Привет от Циолковского: как искусственная гравитация осваивает космос. Алексей Леонов: На МКС необходима искусственная гравитация Есть ли в космосе сила притяжения

На Международной космической станции (МКС) появится модуль с центрифугой, создающей искусственную гравитацию, сообщили в Институте медико-биологических проблем Российской академии наук (ИМБП РАН).

"Мы воссоздали центрифугу малого радиуса. Была показана перспективность этого метода для моделирования искусственной гравитации… Центрифуга малого радиуса служит для создания искусственной гравитации на трансформируемом модуле, разрабатываемом в настоящее время РКК "Энергия", - сказал директор ИМБП Олег Орлов.

Роскосмос уже дал поручение "Энергии" на реализацию этого проекта, добавил он. "Надеемся на нашей базе сделать макет центрифуги, его отработать, чтобы затем его создать на базе трансформируемого модуля", – заявил Орлов. Такую центрифугу установят на надувном модуле, который сейчас разрабатывается в России по типу американского BEAM (Bigelow Expandable Activity Module) , пристыковавшегося к МКС в апреле.

Видео работы экспериментального образца центрифуги короткого радиуса:

"Еще Циолковский считал, что если будет сделана искусственная гравитация, то многие проблемы медицинского сопровождения космических полетов будут решены. В ИМБП РАН, где на сегодняшний день создана лучшая в мире система профилактики для космонавтов, основанная на физических тренировках, мы давно начали прорабатывать и новое направление – искусственную гравитацию. При коротких орбитальных полетах она была не столь востребована, – космонавтам хватало для тренировок мышц и костного каркаса обычной беговой дорожки, велоэргометра... Теперь же, когда появились планы по освоению дальнего космоса, создание искусственной гравитации стало актуальной задачей. Она может существенно дополнить, а то и вовсе заменить для космонавтов изматывающие физические тренировки на борту в течение годового, а может, еще более длительного полета.

Первая серия исследований, в которых принимал участие Олег Орлов, была направлена на то, чтобы выяснить, какая вращающая система более комфортна для человека. Для этого была создана даже специальная крутящаяся комната.

"Вот мы сидим в комнате, она крутится, – вспоминает Орлов. – До какого-то момента нам хорошо, но потом нам не хочется не только выполнять какие-то действия, но даже разговаривать. О приеме пищи и речи идти не может, – такое сильное начинается головокружение. В итоге подобных экспериментов, подбирая разные скорости, мы выработали допустимые требования к таким системам. К примеру, знаем теперь, что самой оптимальной скоростью вращения такой комнаты будет 6 оборотов минуту. К 9-ти оборотам уже не всякий адаптируется, при 12-ти – практически каждый ломается. Эти испытания пока отложены, – у нас нет задачи создания вращающегося космического корабля. Но при необходимости мы можем исследования возобновить.

Наиболее реалистичным, по словам Орлова, для реализации уже на Международной космической станции оказался второй вариант искусственной гравитации, создаваемой центрифугой короткого радиуса. Человек может пользоваться ею периодически, например 2 часа в день или ночью крутиться в ней во время сна. Время вращения будет подбираться индивидуально в зависимости от длительности космического полета, особенностей организма и так далее. Вращаясь в камере, космонавт будет испытывать те же воздействия, что и на Земле, в обычных гравитационных условиях. Этого должно хватить, чтобы компенсировать часть неблагоприятных влияний.

Кстати, искусственная гравитация нужна не только в космосе, но и на Земле. Пребывание в условиях повышенной гравитации, когда создается сила тяжести больше, чем на на нашей планете, оказывает пользу при лечении сосудов нижних конечностей, ускоряет регенерацию костных тканей при переломах, есть эффективность и при вариантах гипертонической болезни".

Как Вы думаете почему космонавты в космосе испытывают состояние невесомости? Есть большая вероятность что ответите не правильно.

На вопрос, почему предметы и космонавты в условиях космического корабля предстают в состоянии невесомости, многие люди дают такой ответ:

1. В космосе отсутствует сила тяжести, поэтому они ничего не весят.
2. Космос — это вакуум, а в вакууме нет силы тяжести.
3. Космонавты находятся слишком далеко от поверхности Земли, чтобы на них могла действовать сила её притяжения.

Все эти ответы неверны!

Главное, что нужно понимать это то, что в космосе ЕСТЬ сила тяжести. Это довольно распространенное ошибочное представление. Что удерживает Луну на её орбите вокруг Земли? Сила тяжести. Что удерживает Землю на орбите вокруг Солнца? Сила тяжести. Что не позволяет галактикам разлетаться в разные стороны? Сила тяжести.

Сила тяжести существует в космосе везде!

Если бы вы построили на Земле вышку высотой 370 км (230 миль), приблизительно как высота орбиты космической станции, то сила тяжести, действующая на вас наверху вышки, была бы почти такой же, как и на поверхности земли. Если бы вы решились сделать шаг с вышки, вы бы устремились к Земле точно так же, как это собирается сделать чуть позже в этом году Феликс Баумгартнер (Felix Baumgartner), когда предпримет попытку совершить прыжок с края космоса. (Конечно, при этом мы не учитываем низкие температуры, которые мгновенно начнут вас замораживать, или как отсутствие воздуха или аэродинамического сопротивления будет убивать вас, а падение сквозь слои атмосферного воздуха заставит все части вашего тела испытать на собственном опыте, что такое «содрать три шкуры». И к тому же, внезапная остановка также причинит вам массу неудобств).

Да, так почему же космическая орбитальная станция или спутники, находящиеся на орбите, не падают на Землю, и почему космонавты и окружающие их предметы внутри международной космической станции (МКС) или любого другого космического корабля кажутся плавающими?

Оказывается, все дело в скорости!

Космонавты, сама международная космическая станция (МКС) и другие объекты, находящиеся на земной орбите, не плавают, — на самом деле, они падают. Но они не падают на Землю из-за своей огромной орбитальной скорости. Вместо этого они «падают вокруг» Земли. Объекты на земной орбите должны двигаться со скоростью, по меньшей мере, 28,160 км/ч (17,500 миль в час). Поэтому, как только они ускоряются относительно Земли, сила притяжения Земли сразу же изгибает и уводит траекторию их движения вниз, и они никогда не преодолеют этот минимум сближения с Землей. Поскольку космонавты имеют такое же ускорение, как и космическая станция, они испытывают состояние невесомости.

Случается, что мы тоже можем испытать это состояние — кратковременно — на Земле, в момент падения. Приходилось ли вам бывать на аттракционе «американские горки», когда сразу после прохождения наивысшей точки («вершины горки»), когда тележка уже начинает катиться вниз, ваше тело поднимает c сидения? Если бы вы находились в лифте на высоте стоэтажного небоскреба, и произошел обрыв троса, то пока лифт падал, вы бы парили в невесомости в кабине лифта. Конечно, в этом случае финал оказался бы намного драматичнее.

И потом, вы, вероятно, слышали об аэроплане, обеспечивающем состояние невесомости («Vomit Comet») — аэроплан KC 135, который НАСА использует для создания кратковременных состояний невесомости, для тренировок космонавтов и проверки экспериментов или оборудования в условиях невесомости (zero-G), а также для осуществления коммерческих полетов в невесомости, когда самолет летит по параболической траектории, как в аттракционе «американские горки» (но с большими скоростями и на больших высотах), проходит через вершину параболы и устремляется вниз, то в момент падения самолета создаются условия невесомости. К счастью, самолет выходит из пикирования и выравнивается.

Однако, давайте вернемся к нашей вышке. Если бы вместо обыкновенного шага с вышки вы совершили прыжок с разбега, ваша энергия, направленная вперед, отнесла бы вас далеко от вышки, вместе с тем, сила тяжести снесла бы вас вниз. Вместо того, чтобы приземлиться у основания вышки, вы бы приземлились на расстоянии от неё. Если бы при разбеге вы увеличили скорость, вы смогли бы прыгнуть дальше от вышки, прежде чем достигли бы земли. Ну, а если бы вы могли бегать так же быстро, как движется по орбите вокруг Земли космический корабль многоразового использования и МКС, со скоростью 28,160 км/ч (17,500 миль в час), то дуговая траектория вашего прыжка сделала бы круг вокруг Земли. Вы бы находились на орбите и испытывали состояние невесомости. Но вы бы падали, не достигая поверхности Земли. Правда, скафандр и запасы воздуха, пригодного для дыхания, вам все же понадобились бы. А если бы вы могли бегать со скоростью примерно 40,555 км/ч (25,200 миль в час), вы бы выпрыгнули сразу за пределы Земли и начали вращаться вокруг Солнца.

"США не смогут обойтись без России в космосе"

На разрабатываемом в России новом модуле МКС будет установлена центрифуга для создания искусственной . "Мы воссоздали центрифугу малого радиуса. Была показана перспективность этого метода для моделирования искусственной гравитации. Данная центрифуга служит для создания искусственной гравитации на трансформируемом модуле, разрабатываемом в настоящее время РКК "Энергия", — сообщил журналистам директор Института медико-биологических проблем РАН Олег Орлов.

Мнением по этому поводу с сайт поделился космонавт, первый человек, вышедший в открытый космос (18 марта 1965 года), дважды Герой Советского Союза Алексей Леонов.

— Какие проблемы создает невесомость, и не пропадет ли вместе с ней космическая романтика? Почему с невесомостью нужно бороться?

— Самое страшное, что ожидает человека, попавшего на просторы космоса, это как раз невесомость. Человек, пролетавший месяц в невесомости, если не будет специально готовиться к спуску, просто погибнет при возвращении на землю.

После первого полета длительностью 18 суток Виталий Севастьянов и Андриян Николаев вернулись и не могли стоять. Более того, костная ткань стала мягкой. Как рассказывал Виталий, ноги превратились в "рыбьи хвосты", они гнулись!

Весь человеческий организм, сколько он существует, рассчитан на эксплуатацию в земной гравитационной постоянной. И если убрать гравитацию, организм не понятно, как себя будет вести, начиная от вестибулярного аппарата, и заканчивая сердечно-сосудистой системой, костно-мышечной тканью. Поэтому каждый день космонавты вынуждены тратить много времени на занятия на тренажерах типа трек-бана, лодки, постоянно ходить в нагрузочном костюме, который держит мышцы в тонусе.

Вспомним последний полет Корниенко — год пролетали, вернулись и своими ногами пошли. А Николаев и Севастьянов после 18 суток стоять не могли. Руки шлемофон не держали, такие ослабшие были.

Юра Романенко пролетал год, в космосе занимался физическими упражнениями, выполнял все рекомендации. В результате через год, когда он вернулся, оказалось, что его физическое состояние, которое объективно оценивается с помощью исследований костно-мышечной ткани, стало лучше, чем до полета.

Чтобы чувствовать себя комфортно, надо находиться на борту гигантского комплекса, где за счет вращения создана искусственная гравитация, минимум на 1,5g или 1g (земная составляет 9,8g), чтобы человек мог передвигаться собственными ногами, а не "плыть". Технические возможности позволяют это делать.

У данной центрифуги обязательно должно быть плечо, кресло, где будет сидеть человек. Для вращения необходимо 3 метра минимум, итого диаметр 6 метров. Для этого должна быть совершенно другая конструкция космической станции. Это гигантское колесо, диаметром метров 200, у которого по периферии находятся различные рабочие помещения. Колесо, как от телеги, посередине — втулка, в которую входит ось. Вот гравитация у этой втулки — нулевая, там полностью невесомость. Это место, куда может прилететь корабль, какой-то транспорт, что угодно. А идти потом по спицам на периферию. Надо создать минимум 0,2g, чтобы образовалось зеркало жидкости. А это можно сделать только лишь при перегрузке. Уже 0,1g достаточно, чтобы человек мог ходить там вниз головой, как угодно.

Если мы хотим иметь на орбите малые расходы и при этом создать комфортные условия, надо создавать такую станцию, торовую конструкцию, на которой можно находиться сколько угодно времени, и год, и два.

За подробностями сайт также обратилась к научному сотруднику Института медико-биологических проблем (ИМБП) РАН Александру Смолеевскому.

— В нашем обывательском понимании центрифуга — это достаточно большое сооружение. На МКС есть место, чтобы разместить такое?

— Речь идет о центрифуге короткого радиуса. То есть, это не та большая центрифуга, которую обычно показывают, это более компактный вариант. Технология может рассматриваться, как новое средство профилактики длительного воздействия невесомости на организм, на мышцы и костный аппарат. Искусственная гравитация может эти неприятные эффекты компенсировать без трудоемких физических тренировок.

— Это тренажер или более масштабное явление?

— Это именно центрифуга, которая позволяет в пассивном варианте компенсировать негативное влияние невесомости. Тренажер все-таки подразумевает активное участие человека, напряжение мышц, волевые усилия. Таковы как раз те тренажеры, которые сейчас находятся на МКС. А это средство более удобное для профилактики.

О конструкции центрифуги сайт дал уточнения пресс-секретарь Института медико-биологических проблем (ИМБП) РАН Олег Волошин:

— Центрифуга короткого радиуса имеет принципиальные отличия от обычной центрифуги. У обычной, на которой на Земле обычно тренируются космонавты, человек находится на дальнем плече и вращается как бы целиком, если так можно выразиться.

Центрифуга короткого радиуса поэтому так и называется, что имеет всего около 2,5 метра плечо, но человек там размещается, голова его находится практически около центральной оси, а ноги — на дистальном конце. Это принципиальное отличие.

Такая центрифуга вращается с меньшей скоростью, чем центрифуга ЦПК, и у нее совсем другие задачи. То есть если центрифуга большая, классическая, она рассчитана на то, чтобы научить человека сопротивляться перегрузкам. Эта центрифуга короткого радиуса решает задачу другого плана.

То есть принципиальное отличие заключается в том, что человек там лежит головой к центру оси вращения, а ноги находятся на дальнем конце. Это делается не для тренировок космонавта при перегрузке, а для того, чтобы дать хоть какую-то нагрузку, гравитацию. Предполагается, что космонавт будет находиться там сколько-то минут в день. Это как нагрузочный костюм Чибиса — космонавт надевает его на какое-то время, работает и выполняет процедуры, связанные с необходимыми физиологическими воздействиями. Так же человек будет работать и на центрифуге короткого радиуса.

Наземный вариант, который у нас стоит, решает задачу определить правильные циклы, как это делать и в каком режиме лучше работать.

— Когда разработка появится на МКС?

— Пока не понятно, есть задание, но сроки я не могу сказать. Любой тренажер занимает некое пространство, и когда планируется объем станции, то, естественно, тренажер ставится на какой-то отведенный участок, а центрифуга — достаточно громоздкий объект. Сильно сомневаюсь, что ее можно будет поставить на уже летающем модуле. Его предстоит собрать на Земле вместе с центрифугой. И соответственно уже в самом модуле должно быть отведено пространство.

Представьте себе детские качели шириной около 5 метров. Центр оси как бы посередине вот этих качелей. Вот примерно такая конструкция у центрифуги. Она занимает достаточно большую комнату, порядка 8 метров. Нужно место для воздуха, ведь когда она вращается, то будет перемешивать воздух.

Даже человек, не интересующийся космосом, хоть раз видел фильм о космических путешествиях или читал о таких вещах в книгах. Практически во всех подобных произведениях люди ходят по кораблю, нормально спят, не испытывают проблем с приемом пищи. Это означает, что на этих - выдуманных - кораблях имеется искусственная гравитация. Большинство зрителей воспринимает это как нечто совершенно естественное, а ведь это совсем не так.

Искусственная гравитация

Так называют изменение (в любую сторону) привычной для нас гравитации путем применения различных способов. И делается это не только в фантастических произведениях, но и во вполне реальных земных ситуациях, чаще всего, для экспериментов.

В теории создание искусственной гравитации выглядит не так сложно. К примеру, воссоздать ее можно при помощи инерции, точнее, Потребность в этой силе возникла не вчера - произошло это сразу, как только человек начал мечтать о длительных космических перелетах. Создание искусственной гравитации в космосе даст возможность избежать множества проблем, возникающих при продолжительном нахождении в невесомости. У космонавтов слабеют мускулы, кости становятся менее прочными. Путешествуя в таких условиях месяцы, можно получить атрофию некоторых мышц.

Таким образом, на сегодняшний день создание искусственной гравитации - задача первостепенной важности, без этого умения просто невозможно.

Матчасть

Даже те, кто знают физику лишь на уровне школьной программы, понимают, что гравитация - один из фундаментальных законов нашего мира: все тела взаимодействуют друг с другом, испытывая взаимное притяжение/отталкивание. Чем больше тело, тем выше его сила притяжения.

Земля для нашей реальности - объект очень массивный. Именно поэтому все без исключения тела вокруг к ней притягиваются.

Для нас это означает которое принято измерять в g, равное 9.8 метра за квадратную секунду. Это значит, что если бы под ногами у нас не было опоры, мы бы падали со скоростью, ежесекундно увеличивающейся на 9.8 метра.

Таким образом, только благодаря гравитации мы способны стоять, падать, нормально есть и пить, понимать, где находится верх, где низ. Если притяжение исчезнет - мы окажемся в невесомости.

Особенно хорошо знакомы с этим феноменом космонавты, оказывающиеся в космосе в состоянии парения - свободного падения.

Теоретически ученые знают, как создать искусственную гравитацию. Существует несколько методик.

Большая масса

Самый логичный вариант - сделать настолько большим, чтобы на нем возникала искусственная гравитация. На корабле можно будет чувствовать себя комфортно, поскольку не будет потеряна ориентация в пространстве.

К сожалению, этот способ при современном развитии технологий нереален. Чтобы соорудить такой объект, требуется слишком много ресурсов. Кроме того, для его подъема потребуется невероятное количество энергии.

Ускорение

Казалось бы, если требуется достичь g, равного земному, нужно всего лишь придать кораблю плоскую (платформообразную) форму, и заставить его двигаться по перпендикуляру к плоскости с нужным ускорением. Таким путем будет получена искусственная гравитация, причем - идеальная.

Однако в реальности все гораздо сложнее.

В первую очередь стоит учесть топливный вопрос. Для того чтобы станция постоянно ускорялась, необходимо иметь бесперебойный источник питания. Даже если внезапно появится двигатель, не выбрасывающий материю, закон сохранения энергии останется в силе.

Вторая проблема заключается в самой идее постоянного ускорения. Согласно нашим знаниям и физическим законам, невозможно ускоряться до бесконечности.

Кроме того, такой транспорт не подходит для исследовательских миссий, поскольку он должен постоянно ускоряться - лететь. Он не сможет остановиться для изучения планеты, он даже медленно пролететь вокруг нее не сможет - надо ускоряться.

Таким образом, становится ясно, что и такая искусственная гравитация нам пока недоступна.

Карусель

Каждый знает, как вращение карусели воздействует на тело. Поэтому устройство искусственной гравитации по этому принципу кажется наиболее реальным.

Все, что находится в диаметре карусели, стремится выпасть из нее со скоростью, примерно равной скорости вращения. Выходит, что на тела действует сила, направленная вдоль радиуса вращающегося объекта. Это очень похоже на гравитацию.

Итак, требуется корабль, имеющий цилиндрическую форму. При этом он должен вращаться вокруг своей оси. Между прочим, искусственная гравитация на космическом корабле, созданная по этому принципу, достаточно часто демонстрируется в научно-фантастических фильмах.

Бочкообразный корабль, вращаясь вокруг продольной оси, создает центробежную силу, направление которой соответствует радиусу объекта. Чтобы вычислить получаемое ускорение, требуется разделить силу на массу.

В этой формуле результат расчетов - ускорение, первая переменная - узловая скорость (измеряется в количестве радиан в секунду), вторая - радиус.

Согласно этому, для получения привычной нам g, необходимо грамотно сочетать и радиус космического транспорта.

Подобная проблема освещена в таких фильмах, как «Интерсолах», «Вавилон 5», «2001 год: Космическая одиссея» и подобных им. Во всех этих случаях искусственная гравитация приближена к земному ускорению свободного падения.

Как бы ни была хороша идея, реализовать ее достаточно сложно.

Проблемы метода «карусель»

Самая очевидная проблема освещена в «Космической одиссее». Радиус «космического перевозчика» составляет порядка 8 метров. Для того чтобы получить ускорение в 9.8, вращение должно происходить со скоростью, примерно, 10.5 оборота ежеминутно.

При указанных величинах проявляется «эффект Кориолиса», который заключается в том, что на различном удалении от пола действует разная сила. Она напрямую зависит от угловой скорости.

Выходит, искусственная гравитация в космосе создана будет, однако слишком быстрое вращение корпуса приведет к проблемам с внутренним ухом. Это, в свою очередь, вызывает нарушения равновесия, проблемы с вестибулярным аппаратом и прочие - аналогичные - трудности.

Возникновение этой преграды говорит о том, что подобная модель крайне неудачная.

Можно попробовать пойти от обратного, как поступили в романе «Мир-Кольцо». Тут корабль выполнен в форме кольца, радиус которого приближен к радиусу нашей орбиты (порядка 150 млн км). При таком размере скорости его вращения вполне достаточно, чтобы игнорировать эффект Кориолиса.

Можно предположить, что проблема решена, однако это совсем не так. Дело в том, что полный оборот этой конструкции вокруг своей оси занимает 9 дней. Это дает возможность предположить, что нагрузки окажутся слишком велики. Для того чтобы конструкция их выдержала, необходим очень крепкий материал, которым на сегодняшний день мы не располагаем. Кроме того, проблемой является количество материала и непосредственно процесс постройки.

В играх подобной тематики, как и в фильме «Вавилон 5», эти проблемы каким-то образом решены: вполне достаточна скорость вращения, эффект Кориолиса не существенен, гипотетически создать такой корабль возможно.

Однако даже такие миры имеют недостаток. Зовут его - момент импульса.

Корабль, вращаясь вокруг оси, превращается в огромный гироскоп. Как известно, заставить гироскоп отклониться от оси крайне сложно благодаря Важно, чтобы его количество не покидало систему. Это означает, что задать направление этому объекту будет очень сложно. Однако такую проблему решить можно.

Решение проблемы

Искусственная гравитация на космической станции становится доступной, когда на помощь приходит «цилиндр О’Нила». Для создания этой конструкции необходимы одинаковые цилиндрические корабли, которые соединяют вдоль оси. Вращаться они должны в разные стороны. Результатом такой сборки является нулевой момент импульса, поэтому не должно возникнуть трудностей с приданием кораблю необходимого направления.

Если возможно сделать корабль радиусом порядка 500 метров, то он будет работать именно так, как и должен. При этом искусственная гравитация в космосе будет вполне комфортной и пригодной для длительных перелетов на кораблях или исследовательских станциях.

Space Engineers

Как создать искусственную гравитацию, известно создателям игры. Впрочем, в этом фантастическом мире гравитация - это не взаимное притяжение тел, но линейная сила, призванная ускорить предметы в заданном направлении. Притяжение тут не абсолютно, оно изменяется при перенаправлении источника.

Искусственная гравитация на космической станции создается путем использования специального генератора. Она равномерна и равнонаправленна в зоне действия генератора. Так, в реальном мире, попав под корабль, в котором установлен генератор, вы бы были притянуты к корпусу. Однако в игре герой будет падать до тех пор, пока не покинет периметр действия устройства.

На сегодняшний день искусственная гравитация в космосе, созданная таким устройством, для человечества недоступна. Однако даже убеленные сединами разработчики не перестают мечтать о ней.

Сферический генератор

Это более реалистичный вариант оборудования. При его установке гравитация имеет направление к генератору. Это дает возможность создать станцию, гравитация которой будет равна планетарной.

Центрифуга

Сегодня искусственная гравитация на Земле встречается в различных устройствах. Основаны они, большей частью, на инерции, поскольку эта сила ощущается нами аналогично гравитационному воздействию - организм не различает, какая причина вызывает ускорение. Как пример: человек, поднимающийся в лифте, испытывает на себе воздействие инерции. Глазами физика: подъем лифта добавляет к ускорению свободного падения ускорение кабины. При возвращении кабины к размеренному движению «прибавка» в весе исчезает, возвращая привычные ощущения.

Ученых давно интересует искусственная гравитация. Центрифуга используется для этих целей чаще всего. Этот метод подходит не только для космических кораблей, но и для наземных станций, в которых требуется изучать воздействие гравитации на человеческий организм.

Изучить на Земле, применять в…

Хотя изучение гравитации началось из космоса, это очень земная наука. Даже на сегодняшний день достижения в этой сфере нашли свое применение, например, в медицине. Зная, возможно ли создать искусственную гравитацию на планете, можно использовать ее для лечения проблем с двигательным аппаратом или нервной системы. Более того, изучением этой силы занимаются прежде всего на Земле. Это дает возможность космонавтам проводить эксперименты, оставаясь под пристальным вниманием врачей. Другое дело искусственная гравитация в космосе, там нет людей, способных помочь космонавтам при возникновении непредвиденной ситуации.

Имея в виду полную невесомость, нельзя брать в расчет спутник, находящийся на околоземной орбите. На эти объекты, пусть и в малой степени, воздействует земное притяжение. Силу тяжести, образующуюся в таких случаях, называют микрогравитацией. Реальную гравитацию испытывают только в аппарате, летящем с постоянной скоростью в открытом космосе. Впрочем, человеческий организм эту разницу не ощущает.

Испытать на себе невесомость можно при затяжном прыжке (до того, как купол раскроется) или во время параболического снижения самолета. Такие эксперименты часто ставят в США, но в самолете это ощущение длится только 40 секунд - это слишком мало для полноценного изучения.

В СССР еще в 1973 году знали, можно ли создать искусственную гравитацию. И не просто создавали ее, но и в некотором роде изменяли. Яркий пример искусственного уменьшения силы тяжести - сухое погружение, иммерсия. Для достижения необходимого эффекта требуется положить плотную пленку на поверхность воды. Человек размещается поверх нее. Под тяжестью тела организм погружается под воду, наверху остается лишь голова. Эта модель демонстрирует безопорность с пониженной гравитацией, которая характерна для океана.

Нет необходимости отправляться в космос, чтобы ощутить на себе воздействие противоположной невесомости силы - гипергравитации. При взлете и посадке космического корабля, в центрифуге перегрузку можно не только ощутить, но и изучить.

Лечение гравитацией

Гравитационная физика изучает в том числе и воздействие невесомости на организм человека, стремясь минимизировать последствия. Однако большое количество достижений этой науки способно пригодиться и обычным жителям планеты.

Большие надежды медики возлагают на исследования поведения мышечных ферментов при миопатии. Это тяжелое заболевание, ведущее к ранней смерти.

При активных физических занятиях в кровь здорового человека поступает большой объем фермента креатинофосфокиназы. Причина этого явления неясна, возможно, нагрузка воздействует на мембрану клеток таким образом, что она «дырявится». Больные миопатией получают тот же эффект без нагрузок. Наблюдения за космонавтами показывают, что в невесомости поступление активного фермента в кровь значительно снижается. Такое открытие позволяет предположить, что применение иммерсии позволит снизить негативное воздействие приводящих к миопатии факторов. В данный момент проводятся опыты на животных.

Лечение некоторых болезней уже сегодня проводится с использованием данных, полученных при изучении гравитации, в том числе искусственной. К примеру, проводится лечение ДЦП, инсультов, Паркинсона путем применения нагрузочных костюмов. Практически закончены исследования положительного воздействия опоры - пневматического башмака.

Полетим ли на Марс?

Последние достижения космонавтов дают надежду на реальность проекта. Имеется опыт медицинской поддержки человека при длительном нахождении вдали от Земли. Много пользы принесли и исследовательские полеты к Луне, сила гравитации на которой в 6 раз меньше нашей родной. Теперь космонавты и ученые ставят перед собой новую цель - Марс.

Прежде чем вставать в очередь за билетом на Красную планету, следует знать, что ожидает организм уже на первом этапе работы - в пути. В среднем дорога к пустынной планете займет полтора года - около 500 суток. Рассчитывать в пути придется только на свои собственные силы, помощи ждать просто неоткуда.

Подтачивать силы будут множество факторов: стресс, радиация, отсутствие магнитного поля. Самое главное же испытание для организма - изменение гравитации. В путешествии человек «ознакомится» с несколькими уровнями гравитации. В первую очередь это перегрузки при взлете. Затем - невесомость во время полета. После этого - гипогравитация в месте назначения, т. к. сила тяжести на Марсе менее 40% земной.

Как справляются с отрицательным воздействием невесомости в длительном перелете? Есть надежда, что разработки в области создания искусственной гравитации помогут решить этот вопрос в недалеком будущем. Опыты на крысах, путешествующих на «Космос-936» показывают, что этот прием не решает всех проблем.

Опыт ОС показал, что гораздо больше пользы для организма способно принести применение тренажерных комплексов, способных определить необходимую нагрузку для каждого космонавта индивидуально.

Пока считается, что на Марс полетят не только исследователи, но и туристы, желающие основать колонию на Красной планете. Для них, во всяком случае первое время, ощущения от нахождения в невесомости перевесят все доводы медиков о вреде длительного нахождения в таких условиях. Однако через несколько недель помощь потребуется и им, поэтому так важно суметь найти способ создать на космическом корабле искусственную гравитацию.

Итоги

Какие выводы можно сделать о создании искусственной гравитации в космосе?

Среди всех рассматриваемых в данный момент вариантов наиболее реалистично выглядит вращающаяся конструкция. Однако при нынешнем понимании физических законов это невозможно, поскольку корабль - это не полый цилиндр. Внутри него имеются перекрытия, мешающие воплощению идей.

Кроме того, радиус корабля должен быть настолько большим, чтобы эффект Кориолиса не оказывал существенного влияния.

Чтобы управлять чем-то подобным, требуется упомянутый выше цилиндр О’Нила, который даст возможность управлять кораблем. В этом случае повышаются шансы применения подобной конструкции для межпланетных перелетов с обеспечением команды комфортным уровнем гравитации.

До того как человечеству удастся претворить свои мечты в жизнь, хотелось бы видеть в фантастических произведениях чуточку большей реалистичности и еще большего знания законов физики.