข สมัครสมาชิกเราจะยินดีและจะสะดวกสำหรับคุณ 👍 เมี๊ยว!

บี.วี. Raushenbakh ผู้ร่วมงานของ Korolev พูดถึงแนวคิดในการสร้างแรงโน้มถ่วงเทียมบนยานอวกาศ: ในตอนท้ายของฤดูหนาวปี 2506 หัวหน้านักออกแบบซึ่งกำลังล้างหิมะออกจากเส้นทางใกล้บ้านของเขาที่ Ostankinskaya สตรีทอาจพูดได้ว่ามีความคิด เขาโทรหาเราเชนบาคซึ่งอาศัยอยู่ใกล้ ๆ โดยไม่ต้องรอวันจันทร์ และในไม่ช้าพวกเขาก็เริ่ม "เคลียร์ทาง" สู่อวกาศสำหรับเที่ยวบินระยะยาว
ความคิดที่มักจะเกิดขึ้นกลายเป็นเรื่องง่ายๆ จะต้องเรียบง่ายมิฉะนั้นอาจไม่ได้ผลในทางปฏิบัติ

เพื่อให้ภาพสมบูรณ์ มีนาคม 2509 ชาวอเมริกันในราศีเมถุน 11:

เวลา 11:29 น. Gemini 11 ปลดจาก Agena สิ่งที่น่าสนใจที่สุดเริ่มต้นขึ้น: วัตถุสองชิ้นที่เชื่อมต่อกันด้วยสายเคเบิลจะทำงานอย่างไร ในตอนแรก Konrad พยายามแนะนำหลายอย่างเกี่ยวกับการรักษาเสถียรภาพของแรงโน้มถ่วง - เพื่อให้จรวดแขวนอยู่ที่ด้านล่าง เรืออยู่ด้านบน และสายเคเบิลตึง
อย่างไรก็ตาม เป็นไปไม่ได้ที่จะถอยห่าง 30 ม. โดยไม่กระตุ้นการสั่นสะเทือนที่รุนแรง เวลา 11:55 น. เราไปยังส่วนที่สองของการทดลอง - "แรงโน้มถ่วงเทียม" คอนราดหมุนหมุด; สายเคเบิลยืดออกไปในแนวโค้งก่อน แต่หลังจากผ่านไป 20 นาที สายเคเบิลก็ยืดออกและการหมุนก็ค่อนข้างถูกต้อง คอนราดเพิ่มความเร็วเป็น 38 ° / นาที และหลังอาหารเย็นเป็น 55 ° / นาที สร้างความหนักเบาที่ระดับ 0.00078 กรัม มันไม่รู้สึกถึง "การสัมผัส" แต่สิ่งต่าง ๆ ตกลงไปที่ด้านล่างของแคปซูลอย่างช้าๆ เมื่อเวลา 14:42 น. หลังจากหมุนไปสามชั่วโมง เข็มก็ถูกยิง และยานเจมิไนก็ถอยห่างจากมิสไซล์

แม้แต่คนที่ไม่สนใจในอวกาศก็ยังเคยดูภาพยนตร์เกี่ยวกับการเดินทางในอวกาศหรืออ่านเกี่ยวกับสิ่งต่าง ๆ ในหนังสืออย่างน้อยหนึ่งครั้ง ในงานดังกล่าวเกือบทั้งหมด ผู้คนเดินไปรอบ ๆ เรือ นอนหลับตามปกติ และไม่ประสบปัญหาในการรับประทานอาหาร ซึ่งหมายความว่าเรือเหล่านี้มีแรงโน้มถ่วงเทียม ผู้ชมส่วนใหญ่มองว่าสิ่งนี้เป็นธรรมชาติอย่างสมบูรณ์ แต่ก็ไม่เป็นเช่นนั้น

แรงโน้มถ่วงเทียม

นี่คือชื่อของการเปลี่ยนแปลง (ในทิศทางใดก็ได้) ของแรงโน้มถ่วงที่เราคุ้นเคยโดยใช้วิธีการต่างๆ และสิ่งนี้ไม่ได้เกิดขึ้นเฉพาะในผลงานที่น่าอัศจรรย์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงในสถานการณ์ทางโลกจริงๆ ด้วย ซึ่งส่วนใหญ่มักจะเป็นการทดลอง

ตามทฤษฎีแล้ว การสร้างแรงโน้มถ่วงเทียมนั้นดูไม่ยากนัก ตัวอย่างเช่นมันสามารถสร้างขึ้นใหม่ได้ด้วยความช่วยเหลือของความเฉื่อย แม่นยำยิ่งขึ้น ความต้องการกองกำลังนี้ไม่ได้เกิดขึ้นเมื่อวานนี้ - มันเกิดขึ้นทันทีที่คน ๆ หนึ่งเริ่มฝันถึงการบินอวกาศระยะยาว การสร้างแรงโน้มถ่วงเทียมในอวกาศจะทำให้สามารถหลีกเลี่ยงปัญหามากมายที่เกิดขึ้นระหว่างการอยู่ในภาวะไร้น้ำหนักเป็นเวลานาน กล้ามเนื้อของนักบินอวกาศอ่อนแอลง กระดูกมีความทนทานน้อยลง การเดินทางในสภาวะดังกล่าวเป็นเวลาหลายเดือน กล้ามเนื้อบางส่วนลีบได้

ดังนั้นทุกวันนี้การสร้างแรงโน้มถ่วงเทียมจึงเป็นงานที่มีความสำคัญยิ่ง หากไม่มีทักษะนี้ก็เป็นไปไม่ได้

วัสดุ

แม้แต่ผู้ที่รู้ฟิสิกส์ในระดับหลักสูตรของโรงเรียนเท่านั้นก็เข้าใจว่าแรงโน้มถ่วงเป็นหนึ่งในกฎพื้นฐานของโลกของเรา: ร่างกายทั้งหมดมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันโดยได้รับแรงดึงดูด / แรงผลักซึ่งกันและกัน ยิ่งร่างกายมีขนาดใหญ่เท่าใด แรงดึงดูดก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

โลกสำหรับความเป็นจริงของเรานั้นเป็นวัตถุขนาดใหญ่มาก นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมร่างกายทั้งหมดรอบตัวจึงถูกดึงดูดโดยไม่มีข้อยกเว้น

สำหรับเรา นี่หมายความว่าโดยปกติจะวัดเป็น g ซึ่งเท่ากับ 9.8 เมตรต่อตารางวินาที ซึ่งหมายความว่าหากเราไม่มีที่ค้ำใต้ฝ่าเท้า เราจะล้มลงด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้น 9.8 เมตรทุกวินาที

ดังนั้น ต้องขอบคุณแรงโน้มถ่วงเท่านั้นที่ทำให้เรายืน ล้ม กินและดื่มได้ตามปกติ เข้าใจว่าจุดบนอยู่ที่ไหน ด้านล่างอยู่ตรงไหน ถ้าแรงดึงดูดหายไป เราจะพบว่าตัวเองไร้น้ำหนัก

นักบินอวกาศที่พบว่าตัวเองอยู่ในอวกาศในสภาพทะยานขึ้น - ตกอย่างอิสระจะคุ้นเคยกับปรากฏการณ์นี้เป็นพิเศษ

ในทางทฤษฎี นักวิทยาศาสตร์รู้วิธีสร้างแรงโน้มถ่วงเทียม มีหลายวิธี

มวลขนาดใหญ่

ตัวเลือกที่สมเหตุสมผลที่สุดคือทำให้มันใหญ่ขึ้นจนเกิดแรงโน้มถ่วงเทียมขึ้น เป็นไปได้ที่จะรู้สึกสบายบนเรือเนื่องจากการปฐมนิเทศในอวกาศจะไม่สูญหายไป

น่าเสียดายที่วิธีนี้ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีสมัยใหม่นั้นไม่สมจริง ในการสร้างวัตถุดังกล่าวต้องใช้ทรัพยากรมากเกินไป นอกจากนี้ยังต้องใช้พลังงานจำนวนมากในการยกขึ้น

ความเร่ง

ดูเหมือนว่าถ้าคุณต้องการให้ได้ g เท่ากับพื้นโลก คุณแค่ต้องทำให้เรือมีรูปร่างแบน (ยกพื้น) และทำให้มันเคลื่อนที่ในแนวตั้งฉากกับระนาบด้วยความเร่งที่ต้องการ ด้วยวิธีนี้จะได้รับแรงโน้มถ่วงเทียมและ - ในอุดมคติ

อย่างไรก็ตามในความเป็นจริงทุกอย่างซับซ้อนกว่ามาก

ประการแรก การพิจารณาปัญหาเชื้อเพลิงเป็นสิ่งที่ควรค่าแก่การพิจารณา เพื่อให้สถานีเร่งความเร็วอย่างต่อเนื่องจำเป็นต้องมีแหล่งจ่ายไฟสำรอง แม้ว่าเครื่องยนต์จะไม่ขับสสารออกมาอย่างกระทันหัน กฎการอนุรักษ์พลังงานจะยังคงบังคับใช้อยู่

ปัญหาที่สองอยู่ในแนวคิดเรื่องการเร่งความเร็วคงที่ ตามความรู้และกฎทางกายภาพของเรา เป็นไปไม่ได้ที่จะเร่งไปสู่อนันต์

นอกจากนี้การขนส่งดังกล่าวไม่เหมาะสำหรับภารกิจการวิจัยเนื่องจากต้องเร่ง - บินอย่างต่อเนื่อง เขาจะไม่สามารถหยุดศึกษาโลกได้ เขาจะไม่สามารถแม้แต่จะบินไปรอบๆ มันอย่างช้าๆ เขาต้องเร่งความเร็ว

ดังนั้นจึงเป็นที่ชัดเจนว่าแรงโน้มถ่วงเทียมนั้นยังไม่มีให้เรา

ม้าหมุน

ทุกคนรู้ว่าการหมุนของม้าหมุนส่งผลต่อร่างกายอย่างไร ดังนั้นอุปกรณ์แรงโน้มถ่วงเทียมตามหลักการนี้จึงดูเหมือนจริงที่สุด

ทุกสิ่งที่อยู่ในเส้นผ่านศูนย์กลางของม้าหมุนมักจะตกลงมาด้วยความเร็วโดยประมาณเท่ากับความเร็วของการหมุน ปรากฎว่ามีแรงกระทำต่อร่างกายซึ่งพุ่งไปตามรัศมีของวัตถุที่กำลังหมุน สิ่งนี้คล้ายกับแรงโน้มถ่วงมาก

ดังนั้นต้องใช้เรือที่มีรูปทรงกระบอก ในขณะเดียวกันก็ต้องหมุนรอบแกนของมัน อย่างไรก็ตาม แรงโน้มถ่วงเทียมบนยานอวกาศที่สร้างขึ้นตามหลักการนี้มักแสดงในภาพยนตร์นิยายวิทยาศาสตร์

เรือรูปทรงกระบอกหมุนรอบแกนตามยาวสร้างแรงเหวี่ยงซึ่งทิศทางสอดคล้องกับรัศมีของวัตถุ ในการคำนวณความเร่งที่เกิดขึ้น คุณต้องหารแรงด้วยมวล

ในสูตรนี้ ผลลัพธ์ของการคำนวณคือความเร่ง ตัวแปรแรกคือความเร็วรอบ (วัดเป็นเรเดียนต่อวินาที) ตัวแปรที่สองคือรัศมี

ตามนี้เพื่อให้ได้ g ปกติจำเป็นต้องรวมรัศมีของการขนส่งในอวกาศอย่างถูกต้อง

ปัญหาที่คล้ายกันนี้ถูกเน้นในภาพยนตร์ เช่น Intersolach, Babylon 5, 2001: A Space Odyssey และอื่นๆ ในทุกกรณีเหล่านี้ แรงโน้มถ่วงเทียมจะใกล้เคียงกับอัตราเร่งของการตกอย่างอิสระบนพื้นโลก

ไม่ว่าไอเดียจะดีแค่ไหน การนำมันไปใช้นั้นค่อนข้างยาก

ปัญหาของวิธีการหมุน

ปัญหาที่ชัดเจนที่สุดถูกเน้นใน A Space Odyssey รัศมีของ "ยานอวกาศพาหะ" อยู่ที่ประมาณ 8 เมตร เพื่อให้ได้ความเร่ง 9.8 การหมุนจะต้องเกิดขึ้นในอัตราประมาณ 10.5 รอบต่อนาที

ด้วยค่าเหล่านี้ "เอฟเฟกต์ Coriolis" จะปรากฏขึ้นซึ่งประกอบด้วยความจริงที่ว่าแรงที่แตกต่างกันกระทำในระยะทางที่แตกต่างจากพื้น ขึ้นอยู่กับความเร็วเชิงมุมโดยตรง

ปรากฎว่าจะสร้างแรงโน้มถ่วงเทียมในอวกาศ แต่การหมุนเคสเร็วเกินไปจะทำให้หูชั้นในมีปัญหา สิ่งนี้ทำให้เกิดความไม่สมดุลปัญหาเกี่ยวกับอุปกรณ์ขนถ่ายและปัญหาอื่น ๆ ที่คล้ายคลึงกัน

การเกิดขึ้นของสิ่งกีดขวางนี้แสดงให้เห็นว่าแบบจำลองดังกล่าวไม่ประสบความสำเร็จอย่างมาก

คุณสามารถลองเปลี่ยนจากสิ่งที่ตรงกันข้ามได้เหมือนในนวนิยายเรื่อง "The World-Ring" ที่นี่เรือถูกสร้างขึ้นในรูปแบบของวงแหวนซึ่งมีรัศมีใกล้เคียงกับรัศมีวงโคจรของเรา (ประมาณ 150 ล้านกม.) ด้วยขนาดนี้ ความเร็วในการหมุนของมันก็เพียงพอแล้วที่จะเพิกเฉยต่อเอฟเฟกต์ Coriolis

คุณอาจคิดว่าปัญหาได้รับการแก้ไขแล้ว แต่ก็ไม่เป็นเช่นนั้น ความจริงก็คือการหมุนโครงสร้างนี้รอบแกนโดยสมบูรณ์ใช้เวลา 9 วัน สิ่งนี้ทำให้สามารถสันนิษฐานได้ว่าโหลดจะใหญ่เกินไป เพื่อให้โครงสร้างทนทานต่อสิ่งเหล่านั้น จำเป็นต้องใช้วัสดุที่แข็งแรงมากซึ่งเราไม่มีจำหน่ายในปัจจุบัน นอกจากนี้ปัญหาคือปริมาณวัสดุและกระบวนการก่อสร้างเอง

ในเกมที่มีธีมคล้ายคลึงกันเช่นเดียวกับในภาพยนตร์เรื่อง "Babylon 5" ปัญหาเหล่านี้ได้รับการแก้ไขแล้ว: ความเร็วในการหมุนค่อนข้างเพียงพอ, เอฟเฟกต์ Coriolis นั้นไม่สำคัญ, เป็นไปได้ตามสมมุติฐานในการสร้างเรือดังกล่าว

อย่างไรก็ตาม แม้โลกดังกล่าวจะมีข้อเสียเปรียบ มันเรียกว่าโมเมนตัม

เรือหมุนรอบแกนกลายเป็นไจโรสโคปขนาดใหญ่ อย่างที่คุณทราบ มันยากมากที่จะทำให้ไจโรสโคปเบี่ยงเบนไปจากแกนเนื่องจากปริมาณของมันไม่ได้ออกจากระบบ ซึ่งหมายความว่าจะเป็นการยากที่จะกำหนดทิศทางสำหรับวัตถุนี้ อย่างไรก็ตามปัญหานี้สามารถแก้ไขได้

วิธีการแก้

แรงโน้มถ่วงเทียมบนสถานีอวกาศจะใช้งานได้เมื่อ "โอนีล หมวกทรงสูง" มาช่วย ในการสร้างการออกแบบนี้จำเป็นต้องมีเรือทรงกระบอกที่เหมือนกันซึ่งเชื่อมต่อกันตามแกน ควรหมุนไปในทิศทางต่างๆ ผลลัพธ์ของการประกอบดังกล่าวคือโมเมนตัมเชิงมุมเป็นศูนย์ ดังนั้นจึงไม่มีปัญหาในการให้ทิศทางที่จำเป็นแก่เรือ

หากเป็นไปได้ที่จะสร้างเรือที่มีรัศมีประมาณ 500 เมตรก็จะทำงานได้ตามปกติ ในขณะเดียวกันแรงโน้มถ่วงเทียมในอวกาศจะค่อนข้างสะดวกสบายและเหมาะสำหรับเที่ยวบินระยะยาวบนเรือหรือสถานีวิจัย

วิศวกรอวกาศ

ผู้สร้างเกมรู้จักวิธีสร้างแรงโน้มถ่วงเทียม อย่างไรก็ตาม ในโลกจินตนาการนี้ แรงโน้มถ่วงไม่ใช่แรงดึงดูดซึ่งกันและกันของวัตถุ แต่เป็นแรงเชิงเส้นที่ออกแบบมาเพื่อเร่งวัตถุในทิศทางที่กำหนด สถานที่น่าสนใจที่นี่ไม่สมบูรณ์ แต่จะเปลี่ยนไปเมื่อมีการเปลี่ยนเส้นทางแหล่งที่มา

แรงโน้มถ่วงประดิษฐ์บนสถานีอวกาศถูกสร้างขึ้นโดยใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าพิเศษ มีความสม่ำเสมอและมีทิศทางเท่ากันในพื้นที่ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ดังนั้นในโลกแห่งความเป็นจริง หากคุณโดนเรือที่ติดตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้าชน คุณจะถูกดึงไปที่ตัวเรือ อย่างไรก็ตามในเกมฮีโร่จะล้มลงจนกว่าเขาจะออกจากขอบเขตของอุปกรณ์

จนถึงปัจจุบัน แรงโน้มถ่วงเทียมในอวกาศที่สร้างขึ้นโดยอุปกรณ์ดังกล่าว ไม่สามารถเข้าถึงได้โดยมนุษย์ อย่างไรก็ตามแม้แต่นักพัฒนาที่มีผมหงอกก็ไม่หยุดที่จะฝันถึงมัน

เครื่องกำเนิดทรงกลม

นี่คืออุปกรณ์เวอร์ชันที่สมจริงยิ่งขึ้น เมื่อติดตั้งแล้วแรงโน้มถ่วงจะมีทิศทางเข้าหาเครื่องกำเนิดไฟฟ้า สิ่งนี้ทำให้สามารถสร้างสถานีได้ซึ่งแรงโน้มถ่วงจะเท่ากับสถานีของดาวเคราะห์

เครื่องหมุนเหวี่ยง

ทุกวันนี้ แรงโน้มถ่วงเทียมบนโลกพบได้ในอุปกรณ์ต่างๆ ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับความเฉื่อยเนื่องจากเรารู้สึกถึงแรงนี้คล้ายกับอิทธิพลของแรงโน้มถ่วง - ร่างกายไม่ได้แยกแยะว่าอะไรเป็นสาเหตุของการเร่งความเร็ว ตัวอย่างเช่น คนที่ขึ้นลิฟต์จะได้รับผลกระทบจากแรงเฉื่อย ในสายตาของนักฟิสิกส์: การยกลิฟต์เป็นการเพิ่มความเร่งของการตกอย่างอิสระให้กับความเร่งของรถ เมื่อห้องโดยสารกลับสู่การเคลื่อนไหวที่วัดได้ น้ำหนัก "ที่เพิ่มขึ้น" จะหายไป ทำให้ความรู้สึกปกติกลับคืนมา

นักวิทยาศาสตร์สนใจเรื่องแรงโน้มถ่วงเทียมมานานแล้ว เครื่องหมุนเหวี่ยงใช้เพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้บ่อยที่สุด วิธีนี้เหมาะสำหรับยานอวกาศเท่านั้น แต่ยังเหมาะสำหรับสถานีภาคพื้นดินซึ่งจำเป็นต้องศึกษาผลกระทบของแรงโน้มถ่วงต่อร่างกายมนุษย์

เรียนบนโลก สมัครใน...

แม้ว่าการศึกษาเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงจะเริ่มต้นจากอวกาศ แต่ก็เป็นวิทยาศาสตร์ทางโลกมาก แม้กระทั่งทุกวันนี้ ความสำเร็จในด้านนี้ก็ยังถูกนำไปประยุกต์ใช้ เช่น ในทางการแพทย์ เมื่อรู้ว่ามันเป็นไปได้ที่จะสร้างแรงโน้มถ่วงเทียมบนโลกนี้หรือไม่ คุณสามารถใช้มันเพื่อจัดการกับปัญหาเกี่ยวกับกลไกของมอเตอร์หรือระบบประสาท ยิ่งกว่านั้น การศึกษาของกองกำลังนี้ดำเนินการบนโลกเป็นหลัก สิ่งนี้ทำให้นักบินอวกาศสามารถทำการทดลองได้ในขณะที่อยู่ภายใต้การดูแลอย่างใกล้ชิดของแพทย์ อีกสิ่งหนึ่งคือแรงโน้มถ่วงเทียมในอวกาศ ไม่มีคนที่สามารถช่วยเหลือนักบินอวกาศได้ในกรณีที่เกิดสถานการณ์ที่ไม่คาดฝัน

โดยคำนึงถึงสภาวะไร้น้ำหนักโดยสมบูรณ์ เราไม่สามารถคำนึงถึงดาวเทียมในวงโคจรใกล้โลกได้ วัตถุเหล่านี้แม้จะเล็กน้อยแต่ได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วง แรงโน้มถ่วงที่เกิดขึ้นในกรณีเช่นนี้เรียกว่าสภาวะไร้น้ำหนัก แรงโน้มถ่วงที่แท้จริงมีประสบการณ์ในอุปกรณ์ที่บินด้วยความเร็วคงที่ในอวกาศเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ร่างกายมนุษย์ไม่รู้สึกถึงความแตกต่างนี้

คุณสามารถสัมผัสสภาวะไร้น้ำหนักระหว่างการกระโดดไกล (ก่อนที่หลังคาจะเปิดออก) หรือระหว่างการร่อนลงของเครื่องบินในแนวพาราโบลา การทดลองดังกล่าวมักทำในสหรัฐอเมริกา แต่บนเครื่องบิน ความรู้สึกนี้คงอยู่เพียง 40 วินาที ซึ่งสั้นเกินไปสำหรับการศึกษาเต็มรูปแบบ

ย้อนกลับไปในปี 1973 สหภาพโซเวียตรู้ว่ามันเป็นไปได้ที่จะสร้างแรงโน้มถ่วงเทียมหรือไม่ และไม่เพียงสร้างมัน แต่ยังเปลี่ยนมันในทางใดทางหนึ่งด้วย ตัวอย่างที่เด่นชัดของการลดลงของแรงโน้มถ่วงเทียมคือการแช่แบบแห้ง การแช่ เพื่อให้ได้เอฟเฟกต์ที่ต้องการคุณต้องวางฟิล์มหนาทึบไว้บนผิวน้ำ บุคคลนั้นวางอยู่บนนั้น ภายใต้น้ำหนักของร่างกายร่างกายจะจมอยู่ใต้น้ำมีเพียงศีรษะเท่านั้นที่ยังคงอยู่ด้านบน แบบจำลองนี้แสดงให้เห็นถึงการรองรับแรงโน้มถ่วงต่ำซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของมหาสมุทร

ไม่จำเป็นต้องเข้าไปในอวกาศเพื่อสัมผัสถึงผลกระทบของแรงตรงข้ามของความไร้น้ำหนัก - แรงโน้มถ่วงที่มากเกินไป ในระหว่างการบินขึ้นและลงจอดในเครื่องหมุนเหวี่ยง ไม่เพียงรู้สึกได้ถึงภาระที่มากเกินไป แต่ยังศึกษาด้วย

การรักษาแรงโน้มถ่วง

การศึกษาฟิสิกส์แรงโน้มถ่วง เหนือสิ่งอื่นใด ผลกระทบของภาวะไร้น้ำหนักในร่างกายมนุษย์ โดยพยายามลดผลที่ตามมาให้เหลือน้อยที่สุด อย่างไรก็ตามความสำเร็จจำนวนมากของวิทยาศาสตร์นี้สามารถเป็นประโยชน์กับผู้อยู่อาศัยทั่วไปบนโลกใบนี้

แพทย์มีความหวังอย่างมากในการศึกษาพฤติกรรมของเอนไซม์กล้ามเนื้อในโรคผงาด นี่เป็นโรคร้ายแรงที่นำไปสู่การเสียชีวิตก่อนวัยอันควร

ด้วยการออกกำลังกายที่ใช้งานอยู่ เอนไซม์ครีเอติโนฟอสโฟไคเนสจำนวนมากจะเข้าสู่กระแสเลือดของคนที่มีสุขภาพแข็งแรง สาเหตุของปรากฏการณ์นี้ไม่ชัดเจน บางทีภาระอาจกระทำต่อเยื่อหุ้มเซลล์ในลักษณะที่ "เจาะ" ผู้ป่วยที่เป็นโรคผงาดจะได้รับผลเช่นเดียวกันโดยไม่ต้องออกกำลังกาย การสังเกตของนักบินอวกาศแสดงให้เห็นว่าในภาวะไร้น้ำหนักการไหลของเอนไซม์ที่ออกฤทธิ์ในเลือดจะลดลงอย่างมาก การค้นพบนี้ชี้ให้เห็นว่าการใช้การแช่ตัวจะช่วยลดผลกระทบด้านลบของปัจจัยที่นำไปสู่โรคสมาธิสั้น ขณะนี้การทดลองกับสัตว์กำลังดำเนินการอยู่

การรักษาโรคบางชนิดได้ดำเนินการไปแล้วในปัจจุบันโดยใช้ข้อมูลที่ได้รับจากการศึกษาเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงรวมทั้งการประดิษฐ์ เช่น สมองพิการ โรคหลอดเลือดสมอง พาร์กินสัน รักษาโดยใช้ชุดโหลด การศึกษาผลกระทบในเชิงบวกของการรองรับ - รองเท้านิวแมติก - เสร็จสมบูรณ์แล้ว

เราจะไปดาวอังคารกันไหม?

ความสำเร็จล่าสุดของนักบินอวกาศทำให้เกิดความหวังสำหรับความเป็นจริงของโครงการ มีประสบการณ์ในการสนับสนุนทางการแพทย์สำหรับบุคคลที่อยู่ห่างจากโลกเป็นเวลานาน การวิจัยเที่ยวบินไปยังดวงจันทร์ซึ่งมีแรงโน้มถ่วงน้อยกว่าของเราถึง 6 เท่าก็ได้รับประโยชน์มากมายเช่นกัน ตอนนี้นักบินอวกาศและนักวิทยาศาสตร์กำลังตั้งเป้าหมายใหม่ให้กับตัวเอง นั่นคือดาวอังคาร

ก่อนที่คุณจะต่อแถวซื้อตั๋วไปยัง Red Planet คุณควรรู้ว่าร่างกายคาดหวังอะไรในขั้นตอนแรกของการทำงาน - ระหว่างทาง โดยเฉลี่ยแล้วเส้นทางสู่ดาวเคราะห์ทะเลทรายจะใช้เวลาหนึ่งปีครึ่ง - ประมาณ 500 วัน ระหว่างทางคุณจะต้องพึ่งพากำลังของคุณเองเท่านั้นไม่มีที่ไหนเลยที่จะรอความช่วยเหลือ

ปัจจัยหลายอย่างจะบั่นทอนความแข็งแกร่ง: ความเครียด การแผ่รังสี การขาดสนามแม่เหล็ก การทดสอบที่สำคัญที่สุดสำหรับร่างกายคือการเปลี่ยนแปลงของแรงโน้มถ่วง ในการเดินทาง บุคคลจะ "ทำความคุ้นเคย" กับแรงโน้มถ่วงหลายระดับ ประการแรก สิ่งเหล่านี้เกินกำลังระหว่างการบินขึ้น จากนั้น - ภาวะไร้น้ำหนักระหว่างเที่ยวบิน หลังจากนั้น - สภาวะไร้แรงโน้มถ่วงที่ปลายทาง เนื่องจากแรงโน้มถ่วงบนดาวอังคารมีน้อยกว่า 40% ของโลก

คุณจะรับมือกับผลกระทบด้านลบของสภาวะไร้น้ำหนักในเที่ยวบินที่ยาวนานได้อย่างไร? หวังว่าการพัฒนาในด้านการสร้างแรงโน้มถ่วงเทียมจะช่วยแก้ปัญหานี้ได้ในอนาคตอันใกล้นี้ การทดลองกับหนูที่เดินทางบน Kosmos-936 แสดงให้เห็นว่าเทคนิคนี้ไม่สามารถแก้ปัญหาทั้งหมดได้

ประสบการณ์ระบบปฏิบัติการแสดงให้เห็นว่าการใช้คอมเพล็กซ์การฝึกอบรมที่สามารถกำหนดภาระที่จำเป็นสำหรับนักบินอวกาศแต่ละคนสามารถก่อให้เกิดประโยชน์ต่อร่างกายได้มากขึ้น

จนถึงปัจจุบัน เชื่อกันว่าไม่เพียงแต่นักวิจัยจะบินไปยังดาวอังคารเท่านั้น แต่ยังรวมถึงนักท่องเที่ยวที่ต้องการสร้างอาณานิคมบนดาวเคราะห์แดงด้วย สำหรับพวกเขา อย่างน้อยก็ในตอนแรก ความรู้สึกของการอยู่ในสภาพไร้น้ำหนักมีมากกว่าข้อโต้แย้งทั้งหมดของแพทย์เกี่ยวกับอันตรายของการสัมผัสกับสภาวะดังกล่าวเป็นเวลานาน อย่างไรก็ตาม ในอีกไม่กี่สัปดาห์ พวกเขาก็ต้องการความช่วยเหลือเช่นกัน ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการหาวิธีสร้างแรงโน้มถ่วงเทียมบนยานอวกาศจึงสำคัญมาก

ผลลัพธ์

ข้อสรุปใดที่สามารถสรุปได้เกี่ยวกับการสร้างแรงโน้มถ่วงเทียมในอวกาศ

ในบรรดาตัวเลือกทั้งหมดที่กำลังพิจารณาอยู่นั้น โครงสร้างแบบหมุนได้นั้นดูสมจริงที่สุด อย่างไรก็ตาม ด้วยความเข้าใจในปัจจุบันเกี่ยวกับกฎทางกายภาพ สิ่งนี้เป็นไปไม่ได้ เนื่องจากเรือไม่ใช่ทรงกระบอกกลวง ข้างในนั้นมีการทับซ้อนกันซึ่งรบกวนการรวมความคิด

นอกจากนี้ รัศมีของเรือจะต้องมีขนาดใหญ่จนไม่เกิดผลโคริโอลิสที่มีนัยสำคัญ

ในการควบคุมอะไรทำนองนี้ กระบอกสูบ O'Neill ที่กล่าวไว้ข้างต้นเป็นสิ่งที่จำเป็น ซึ่งจะทำให้สามารถควบคุมเรือได้ ในกรณีนี้ โอกาสในการใช้การออกแบบที่คล้ายกันสำหรับเที่ยวบินระหว่างดาวเคราะห์โดยให้ระดับแรงโน้มถ่วงที่สะดวกสบายแก่ทีมเพิ่มขึ้น

ก่อนที่มนุษยชาติจะทำความฝันให้เป็นจริงได้สำเร็จ ฉันอยากจะเห็นความสมจริงมากกว่านี้อีกนิดและความรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับกฎฟิสิกส์ในนิยายวิทยาศาสตร์

เที่ยวบินอวกาศระยะยาวการสำรวจดาวเคราะห์ดวงอื่นซึ่งนักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์ Isaac Asimov, Stanislav Lem, Alexander Belyaev และคนอื่น ๆ เขียนไว้ก่อนหน้านี้จะกลายเป็นความจริงที่เป็นไปได้ด้วยความรู้ เนื่องจากเมื่อสร้างระดับแรงโน้มถ่วงของโลกขึ้นมาใหม่ เราจะสามารถหลีกเลี่ยงผลกระทบด้านลบของภาวะไร้น้ำหนัก (สภาวะไร้น้ำหนัก) ต่อมนุษย์ (การเสื่อมของกล้ามเนื้อ ประสาทสัมผัส การเคลื่อนไหว และความผิดปกติของพืช) นั่นคือเกือบทุกคนที่ต้องการจะสามารถเยี่ยมชมอวกาศได้โดยไม่คำนึงถึงลักษณะทางกายภาพของร่างกาย ในขณะเดียวกันการอยู่บนยานอวกาศก็จะสะดวกสบายมากขึ้น ผู้คนจะสามารถใช้อุปกรณ์และสิ่งอำนวยความสะดวกที่มีอยู่แล้วและคุ้นเคย (เช่น ห้องอาบน้ำ ห้องสุขา)

บนโลก ระดับแรงโน้มถ่วงถูกกำหนดโดยความเร่งของแรงโน้มถ่วงโดยเฉลี่ยเท่ากับ 9.81 m / s 2 ("เกิน" 1 g) ในขณะที่อยู่ในอวกาศภายใต้สภาวะไร้น้ำหนักประมาณ 10 -6 g พ.ศ. Tsiolkovsky อ้างถึงการเปรียบเทียบระหว่างความรู้สึกของน้ำหนักตัวเมื่อแช่อยู่ในน้ำหรือนอนอยู่บนเตียงกับสภาวะไร้น้ำหนักในอวกาศ

"โลกเป็นแหล่งกำเนิดของจิตใจ แต่คนเราไม่สามารถอยู่ในเปลได้ตลอดไป"
"โลกควรจะเรียบง่ายกว่านี้"
คอนสแตนติน ซิออลคอฟสกี

ที่น่าสนใจสำหรับชีววิทยาความโน้มถ่วง ความสามารถในการสร้างสภาวะโน้มถ่วงต่างๆ จะเป็นความก้าวหน้าที่แท้จริง มันจะเป็นไปได้ที่จะศึกษา: การเปลี่ยนแปลงของโครงสร้าง การทำงานในระดับจุลภาค ระดับมหภาค ความสม่ำเสมอภายใต้อิทธิพลแรงโน้มถ่วงที่มีขนาดและทิศทางต่างกันอย่างไร ในทางกลับกัน การค้นพบเหล่านี้จะช่วยพัฒนาแนวทางใหม่ในปัจจุบัน นั่นคือ การบำบัดด้วยแรงโน้มถ่วง พิจารณาความเป็นไปได้และประสิทธิผลของการประยุกต์ใช้สำหรับการรักษาการเปลี่ยนแปลงของแรงโน้มถ่วง (เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับของโลก) เรารู้สึกถึงแรงโน้มถ่วงที่เพิ่มขึ้นราวกับว่าร่างกายหนักขึ้นเล็กน้อย ปัจจุบัน การศึกษากำลังดำเนินการเกี่ยวกับการใช้การบำบัดด้วยแรงโน้มถ่วงสำหรับความดันโลหิตสูง เช่นเดียวกับการฟื้นฟูเนื้อเยื่อกระดูกในกระดูกหัก

(แรงโน้มถ่วงเทียม) ในกรณีส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับหลักการของความเท่าเทียมกันของแรงเฉื่อยและแรงโน้มถ่วง หลักการของความเท่าเทียมกันกล่าวว่าเรารู้สึกถึงความเร่งของการเคลื่อนไหวโดยประมาณโดยไม่ได้แยกแยะสาเหตุที่ทำให้เกิด: แรงโน้มถ่วงหรือแรงเฉื่อย ในรูปแบบแรกความเร่งเกิดขึ้นเนื่องจากอิทธิพลของสนามโน้มถ่วงในวินาทีเนื่องจากการเร่งความเร็วของการเคลื่อนที่ของกรอบอ้างอิงที่ไม่ใช่เฉื่อย (กรอบที่เคลื่อนที่ด้วยความเร่ง) ซึ่งบุคคลนั้นตั้งอยู่ . ตัวอย่างเช่น คนที่อยู่ในลิฟต์ (กรอบอ้างอิงที่ไม่เฉื่อย) ประสบกับผลกระทบที่คล้ายกันของแรงเฉื่อยระหว่างการพุ่งขึ้นอย่างรวดเร็ว (ด้วยความเร่ง ทำให้รู้สึกว่าร่างกายหนักขึ้นเป็นเวลาสองสามวินาที) หรือการเบรก (รู้สึกว่า พื้นเคลื่อนออกจากใต้เท้า) จากมุมมองของฟิสิกส์: เมื่อลิฟต์ลอยขึ้น ความเร่งของการเคลื่อนที่ของรถจะถูกเพิ่มเข้าไปในความเร่งของการตกอย่างอิสระในกรอบที่ไม่เฉื่อย เมื่อการเคลื่อนไหวสม่ำเสมอกลับคืนมา น้ำหนัก "ที่เพิ่มขึ้น" จะหายไป นั่นคือ ความรู้สึกคุ้นเคยของน้ำหนักตัวจะกลับมา

ทุกวันนี้เมื่อเกือบ 50 ปีที่แล้ว เครื่องหมุนเหวี่ยงถูกใช้เพื่อสร้างแรงโน้มถ่วงเทียม (ใช้การเร่งความเร็วแบบแรงเหวี่ยงระหว่างการหมุนของระบบอวกาศ) พูดง่ายๆ ก็คือ ระหว่างการหมุนของสถานีอวกาศรอบแกน การเร่งความเร็วแบบแรงเหวี่ยงจะเกิดขึ้น ซึ่งจะ "ดัน" บุคคลออกจากจุดศูนย์กลางของการหมุน และเป็นผลให้นักบินอวกาศหรือวัตถุอื่นๆ จะสามารถอยู่บน "พื้น". เพื่อความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับกระบวนการนี้และความยากลำบากที่นักวิทยาศาสตร์ต้องเผชิญ ลองดูสูตรที่ใช้หาแรงหนีศูนย์กลางเมื่อเครื่องหมุนเหวี่ยงหมุน:

F=m*v 2 *r โดยที่ m คือมวล v คือความเร็วเชิงเส้น r คือระยะทางจากจุดศูนย์กลางการหมุน

ความเร็วเชิงเส้นเท่ากับ: v=2π*rT โดยที่ T คือจำนวนรอบต่อวินาที π ≈3.14...

นั่นคือยิ่งยานอวกาศหมุนเร็วขึ้น และยิ่งห่างจากจุดศูนย์กลางมากเท่าไหร่ แรงโน้มถ่วงเทียมที่สร้างขึ้นก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้นเท่านั้น

เมื่อดูรูปอย่างระมัดระวังเราจะเห็นว่าด้วยรัศมีเล็ก ๆ แรงโน้มถ่วงสำหรับศีรษะและขาของบุคคลจะแตกต่างกันอย่างมากซึ่งจะทำให้เคลื่อนไหวได้ยาก

เมื่อนักบินอวกาศเคลื่อนที่ไปตามทิศทางการหมุน จะเกิดแรง Coriolis ในเวลาเดียวกันมีความเป็นไปได้สูงที่คน ๆ หนึ่งจะถูกโยกอยู่ตลอดเวลา เป็นไปได้ที่จะได้รับสิ่งนี้ด้วยความเร็วเรือ 2 รอบต่อนาทีในขณะที่เกิดแรงโน้มถ่วงเทียม 1g (เหมือนบนโลก) แต่ในกรณีนี้ รัศมีจะอยู่ที่ 224 เมตร (ประมาณ ¼ กิโลเมตร ระยะทางนี้เทียบเท่ากับความสูงของอาคาร 95 ชั้น หรือยาวเท่ากับซีคัวญาขนาดใหญ่สองต้น) นั่นคือเป็นไปได้ในทางทฤษฎีที่จะสร้างสถานีโคจรหรือยานอวกาศขนาดนี้ แต่ในทางปฏิบัติ การดำเนินการนี้ต้องใช้ทรัพยากร ความพยายาม และเวลาอย่างมาก ซึ่งเมื่อเผชิญกับหายนะทั่วโลกที่ใกล้เข้ามา (ดูรายงาน ) มีมนุษยธรรมมากขึ้นเพื่อส่งความช่วยเหลือที่แท้จริงไปยังผู้ที่ต้องการ

เนื่องจากไม่สามารถสร้างค่าระดับแรงโน้มถ่วงที่จำเป็นสำหรับบุคคลบนสถานีโคจรหรือยานอวกาศได้ นักวิทยาศาสตร์จึงตัดสินใจสำรวจความเป็นไปได้ในการ "ลดแถบที่กำหนด" นั่นคือการสร้างแรงโน้มถ่วงให้น้อยกว่าของโลก ซึ่งแสดงให้เห็นว่าสำหรับครึ่งศตวรรษของการวิจัย เป็นไปไม่ได้ที่จะได้ผลลัพธ์ที่น่าพอใจ สิ่งนี้ไม่น่าแปลกใจเนื่องจากในการทดลองพวกเขาพยายามสร้างเงื่อนไขภายใต้แรงเฉื่อยหรือแรงเฉื่อยอื่น ๆ ที่จะมีผลคล้ายกับแรงโน้มถ่วงของโลก นั่นคือปรากฎว่าแรงโน้มถ่วงเทียมไม่ใช่แรงโน้มถ่วง

ปัจจุบันในทางวิทยาศาสตร์มีเพียงทฤษฎีเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงเท่านั้น ซึ่งส่วนใหญ่จะอิงตามทฤษฎีสัมพัทธภาพ ในขณะเดียวกัน ก็ไม่มีข้อใดข้อหนึ่งที่สมบูรณ์ (ไม่ได้อธิบายโฟลว์ ผลลัพธ์ของการทดลองใดๆ ภายใต้เงื่อนไขใดๆ และยิ่งไปกว่านั้น บางครั้งก็ไม่เห็นด้วยกับทฤษฎีทางกายภาพอื่นๆ ที่ได้รับการยืนยันจากการทดลอง) ไม่มีความรู้และความเข้าใจที่ชัดเจน: แรงโน้มถ่วงคืออะไร แรงโน้มถ่วงเกี่ยวข้องกับอวกาศและเวลาอย่างไร อนุภาคประกอบด้วยอะไรและมีคุณสมบัติอย่างไร คำตอบสำหรับคำถามเหล่านี้และคำถามอื่นๆ อีกมากมายสามารถพบได้โดยการเปรียบเทียบข้อมูลที่นำเสนอในหนังสือ "Ezoosmos" โดย A. Novykh และรายงาน PRIMORDIAL ALLATRA PHYSICS นำเสนอวิธีการใหม่ทั้งหมด ซึ่งอิงจากความรู้พื้นฐานของพื้นฐานเบื้องต้นของฟิสิกส์ อนุภาคพื้นฐานรูปแบบของปฏิสัมพันธ์ของพวกเขา นั่นคือขึ้นอยู่กับความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับสาระสำคัญของกระบวนการโน้มถ่วงและเป็นผลให้สามารถคำนวณได้อย่างแม่นยำเพื่อสร้างค่าของสภาวะโน้มถ่วงทั้งในอวกาศและบนโลก (การบำบัดด้วยแรงโน้มถ่วง) ทำนายผลลัพธ์ ของการทดลองที่เป็นไปได้และไม่สามารถจินตนาการได้ซึ่งกำหนดขึ้นโดยทั้งมนุษย์และธรรมชาติ

PRIMORDIAL ALLATRA PHYSICS เป็นมากกว่าแค่ฟิสิกส์ มันเปิดโอกาสในการแก้ปัญหาของความซับซ้อนใด ๆ แต่ที่สำคัญที่สุด ต้องขอบคุณความรู้เกี่ยวกับกระบวนการที่เกิดขึ้นในระดับของอนุภาคและการกระทำจริง แต่ละคนสามารถเข้าใจความหมายของชีวิตของตน เข้าใจวิธีการทำงานของระบบ และได้รับประสบการณ์ภาคปฏิบัติในการติดต่อกับโลกฝ่ายวิญญาณ เพื่อตระหนักถึงโลกาภิวัตน์และความเป็นอันดับหนึ่งของจิตวิญญาณ เพื่อออกจากกรอบ/แม่แบบข้อจำกัดของจิตสำนึก เกินขีดจำกัดของระบบ เพื่อรับอิสรภาพที่แท้จริง

“อย่างที่เขาว่ากัน เมื่อคุณมีกุญแจสากลอยู่ในมือ (ความรู้เกี่ยวกับพื้นฐานของอนุภาคมูลฐาน) คุณก็สามารถเปิดประตูใดก็ได้ (ของไมโครและมาโครเวิร์ล)”

“ภายใต้เงื่อนไขดังกล่าว การเปลี่ยนแปลงใหม่ของอารยธรรมในเชิงคุณภาพไปสู่กระแสหลักแห่งการพัฒนาตนเองทางจิตวิญญาณ ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ในวงกว้างเกี่ยวกับโลกและตนเองนั้นเป็นไปได้”

“ทุกสิ่งที่บีบบังคับบุคคลในโลกนี้ ตั้งแต่ความคิดครอบงำ อารมณ์ก้าวร้าว และจบลงด้วยความปรารถนาตายตัวของผู้บริโภคที่เห็นแก่ตัว ‒ นี่เป็นผลมาจากการที่บุคคลเลือกข้างเขตบ่อเกรอะ‒ ระบบอัจฉริยะด้านวัตถุที่ใช้ประโยชน์จากมนุษยชาติเป็นประจำ แต่ถ้าคน ๆ หนึ่งเลือกหลักการทางจิตวิญญาณของเขา เขาก็จะได้รับความเป็นอมตะ และไม่มีศาสนาในเรื่องนี้ แต่มีความรู้ด้านฟิสิกส์ซึ่งเป็นรากฐานดั้งเดิม

เอเลน่า เฟโดโรวา

Gennady Brazhnik 23 เมษายน 2554
มองโลก เปิดตา... (มหากาพย์กรีกโบราณ)
จะสร้างแรงโน้มถ่วงเทียมได้อย่างไร?
การฉลองครบรอบ 50 ปีของการสำรวจอวกาศในปีนี้ ได้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพอันมหาศาลของสติปัญญาของมนุษย์ในเรื่องของการทำความเข้าใจจักรวาลโดยรอบ สถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) - สถานีโคจรที่มีมนุษย์ควบคุม - เป็นโครงการร่วมระหว่างประเทศที่เกี่ยวข้องกับ 23 ประเทศ
พิสูจน์ให้เห็นถึงความสนใจของโครงการระดับชาติในการพัฒนาพื้นที่รอบนอกทั้งใกล้และไกล สิ่งนี้ใช้กับทั้งด้านวิทยาศาสตร์และด้านเทคนิคและเชิงพาณิชย์ของปัญหาที่อยู่ระหว่างการพิจารณา ในขณะเดียวกัน ประเด็นหลักที่ขวางทางการสำรวจมวลของอวกาศก็คือปัญหาของสภาวะไร้น้ำหนักหรือการไม่มีแรงโน้มถ่วงบนวัตถุอวกาศที่มีอยู่ "แรงโน้มถ่วง (ความโน้มถ่วงสากล, ความโน้มถ่วง) เป็นปฏิสัมพันธ์พื้นฐานที่เป็นสากลระหว่างมวลสารทั้งหมด ในการประมาณความเร็วต่ำและอันตรกิริยาของความโน้มถ่วงอย่างอ่อน อธิบายโดยทฤษฎีความโน้มถ่วงของนิวตัน ในกรณีทั่วไป อธิบายโดยทฤษฎีทั่วไปของไอน์สไตน์เรื่อง ทฤษฎีสัมพัทธภาพ" - วิทยาศาสตร์สมัยใหม่ให้คำนิยามดังกล่าวแก่ปรากฏการณ์นี้ ลักษณะของแรงโน้มถ่วงยังไม่ชัดเจน การพัฒนาทางทฤษฎีภายใต้กรอบของทฤษฎีความโน้มถ่วงต่างๆ ไม่พบการยืนยันจากการทดลอง ซึ่งเสนอให้เห็นถึงการอนุมัติก่อนกำหนดของกระบวนทัศน์ทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับธรรมชาติของอันตรกิริยาความโน้มถ่วงซึ่งเป็นหนึ่งในอันตรกิริยาพื้นฐานสี่ประการ ตามทฤษฎีความโน้มถ่วงของนิวตัน แรงโน้มถ่วงของโลกถูกกำหนดโดยนิพจน์ F=m x g โดยที่ m คือมวลของร่างกาย และ g คือความเร่งของการตกอย่างอิสระ "ความเร่งของการตกอย่างอิสระ g คือความเร่งที่ให้แก่วัตถุในสุญญากาศโดยแรงโน้มถ่วง นั่นคือผลรวมทางเรขาคณิตของแรงดึงดูดของดาวเคราะห์ (หรือวัตถุทางดาราศาสตร์อื่นๆ) และแรงเฉื่อยที่เกิดจากการหมุนรอบตัวเอง กฎข้อที่สองของนิวตัน ความเร่งของการตกอย่างอิสระจะเท่ากับแรงโน้มถ่วงของมวลหน่วยที่กระทำต่อวัตถุ ค่าของความเร่งของแรงโน้มถ่วงของโลกมักจะมีค่าเท่ากับ 9.8 หรือ 10 m/s╡ มาตรฐาน ( "ปกติ") ค่าที่ใช้ในการสร้างระบบของหน่วยคือ g = 9.80665 m/s╡ และในการคำนวณทางเทคนิค g = 9.81 m/s╡ มักจะใช้ ค่าของ g ถูกกำหนดให้เป็น "ค่าเฉลี่ย" ในแง่ของความเร่งของการตกอย่างอิสระบนโลก ซึ่งประมาณเท่ากับความเร่งของการตกอย่างอิสระที่ละติจูด 45.5° ที่ระดับน้ำทะเล ความเร่งที่แท้จริงของการตกอย่างอิสระบน พื้นผิวโลกขึ้นอยู่กับละติจูด เวลาของวัน และปัจจัยอื่นๆ โดยแปรผันจาก 9.780 m/s╡ ที่เส้นศูนย์สูตรไปจนถึง 9.832 m/s╡ ที่ขั้วโลก" ความไม่แน่นอนทางวิทยาศาสตร์นี้ยังทำให้เกิดคำถามมากมายเกี่ยวกับค่าคงที่แรงโน้มถ่วงในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป มันคงที่มากไหมถ้าภายใต้สภาวะแรงโน้มถ่วงเรามีพารามิเตอร์มากมาย ข้อโต้แย้งหลักของทฤษฎีความโน้มถ่วงเกือบทั้งหมดมีดังต่อไปนี้: "ความเร่งของการตกอย่างอิสระประกอบด้วยคำศัพท์สองคำ: ความเร่งจากแรงโน้มถ่วงและความเร่งสู่ศูนย์กลาง ความแตกต่างเกิดจาก: ความเร่งสู่ศูนย์กลางในกรอบอ้างอิงที่เกี่ยวข้องกับการหมุนของโลก; ความไม่ถูกต้องของ สูตรเนื่องจากมวลของดาวเคราะห์กระจายอยู่เหนือปริมาตรที่มีรูปทรงเรขาคณิตที่แตกต่างจากลูกบอลในอุดมคติ (geoid) ความแตกต่างของโลกซึ่งใช้ในการค้นหาแร่ธาตุด้วยความผิดปกติของแรงโน้มถ่วง เมื่อมองแวบแรก สิ่งเหล่านี้เป็นข้อโต้แย้งที่น่าเชื่อถือทีเดียว เมื่อตรวจสอบอย่างใกล้ชิด จะเห็นได้ชัดว่าข้อโต้แย้งเหล่านี้ไม่ได้อธิบายลักษณะทางกายภาพของปรากฏการณ์ ในกรอบอ้างอิงของโลกที่เกี่ยวข้องกับความเร่งสู่ศูนย์กลางในแต่ละจุดทางภูมิศาสตร์ล้วนเป็นส่วนประกอบของการวัดความเร่งของแรงโน้มถ่วง ดังนั้น ทั้งวัตถุที่ใช้ในการวัดและอุปกรณ์ที่วัดได้จึงอยู่ภายใต้อิทธิพลเดียวกัน รวมถึงมวลที่กระจายตัวของโลก และความผิดปกติของแรงโน้มถ่วง ดังนั้นผลการวัดควรคงที่ แต่จะไม่เกิดขึ้น นอกจากนี้ ความไม่แน่นอนของสถานการณ์ยังเกิดจากค่าที่คำนวณได้ทางทฤษฎีของการเร่งความเร็วการตกอย่างอิสระที่ระดับความสูงของเที่ยวบิน ISS - g=8.8 m/s(2) ค่าที่แท้จริงของแรงโน้มถ่วงเฉพาะที่บนสถานีอวกาศนานาชาตินั้นถูกกำหนดภายใน 10(−3)...10(−1) g ซึ่งกำหนดสภาวะไร้น้ำหนัก แถลงการณ์ที่ว่าสถานีอวกาศนานาชาติกำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วจักรวาลแรกและอยู่ในสภาพตกอย่างอิสระก็ดูเหมือนจะไม่น่าเชื่อถือเช่นกัน แล้วดาวเทียมค้างฟ้าล่ะ? ด้วยค่า g ที่คำนวณได้ พวกมันน่าจะตกลงมายังโลกนานแล้ว นอกจากนี้ มวลของวัตถุใด ๆ สามารถกำหนดเป็นลักษณะเชิงปริมาณและคุณภาพของประจุไฟฟ้าของมันเอง การพิจารณาทั้งหมดเหล่านี้นำไปสู่ข้อสรุปว่าธรรมชาติของแรงโน้มถ่วงของโลกไม่ได้ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของมวลของวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์ แต่ถูกกำหนดโดยแรงคูลอมบ์ของปฏิสัมพันธ์ทางไฟฟ้าของสนามโน้มถ่วงของโลก หากเราบินในระดับการบินบนเครื่องบินที่ระดับความสูง 10 กิโลเมตร กฎของแรงโน้มถ่วงจะถูกเติมเต็มอย่างสมบูรณ์ แต่ในระหว่างการบินเดียวกันบนสถานีอวกาศนานาชาติที่ระดับความสูง 350 กม. แรงโน้มถ่วงจะขาดหายไปจริง ซึ่งหมายความว่าภายในความสูงเหล่านี้มีกลไกที่ทำให้สามารถกำหนดแรงโน้มถ่วงเป็นแรงปฏิสัมพันธ์ของวัตถุได้ และค่าของแรงนี้ถูกกำหนดโดยกฎของนิวตัน สำหรับคนที่มีน้ำหนัก 100 กก. แรงดึงดูดของโลกที่ระดับพื้นดิน ไม่รวมความดันบรรยากาศ ควรเป็น F = 100 x 9.8 = 980 N จากข้อมูลที่มีอยู่ ชั้นบรรยากาศของโลกเป็นโครงสร้างที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันทางไฟฟ้า ซึ่งชั้นบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์ถูกกำหนดโดยชั้นบรรยากาศ "ชั้นไอโอโนสเฟียร์ (หรือเทอร์โมสเฟียร์) เป็นส่วนหนึ่งของบรรยากาศชั้นบนของโลกที่แตกตัวเป็นไอออนอย่างรุนแรงเนื่องจากการได้รับรังสีคอสมิกที่มาจากดวงอาทิตย์เป็นหลัก ชั้นไอโอโนสเฟียร์ประกอบด้วยส่วนผสมของก๊าซของอะตอมและโมเลกุลที่เป็นกลาง (ส่วนใหญ่เป็นไนโตรเจน N2 และ ออกซิเจน O2) และพลาสมากึ่งกลาง ( จำนวนของอนุภาคที่มีประจุลบจะเท่ากับจำนวนของประจุบวกโดยประมาณเท่านั้น) ระดับของการแตกตัวเป็นไอออนมีความสำคัญอยู่แล้วที่ระดับความสูง 60 กิโลเมตร และเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ตามระยะทางจากโลก ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของอนุภาคที่มีประจุ N ชั้น D, E และ F นั้นแตกต่างกันในชั้นบรรยากาศรอบนอก D (60-90 กม.) ความเข้มข้นของอนุภาคที่มีประจุคือ Nสูงสุด ~ 10(2)-10(3) ซม.-3 - นี่ เป็นบริเวณที่มีการแตกตัวเป็นไอออนอย่างอ่อน ปัจจัยหลักในการแตกตัวเป็นไอออนของบริเวณนี้เกิดจากรังสีเอกซ์ของดวงอาทิตย์ นอกจากนี้ แหล่งกำเนิดไอออไนเซชันอย่างอ่อนเพิ่มเติมก็มีบทบาทเล็กน้อย เช่น อุกกาบาตที่เผาไหม้ที่ระดับความสูง 60-100 กม. จักรวาล รังสีรวมถึงอนุภาคพลังของแมกนีโตสเฟียร์ (ถูกนำเข้ามาในชั้นนี้ระหว่างสนามแม่เหล็ก พายุ). เลเยอร์ D ยังโดดเด่นด้วยระดับไอออไนเซชันที่ลดลงอย่างรวดเร็วในเวลากลางคืน เลเยอร์ E ภูมิภาค E (90–120 กม.) มีความหนาแน่นของพลาสมาสูงถึง N สูงสุด ~ 10(5) ซม.–3 ในชั้นนี้ ความเข้มข้นของอิเล็กตรอนที่เพิ่มขึ้นจะสังเกตได้ในเวลากลางวัน เนื่องจากแหล่งที่มาหลักของการแตกตัวเป็นไอออนคือรังสีดวงอาทิตย์ที่มีความยาวคลื่นสั้น ยิ่งกว่านั้น การรวมตัวกันของไอออนในชั้นนี้จะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว และในตอนกลางคืน ความหนาแน่นของไอออนอาจลดลงถึง 10 (3) ซม.–3. กระบวนการนี้ถูกต่อต้านโดยการแพร่กระจายของประจุไฟฟ้าจากบริเวณ F ที่สูงขึ้น ซึ่งมีความเข้มข้นของไอออนค่อนข้างสูง และจากแหล่งกำเนิดไอออไนเซชันในตอนกลางคืน (รังสีจีโอโคโรนาของดวงอาทิตย์ อุกกาบาต รังสีคอสมิก ฯลฯ) เป็นระยะ ๆ ที่ระดับความสูง 100-110 กม. ชั้น ES จะปรากฏขึ้น บางมาก (0.5-1 กม.) แต่หนาแน่น คุณสมบัติของชั้นย่อยนี้คืออิเล็กตรอนที่มีความเข้มข้นสูง (ne~10(5) cm–3) ซึ่งมีผลกระทบอย่างมากต่อการแพร่กระจายของคลื่นวิทยุขนาดกลางและแม้แต่คลื่นสั้นที่สะท้อนจากบริเวณชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์นี้ เลเยอร์ E เนื่องจากพาหะกระแสอิสระมีความเข้มข้นค่อนข้างสูง จึงมีบทบาทสำคัญในการแพร่กระจายของคลื่นขนาดกลางและสั้น เลเยอร์ F ภูมิภาค F เรียกว่าชั้นไอโอโนสเฟียร์ทั้งหมดเหนือ 130-140 กม. การก่อตัวของไอออนสูงสุดอยู่ที่ระดับความสูง 150–200 กม. ในเวลากลางวันยังสังเกตเห็นการก่อตัวของ "ขั้นตอน" ในการกระจายความหนาแน่นของอิเล็กตรอนซึ่งเกิดจากรังสีอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์ที่ทรงพลัง พื้นที่ของขั้นตอนนี้เรียกว่าพื้นที่ F1 (150-200 กม.) มีผลอย่างมากต่อการแพร่กระจายของคลื่นวิทยุสั้น ส่วนที่ซ้อนทับของชั้น F ถึง 400 กม. เรียกว่าชั้น F2 ที่นี่ความหนาแน่นของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าถึงค่าสูงสุด N ~ 10(5)–10(6) cm–3 ที่ระดับความสูงไอออนของออกซิเจนที่เบากว่า (ที่ระดับความสูง 400-1,000 กม.) และสูงกว่า - ไอออนของไฮโดรเจน (โปรตอน) และในปริมาณที่น้อย - ไอออนของฮีเลียม "ทฤษฎีสมัยใหม่สองประการของกระแสไฟฟ้าในบรรยากาศถูกสร้างขึ้นในช่วงกลางของ ศตวรรษที่ 20 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ Ch Wilson และนักวิทยาศาสตร์ชาวโซเวียต Ya. I. Frenkel ตามทฤษฎีของ Wilson โลกและชั้นไอโอโนสเฟียร์มีบทบาทเป็นแผ่นของตัวเก็บประจุซึ่งถูกประจุโดยเมฆฝนฟ้าคะนอง ความต่างศักย์ระหว่างแผ่นเปลือกโลกนำไปสู่ การปรากฏตัวของสนามไฟฟ้าในชั้นบรรยากาศ ตามทฤษฎีของ Frenkel สนามไฟฟ้าของชั้นบรรยากาศอธิบายได้ทั้งหมดโดยปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในโทรโพสเฟียร์ - โพลาไรเซชันของเมฆและการมีปฏิสัมพันธ์กับโลก มีบทบาทสำคัญในกระบวนการทางไฟฟ้าในชั้นบรรยากาศ การสรุปแนวคิดทางทฤษฎีเกี่ยวกับปฏิกิริยาทางไฟฟ้าในบรรยากาศเหล่านี้เป็นการสรุปเป็นนัยถึงการพิจารณาประเด็นแรงโน้มถ่วงของโลกจากมุมมองของไฟฟ้าสถิต จากข้อมูลทั่วไปข้างต้น ข้อเท็จจริงที่ทราบแล้วสามารถกำหนดค่าของปฏิสัมพันธ์ทางไฟฟ้าโน้มถ่วงของวัตถุวัสดุได้ภายใต้เงื่อนไขของการดึงดูดของโลก ในการทำเช่นนี้ ให้พิจารณาแบบจำลองต่อไปนี้ ร่างกายพลังงานวัตถุใดๆ ก็ตามที่อยู่ในสนามไฟฟ้าจะดำเนินการปฏิสัมพันธ์ของคูลอมบ์ ขึ้นอยู่กับการจัดระเบียบภายในของประจุไฟฟ้า มันจะถูกดึงดูดไปที่เสาไฟฟ้าต้นใดต้นหนึ่งหรืออยู่ในสภาวะสมดุลภายในสนามนี้ ระดับของประจุไฟฟ้าของร่างกายแต่ละคนถูกกำหนดโดยความเข้มข้นของอิเล็กตรอนอิสระ (สำหรับบุคคลคือความเข้มข้นของเซลล์เม็ดเลือดแดง) จากนั้นแบบจำลองของอันตรกิริยาโน้มถ่วงของแรงดึงดูดของโลกสามารถแสดงเป็นตัวเก็บประจุทรงกลมที่ประกอบด้วยทรงกลมกลวงที่มีศูนย์กลางสองอันซึ่งรัศมีถูกกำหนดโดยรัศมีของโลกและความสูงของชั้นไอโอโนสเฟียร์ F2 ในสนามไฟฟ้านี้มีบุคคลหรือวัตถุอื่น ประจุไฟฟ้าของพื้นผิวโลกเป็นลบ ส่วนบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์เป็นบวกเมื่อเทียบกับโลก ประจุไฟฟ้าของบุคคลที่เกี่ยวข้องกับพื้นผิวโลกเป็นบวก ดังนั้น แรงคูลอมบ์ของการปฏิสัมพันธ์บนพื้นผิวจะดึงดูดบุคคลมายังโลกเสมอ การปรากฏตัวของชั้นไอโอโนสเฟียร์หมายความว่าความจุรวมของตัวเก็บประจุดังกล่าวถูกกำหนดโดยความจุรวมของแต่ละชั้นเมื่อต่ออนุกรมกัน: 1/Ctot = 1/C(E)+1/C(F)+1/C( F2). เนื่องจากมีการคำนวณทางวิศวกรรมโดยประมาณ เราจะพิจารณาชั้นพลังงานไอโอโนสเฟียร์หลัก ซึ่งเราจะนำข้อมูลเริ่มต้นต่อไปนี้มาใช้: ชั้น E - ความสูง 100 กม., ชั้น F - ความสูง 200 กม., ชั้น F2 - ความสูง 400 กม. การพิจารณาชั้น D และชั้น Es ประปราย ซึ่งก่อตัวขึ้นในชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ระหว่างกิจกรรมสุริยะที่เพิ่มขึ้นหรือลดลง จะไม่นำมาพิจารณาเพื่อความเรียบง่าย บนมะเดื่อ 1 แสดงแผนภาพการกระจายของชั้นไอโอโนสเฟียร์ของชั้นบรรยากาศโลกและแผนภาพวงจรไฟฟ้าของกระบวนการที่กำลังพิจารณา
ในวงจรไฟฟ้าในรูปที่ 1.a จะแสดงการเชื่อมต่อแบบอนุกรมของตัวเก็บประจุสามตัวซึ่งใช้ Etot แรงดันคงที่ ตามกฎของไฟฟ้าสถิต การกระจายของประจุไฟฟ้าบนแผ่นของตัวเก็บประจุแต่ละตัว C1, C2 และ C3 จะแสดงตามเงื่อนไข +/- จากการกระจายของประจุไฟฟ้า ความแรงของสนามในพื้นที่เกิดขึ้นในเครือข่าย ทิศทางที่ตรงข้ามกับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ทั้งหมด ในส่วนเหล่านี้ของเครือข่าย การเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าจะดำเนินการในทิศทางตรงกันข้าม เมื่อเทียบกับ Etot รูปที่ 1.b แสดงไดอะแกรมของชั้นไอโอโนสเฟียร์ของชั้นบรรยากาศโลก ซึ่งอธิบายโดยวงจรไฟฟ้าของการเชื่อมต่อแบบอนุกรมของตัวเก็บประจุ แรงของคูลอมบ์อันตรกิริยาระหว่างชั้นไอโอโนสเฟียร์จะแสดงเป็น Fg ตามระดับความเข้มข้นของประจุไฟฟ้า ชั้นบนของบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์ F2 จะเป็นบวกทางไฟฟ้าเมื่อเทียบกับพื้นผิวโลก เนื่องจากอนุภาคลมสุริยะที่มีพลังงานจลน์ต่างกันทะลุทะลวงชั้นบรรยากาศทั้งหมด แรงรวมของปฏิสัมพันธ์คูลอมบ์ของแต่ละชั้นจะถูกกำหนดโดยผลรวมเวกเตอร์ของแรงโน้มถ่วงทั้งหมด Fgtot และแรงโน้มถ่วงของแต่ละบุคคล ชั้นไอโอโนสเฟียร์ สูตรการคำนวณความจุของตัวเก็บประจุทรงกลมคือ: C \u003d 4x (pi) x e (a) x r1xr2 / (r2-r1) โดยที่ C คือความจุของตัวเก็บประจุทรงกลม r1 คือรัศมีของทรงกลมชั้นใน เท่ากับผลรวมของรัศมีโลก 6371.0 กม. และความสูงของชั้นไอโอโนสเฟียร์ตอนล่าง r2 คือรัศมีของทรงกลมรอบนอก เท่ากับผลรวมของรัศมีของโลกและความสูงของชั้นไอโอโนสเฟียร์ตอนบน e(a)=e(0)x e คือการอนุญาตแบบสัมบูรณ์ โดยที่ e(0)=8.85x10(-12) fm, e ~ 1 จากนั้นค่าที่คำนวณแบบปัดเศษสำหรับความจุของแต่ละชั้นไอโอโนสเฟียร์จะมี ค่าต่อไปนี้: С (E)=47uF, C(F)=46uF, C(F2)=25uF ความจุรวมทั้งหมดของชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์โดยคำนึงถึงชั้นหลักจะอยู่ที่ประมาณ 12 μF ระยะห่างระหว่างชั้นไอโอโนสเฟียร์นั้นน้อยกว่ารัศมีของโลก ดังนั้นการคำนวณแรงคูลอมบ์ที่กระทำต่อประจุสามารถทำได้โดยใช้สูตรตัวเก็บประจุแบบแบน: Fg \u003d e (a) x A x U ( 2) / (2xd (2)) โดยที่ A คือแผ่นพื้นที่ (pi x (Rz + h) (2)); ยู - แรงดัน; d - ระยะห่างระหว่างชั้น e(a)=e(0)x e คือการอนุญาตสัมบูรณ์โดยที่ e(0)=8.85x10(-12) fm, e ~ 1 จากนั้นค่าที่คำนวณได้ของแรงปฏิสัมพันธ์ของคูลอมบ์ของแต่ละชั้นไอโอโนสเฟียร์ จะมีค่าดังต่อไปนี้: Fg (E) \u003d 58x10 (-9) x U (2); Fg (F) \u003d 59x10 (-9) x U (2); Fg (F1) \u003d 15x10 (-9) x U (2); Fgทั้งหมด \u003d 3.98x10 (-9) x U (2) ให้เรากำหนดค่าความเครียดในบรรยากาศสำหรับร่างกายที่มีน้ำหนัก 100 กก. สูตรการคำนวณจะมีลักษณะดังนี้: F=m x g= Fg(E) + Fggen แทนค่าที่ทราบลงในสูตรนี้ เราจะได้ค่า U= 126 KV ดังนั้น แรงของคูลอมบ์อันตรกิริยาของชั้นไอโอโนสเฟียร์จะถูกกำหนดโดยค่าต่อไปนี้: Fg(E)= 920n; Fg(F)= 936n; Fg(F1)= 238n; Fgtot = 63น. หลังจากคำนวณความเร่งของการตกอย่างอิสระของแต่ละชั้นไอโอโนสเฟียร์ใหม่ โดยพิจารณาจากอันตรกิริยาของนิวตัน เราจะได้ค่าต่อไปนี้: g(E)= +9.83 m/s(2); ก.(F)= -8.73 ม./วินาที(2); g(F1)= - 1.75 ม./วินาที(2) ควรสังเกตว่าค่าที่คำนวณได้เหล่านี้ไม่ได้คำนึงถึงพารามิเตอร์ที่เหมาะสมของบรรยากาศ ได้แก่ ความดันและความต้านทานของตัวกลาง เนื่องจากความเข้มข้นของโมเลกุลออกซิเจนและไนโตรเจนในแต่ละชั้นของชั้นไอโอโนสเฟียร์ จากการคำนวณทางวิศวกรรมโดยประมาณ ค่าที่ได้ g(F1)= -1.75 m/s(2) อยู่ในข้อตกลงที่ดีกับค่าที่แท้จริงของแรงโน้มถ่วงท้องถิ่นบน ISS - 10(−3)...10( −1) ก. ความแตกต่างในผลลัพธ์เกิดจากข้อเท็จจริงที่ว่าสมดุลของแรงบิดที่ใช้ในการวัดความเร่งโน้มถ่วงไม่ได้รับการปรับเทียบกับค่าลบ - วิทยาศาสตร์สมัยใหม่ไม่ได้ถือว่าสิ่งนี้ ในการสร้างแรงโน้มถ่วงเทียมต้องปฏิบัติตามเงื่อนไขสองประการ เพื่อสร้างระบบแยกทางไฟฟ้าตามข้อกำหนดของทฤษฎีบทเกาส์ กล่าวคือ เพื่อให้แน่ใจว่าเวกเตอร์ความแรงของสนามไฟฟ้าหมุนเวียนในทรงกลมปิด และเพื่อให้ภายในทรงกลมนี้มีความแรงของสนามไฟฟ้าที่จำเป็นในการสร้างแรงอันตรกิริยาคูลอมบ์ของ 1,000 น. การคำนวณความแรงของสนามสามารถทำได้ตามสูตร: F= e(a) x A x E(2) /2 โดยที่ A คือพื้นที่ของแผ่น E - ความแรงของสนามไฟฟ้า e (a) \u003d e (0) x e - การอนุญาตสัมบูรณ์โดยที่ e (0) \u003d 8.85x10 (-12) fm, e ~ 1 แทนข้อมูลลงในสูตรสำหรับ 10 ตร.ม. เราได้ค่า ของความแรงของสนามไฟฟ้า เท่ากับ E \u003d 4.75 x 10 (6) V / m. หากความสูงของห้องอยู่ที่ 3 เมตร เพื่อให้แน่ใจว่าแรงดึงที่คำนวณได้จำเป็นต้องใช้แรงดันไฟฟ้าคงที่กับเพดานพื้นด้วยค่า U \u003d E x d \u003d 14.25 MV ด้วยความแรงของกระแส 1 A จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าความต้านทานของแผ่นของตัวเก็บประจุดังกล่าวมีค่า 14.25 MΩ โดยการเปลี่ยนขนาดของแรงดันไฟฟ้า คุณจะได้พารามิเตอร์แรงโน้มถ่วงที่แตกต่างกัน ลำดับของค่าที่คำนวณได้แสดงให้เห็นว่าการพัฒนาระบบแรงโน้มถ่วงเทียมเป็นของจริง ชาวกรีกโบราณพูดถูก: "ลืมตาดูโลก ... " สามารถให้คำตอบดังกล่าวได้ในโอกาสธรรมชาติของแรงโน้มถ่วงของโลกเท่านั้น เป็นเวลากว่า 200 ปีแล้วที่มนุษยชาติได้ศึกษากฎของไฟฟ้าสถิตอย่างแข็งขัน รวมถึงกฎของคูลอมบ์และทฤษฎีบทของเกาส์ สูตรของตัวเก็บประจุทรงกลมนั้นได้รับการฝึกฝนมาเป็นเวลานาน มันยังคงเป็นเพียงการเปิดตาของคุณสู่โลกรอบตัวคุณและเริ่มใช้มันเพื่ออธิบายสิ่งที่ดูเหมือนเป็นไปไม่ได้ แต่เมื่อเราทุกคนเข้าใจว่าแรงโน้มถ่วงเทียมนั้นมีอยู่จริง ปัญหาของการใช้เที่ยวบินอวกาศในเชิงพาณิชย์จะมีความเกี่ยวข้องและจะโปร่งใสสำหรับความเข้าใจ
มอสโก เมษายน 2554 Brazhnik G.N.