Yapay yerçekimi - Artificial gravity

İkizler 11 Agena bağlı operasyonlar

Önerilen Nautilus-X Uluslararası uzay istasyonu santrifüj demo konsepti, 2011.

Yapay yerçekimi , bir yerçekimi kuvvetinin etkilerini , genellikle döndürme yoluyla taklit eden bir atalet kuvvetinin yaratılmasıdır . Yapay ağırlık ya da dönme yerçekimi , bir görünümü, böylece bir santrifüj kuvveti , bir de referans döner çerçevenin (iletimi merkezcil ivme ile normal kuvvet referans dönmeyen çerçevede), deneyimli kuvvete karşı doğrusal ivme , tarafından hangi eşdeğerlik prensibi yerçekimi ayırt edilemez. Daha genel bir anlamda, "yapay yerçekimi", örneğin bir roket motoru vasıtasıyla doğrusal ivmenin etkisine de atıfta bulunabilir .

Astronotların zorlu koşullar için antrenman yapmasına yardımcı olmak için simülasyonlarda rotasyonel simüle edilmiş yerçekimi kullanılmıştır. Dönme simülasyonlu yerçekimi, uzun süreli ağırlıksızlığın neden olduğu olumsuz sağlık etkilerine insan uzay uçuşlarında bir çözüm olarak önerilmiştir . Bununla birlikte, Dünya'daki (g) yerçekimi alan kuvvetiyle karşılaştırılabilir yararlı bir merkezcil kuvvet üretmek için gerekli bir uzay aracının boyutu ve maliyeti hakkındaki endişeler nedeniyle, insanlar için yapay yerçekiminin mevcut pratik dış uzay uygulamaları bulunmamaktadır . Bilim adamları, böyle bir sistemin bina sakinlerinin iç kulakları üzerindeki etkisinden endişe duyuyorlar. Buradaki endişe, yapay yerçekimi yaratmak için merkezcil kuvvet kullanmanın, iç kulakta mide bulantısı ve yönelim bozukluğuna yol açan rahatsızlıklara neden olacağıdır. Olumsuz etkiler, bina sakinleri için dayanılmaz olabilir.

merkezcil kuvvet

Yapay yerçekimi uzay istasyonu. 1969 NASA konsepti. Bir dezavantaj, astronotların uçlara yakın yüksek yerçekimi ve merkeze yakın daha düşük yerçekimi arasında ileri geri yürümesidir.

Yapay yerçekimi, bir merkezcil kuvvet kullanılarak oluşturulabilir . Herhangi bir cismin dairesel bir yolda hareket etmesi için dönüşün merkezine doğru yönlendirilen bir merkezcil kuvvet gereklidir.

Dönen bir uzay istasyonu bağlamında, merkezcil kuvvet olarak hareket eden, uzay aracının gövdesi tarafından sağlanan normal kuvvettir. Bu nedenle, bir nesne tarafından hissedilen "yerçekimi" kuvveti , dönen referans çerçevesinde tekneye doğru "aşağıya doğru" işaret eden merkezkaç kuvvetidir . Uygun olarak Newton Üçüncü Kanunu değeri küçük g (algılanan "aşağıya doğru" ivme) merkezcil ivme yönünde büyüklük ve ters eşittir.

mekanizma

Dönen bir uzay aracındaki toplar

Gönderen yaşam ile dönen insanların bakış açısından , normal yerçekimi aşağıda farklılıklar benzer bazı açılardan rotasyon boğulan bir tarafından, suni yerçekimi:

• Merkezkaç kuvveti mesafeye göre değişir: Gezegenin bir merkezine doğru çeken gerçek yerçekiminin aksine, gözlemciler tarafından habitatta hissedilen görünen merkezkaç kuvveti merkezden radyal olarak dışarı doğru iter ve sabit bir dönüş hızı (sabit açısal hız) varsayarsak, merkezkaç kuvveti kuvvet, habitatın merkezine olan uzaklık ile doğru orantılıdır. Küçük bir dönüş yarıçapı ile, kişinin kafasında hissedilen yerçekimi miktarı, kişinin ayaklarında hissedilen miktardan önemli ölçüde farklı olacaktır. Bu, hareketi ve vücut pozisyonunu değiştirmeyi garip hale getirebilir. İlgili fiziğe uygun olarak , daha yavaş dönüşler veya daha büyük dönüş yarıçapları bu sorunu azaltır veya ortadan kaldırır. Benzer şekilde, habitatın lineer hızı, bir astronotun içinde pozisyon değiştireceği nispi hızlardan önemli ölçüde daha yüksek olmalıdır. Aksi halde dönüş yönünde hareket etmek keçe ağırlığını artıracak (ters yönde hareket ettirmek ise azaltacaktır) problem yaratacak noktaya gelecektir.
• Coriolis etkisi döner bir referans çerçevesine göre hareket nesneler üzerinde hareket eden bir görünür güç verir. Bu görünür kuvvet, harekete ve dönme eksenine dik açılarda etki eder ve hareketi, habitatın dönüşüne zıt anlamda eğme eğilimindedir. Dönen bir yapay yerçekimi ortamındaki bir astronot , dönme eksenine doğru veya ondan uzaklaşırsa, onları dönme yönüne doğru veya uzağa iten bir kuvvet hissedecektir. Bu kuvvetler iç kulağın yarım daire kanallarına etki eder ve baş dönmesine , mide bulantısına ve yönelim bozukluğuna neden olabilir . Dönme süresinin uzatılması (yavaş dönüş hızı) Coriolis kuvvetini ve etkilerini azaltır. İnsanların 23 rpm kadar yüksek hızlara adapte olduğu gösterilmiş olmasına rağmen , genellikle 2 rpm veya daha düşük hızlarda Coriolis kuvvetlerinden hiçbir olumsuz etki oluşmayacağına inanılmaktadır . Yüksek düzeyde Coriolis kuvvetlerine çok uzun süre maruz kalmanın alışma olasılığını artırıp artırmadığı henüz bilinmiyor. Coriolis kuvvetlerinin mide bulantısına neden olan etkileri, başın hareketini kısıtlayarak da hafifletilebilir.

Bu yapay yerçekimi formunun ek mühendislik sorunları vardır:

• Kinetik enerji ve açısal momentum : Habitatın bir kısmını veya tamamını yukarı (veya aşağı) döndürmek enerji gerektirirken açısal momentum korunmalıdır. Bu, bir tahrik sistemi ve harcanabilir itici gerektirir veya kütle harcamadan, bir elektrik motoru ve tepki çarkı gibi bir karşı ağırlık veya muhtemelen ters yönde dönen başka bir yaşam alanı ile elde edilebilir.
• Dönme nedeniyle ayrılmasını önlemek için yapıda ekstra güç gerekir. Bununla birlikte, solunabilir bir atmosferi tutmak için gereken yapı miktarı (1 atmosferde metrekare başına 10 ton kuvvet) çoğu yapı için nispeten mütevazıdır.
• Yapının parçaları kasıtlı olarak dönmüyorsa, sürtünme ve benzeri torklar , dönme oranlarının birbirine yakınlaşmasına (ayrıca, aksi halde sabit olan parçaların dönmesine neden olur) neden olur ve sürtünmeden kaynaklanan kayıpları telafi etmek için motorların ve gücün kullanılmasını gerektirir. .
• Uzay aracının konfigürasyonuna bağlı olarak, sabit ve dönen bölümler arasında bir basınç sızdırmazlığı gerekli olabilir.

formüller
${\displaystyle R=a\sol({\frac {T}{2\pi }}\sağ)^{2},}$ ${\displaystyle a=R\sol({\frac {2\pi }{T}}\sağ)^{2}\quad (T>0),}$ ${\displaystyle T=2\pi {\sqrt {\frac {R}{a}}}\quad (a>0),}$ nerede: R = Dönme merkezinden yarıçap a = Yapay yerçekimi T = Dönen uzay aracı periyodu

Belirli bir g-kuvvetini elde etmek için belirli bir yarıçaptaki bir santrifüj için rpm cinsinden hız

insan uzay uçuşu

Dönen bir uzay aracı yaratmanın mühendislik zorlukları, önerilen diğer herhangi bir yaklaşıma göre nispeten mütevazı. Yapay yerçekimi kullanan teorik uzay aracı tasarımları, içsel problemlere ve avantajlara sahip çok sayıda varyanta sahiptir. Merkezcil kuvvet formülü , dönme yarıçapının, dönen uzay aracı periyodunun karesiyle birlikte büyüdüğünü ima eder, bu nedenle periyodun ikiye katlanması, dönme yarıçapında dört kat artış gerektirir. Örneğin standart yerçekimi üretmek için , ɡ ₀ =15 s'lik bir dönen uzay aracı periyodu ile 9.8 m/s ² , dönme yarıçapının 56 m (184 ft) olması gerekirken, 30 s'lik bir periyot 224 m (735 ft) olmasını gerektirir. Kütleyi azaltmak için, çap boyunca destek, uzay gemisinin iki bölümünü birbirine bağlayan bir kablodan başka bir şeyden oluşmayabilir. Olası çözümler arasında bir habitat modülü ve uzay aracının diğer tüm parçalarından oluşan bir karşı ağırlık bulunur, alternatif olarak benzer ağırlıkta iki adet yaşanabilir modül eklenebilir.

Hangi tasarım seçilirse seçilsin, uzay aracının balastın bir bölümden diğerine hızlı bir şekilde aktarılması için bazı araçlara sahip olması gerekli olacaktır , aksi takdirde kütledeki küçük kaymalar bile uzay aracının ekseninde önemli bir kaymaya neden olabilir ve bu da tehlikeli bir sonuçla sonuçlanabilir. sallanmak." Olası bir çözüm , balast olarak içme suyu ve/veya atık su kullanarak uzay aracının tesisat sistemini bu amaca hizmet edecek şekilde tasarlamak olabilir .

Kısa süreler için yüksek yerçekimine maruz kalmanın sağlığa normal yerçekimine sürekli maruz kalma kadar faydalı olup olmadığı henüz bilinmiyor. Ayrıca, ağırlıksızlığın sağlığı üzerindeki olumsuz etkilere karşı düşük yerçekimi seviyelerinin ne kadar etkili olacağı da bilinmemektedir. 0,1 g'de yapay yerçekimi ve 30 saniyelik dönen bir uzay aracı periyodu, yalnızca 22 m'lik (72 ft) bir yarıçap gerektirecektir. Benzer şekilde, 10 m'lik bir yarıçapta, standart yerçekimi (kalçalarda; yerçekimi ayaklarda %11 daha yüksek olacaktır) üretmek için 6 s'den biraz fazla bir süre gerekirken, 4,5 s 2 g üretecektir . Yüksek yerçekimine kısa süreli maruz kalma, ağırlıksızlığın zararlı etkilerini ortadan kaldırabiliyorsa, egzersiz alanı olarak küçük bir santrifüj kullanılabilir.

İkizler görevleri

İkizler 11 görevin etrafında kapsülün döndürülmesiyle suni yerçekimi elde etmek için yapılan Agena Hedef Araç , bir 36 metre ile ip ile tutturuldu meydana getirmektedir. Kombine aracı yavaş hareket eden bir bola çifti gibi yavaşça döndürmek için yan iticilerini ateşleyerek, yaklaşık 0.00015 g gibi küçük bir miktarda yapay yerçekimi üretebildiler . Ortaya çıkan kuvvet, her iki astronot tarafından da hissedilemeyecek kadar küçüktü, ancak nesnelerin kapsülün "zemine" doğru hareket ettiği gözlemlendi. İkizler 8 misyon birkaç dakika için yapay yerçekimi elde etti. Ancak bu, bir iticinin sürekli ateşlenmesine neden olan bir elektrik arızasından kaynaklanıyordu. Mürettebat üzerindeki hızlanma kuvvetleri yüksekti (yaklaşık 4 g) ve görevin acilen sonlandırılması gerekiyordu.

Sağlık yararları

Mars'a gezegenler arası yolculuklar için yapay yerçekimi önerildi

Yapay yerçekimi, uzay uçuşlarıyla ilgili çeşitli sağlık risklerine bir çözüm olarak önerildi. 1964'te Sovyet uzay programı, kalp ve kan damarlarının ağırlıksız koşullara uyum sağlayamayacağı korkusuyla bir insanın uzayda 14 günden fazla yaşayamayacağına inanıyordu . Uzay uçuşlarının art arda 437 güne kadar sürmesi ve Uluslararası Uzay İstasyonu'ndaki görevlerin genellikle 6 ay sürmesi nedeniyle, bu korkunun sonunda asılsız olduğu keşfedildi. Bununla birlikte, uzayda insan güvenliği sorunu, ağırlıksızlığa uzun süre maruz kalmanın fiziksel etkilerine ilişkin bir araştırma başlattı. Haziran 1991'de, bir Spacelab Life Sciences 1 uçuşu, dokuz gün boyunca iki erkek ve iki kadın üzerinde 18 deney gerçekleştirdi. Yerçekimi olmayan bir ortamda, beyaz kan hücrelerinin ve kas kütlesinin tepkisinin azaldığı sonucuna varıldı . Ayrıca ağırlıksız ortamda geçirilen ilk 24 saat içinde kan hacmi %10 oranında azalmıştır. Uzun ağırlıksız dönemler beyin şişmesine ve görme sorunlarına neden olabilir. Yeryüzüne döndükten sonra, sıvılar alt gövdeye geri dönerken, kalp atış hızı yükselirken, kan basıncında bir düşüş meydana geldiğinden ve egzersiz yapma yeteneği azaldığından , uzun süreli ağırlıksızlığın etkileri insan vücudunu etkilemeye devam eder .

Yapay yerçekimi, insan vücudu üzerindeki yerçekimi davranışını taklit etme yeteneği nedeniyle , ağırlıksız ortamların doğasında bulunan fiziksel etkilerle mücadelenin en kapsamlı yollarından biri olarak öne sürülmüştür . Semptomatik tedaviler olarak önerilen diğer önlemler arasında egzersiz, diyet ve penguen kıyafetleri yer alır . Ancak bu yöntemlerin eleştirisi, sağlık sorunlarını tamamen ortadan kaldırmamaları ve tüm sorunları ele almak için çeşitli çözümler gerektirmeleri gerçeğinde yatmaktadır. Buna karşılık yapay yerçekimi, uzay yolculuğunun doğasında var olan ağırlıksızlığı ortadan kaldıracaktır. Yapay yerçekimi uygulayarak, uzay yolcuları asla ağırlıksızlık veya buna bağlı yan etkiler yaşamak zorunda kalmayacaktı. Özellikle günümüzün altı aylık Mars yolculuğunda , seyahat sırasında astronotların aşırı derecede güçten düşmesini önlemek için yapay yerçekimine sürekli veya aralıklı olarak maruz kalma önerilmektedir.

teklifler

Dönen Mars uzay aracı - 1989 NASA konsepti.

Bir dizi teklif, tasarımlarına yapay yerçekimini dahil etti:

• Discovery II: 172 metrik tonluk bir mürettebatı Jüpiter'in yörüngesine 118 günde teslim edebilen 2005 araç önerisi. 1.690 metrik tonluk geminin çok küçük bir kısmı, bir santrifüj mürettebat istasyonunu içerecektir.
• Çok Görevli Uzay Keşif Aracı (MMSEV): Uzun süreli mürettebatlı bir uzay taşıma aracı için 2011 NASA önerisi; iki yıla kadar süren görevlerde altı kişiye kadar mürettebat için mürettebat sağlığını geliştirmeyi amaçlayan rotasyonel bir yapay yerçekimi alanı habitatını içeriyordu . Simit halkası santrifüj hem standart metal çerçeve ve yararlanacak şişme uzay aracı yapıları ve 0.11 sağlayacak 0.69 g 40 feet (12 m) çapında seçeneği ile inşa halinde.
• ISS Santrifüj Demosu : Çok Görevli Uzay Keşif Aracı için daha büyük torus santrifüj uzay habitatının nihai tasarımına hazırlık niteliğindeki bir gösteri projesi için 2011 NASA önerisi. Yapının dış çapı 30 fit (9.1 m) ve halka iç kesit çapı 30 inç (760 mm) olacaktır. 0.08 ila 0.51g kısmi yerçekimi sağlayacaktır . Bu test ve değerlendirme santrifüjü, ISS ekibi için bir Uyku Modülü olma özelliğine sahip olacaktır.

TEMPO³'un yörüngedeki sanatçı görünümü.

• Mars Direct : 1990 yılında NASA mühendisleri Robert Zubrin ve David Baker tarafından oluşturulan insanlı bir Mars görevi için bir plan , daha sonra Zubrin'in 1996 tarihli The Case for Mars kitabında genişletildi . Astronotları daha önce fırlatılan "Dünyaya Dönüş Aracı"na katılmak için Mars'a taşıyacak olan "Mars Habitat Birimi", güçlendiricinin harcanan üst aşamasını Habitat Birimi'ne bağlayarak ve her ikisini de ayarlayarak uçuş sırasında yapay yerçekimi oluşturacaktı. ortak bir eksen etrafında dönen
• Önerilen Tempo3 görevi, Mars'a mürettebatlı bir görevde yerçekimini simüle etmenin fizibilitesini test etmek için bir iple bağlanan bir uzay aracının iki yarısını döndürür.
• Mars Yerçekimi Biosatellite memeliler üzerinde yapay yerçekimi etkisini incelemek amaçlı bir önerilen göreviydi. 0.38 g'lık yapay bir yerçekimi alanı ( Mars'ın yüzey yerçekimine eşdeğer ) rotasyonla üretilecekti (32 rpm, yaklaşık 30 cm yarıçap). On beş fare, beş hafta boyunca Dünya'nın ( Düşük Dünya yörüngesi ) yörüngesinde dolanır ve ardından canlı olarak inerdi. Ancak program, finansman yetersizliği ve NASA'daki önceliklerin değişmesi nedeniyle 24 Haziran 2009'da iptal edildi.

Uygulamayla ilgili sorunlar

Yapay yerçekiminin günümüzde uzay uçuşlarında kullanılmamasının nedenlerinden bazıları, uygulamanın doğasında var olan sorunlara dayanmaktadır . Yapay yerçekimi yaratmanın gerçekçi yöntemlerinden biri, bir kişiyi göreceli bir zemine doğru çeken merkezcil bir kuvvettir . Ancak bu modelde uzay aracının boyutuyla ilgili sorunlar ortaya çıkıyor. John Page ve Matthew Francis tarafından ifade edildiği gibi, bir uzay aracı ne kadar küçükse (dönme yarıçapı ne kadar kısaysa), gereken dönüş o kadar hızlıdır. Bu nedenle, yerçekimini simüle etmek için yavaş dönen daha büyük bir uzay aracı kullanmak daha iyi olacaktır. Dönme ile ilgili boyut gereksinimleri, dönme merkezinden farklı mesafelerde gövde parçaları üzerindeki farklı kuvvetlerden kaynaklanmaktadır. Vücudun dönme merkezine daha yakın kısımları, merkezden uzak kısımlardan önemli ölçüde farklı bir kuvvete maruz kalırsa, bunun olumsuz etkileri olabilir. Ek olarak, tüm uzay aracının yörüngesinin stabilitesini bozmadan başlangıçta dönme hareketini yerine yerleştirmenin en iyi yolunun ne olduğu konusunda sorular var. Şu anda, rotasyon gereksinimlerini karşılayacak kadar büyük bir gemi yok ve böyle bir geminin inşası, bakımı ve başlatılması ile ilgili maliyetler çok büyük.

Genel olarak, daha kısa uzay uçuşlarında sınırlı sağlık etkilerinin yanı sıra yüksek araştırma maliyeti ile yapay yerçekimi uygulaması genellikle bodur ve düzensizdir .

bilimkurguda

Çeşitli bilim kurgu romanları, filmleri ve dizileri yapay yerçekimi üretimine yer verdi. 2001: A Space Odyssey filminde Discovery uzay aracında dönen bir santrifüj yapay yerçekimi sağlar. Marslı romanında , Hermes uzay aracı tasarım yoluyla yapay yerçekimine ulaşır; Mars'ın yerçekimine benzer şekilde, çevre kuvvetleri Dünya'nın yerçekiminin yaklaşık %40'ının deneyimlendiği halkalı bir yapı kullanır. Yıldızlararası filminde , gemideki retro iticiler tarafından kontrol edilen yapay yerçekimi oluşturmak için merkez ekseni üzerinde dönebilen Endurance adlı bir uzay aracı bulunuyor . 2021 filmi Stowaway , fırlatma aracının üst aşamasının, atalet tabanlı yapay yerçekimi için bir karşı ağırlık görevi görerek , geminin ana gövdesine 450 metre uzunluğundaki iplerle bağlı olduğunu gösteriyor .

Santrifüjler

Yüksek G eğitimi , geniş yarıçaplı santrifüjlerde yüksek düzeyde ivmeye ('G') maruz kalan havacılar ve astronotlar tarafından yapılır. G- kuvvetlerinin kanı beyinden bilincin kaybolduğu ölçüde uzaklaştırdığı bir durum olan g kaynaklı bilinç kaybını (kısaltılmış G-LOC ) önlemek için tasarlanmıştır . Bilinç ivme ile indüklenen kayıp olayları sürdürülmesi yüksek yeteneğine sahip uçakta ölümcül kazalara neden olmuştur g süreli kullanımlarda.

Gelen eğlence parkları , sarkaç sürmek ve santrifüjler dönme kuvvetini sağlarlar. Roller coaster'lar da, dips, kambur veya döngülerden geçtiklerinde yapar. Bir tepenin üzerinden geçilirken, sıfır veya negatif yerçekiminin hissedildiği zamana hava zamanı veya "uçan hava zamanı" (sıfır yerçekimi için) ve "ejektör hava zamanı" (negatif yerçekimi için) olarak ayrılabilen "hava zamanı" denir. ).

Doğrusal ivme

Doğrusal ivme, bir uzay aracının motorlarından gelen itişi kullanarak, yerçekimi etkisi altında olduğu yanılsamasını yaratmak için yapay yerçekimi üretmenin başka bir yöntemidir. Düz bir çizgide sabit ivmeli bir uzay aracı, motorlardan gelen itme, uzay aracının kendisini geminin içindeki nesnelere ve kişilere "itmesine" neden olacağından, ivmenin tersi yönde bir yerçekimi çekimi görünümüne sahip olacaktır. , böylece ağırlık hissi yaratır. Bunun nedeni Newton'un üçüncü yasasıdır : Doğrusal olarak hızlanan bir uzay aracında duran kişinin hissedeceği ağırlık, gerçek bir yerçekimi kuvveti değil, yalnızca gemi geri iterken teknenin gövdesine karşı itme tepkisi olacaktır. Benzer şekilde, hızlanma olmasaydı uzay aracı içinde serbestçe yüzen nesneler, Newton'un birinci yasasının bir sonucu olarak, hızlanmaya başladığında motorlara doğru "düşecekti" : yüzen nesne hareketsiz kalacak, uzay aracı ise hareketsiz kalacaktı. ona doğru hızlanın ve içindeki bir gözlemciye nesnenin "düşmekte" olduğunu görün.

Dünyadaki yapay yerçekimini taklit etmek için, doğrusal ivmeli yerçekimi kullanan uzay aracı, motorları alt "zemin" olarak bir gökdelene benzer şekilde inşa edilebilir. Uzay aracı 1 g - Dünya'nın yerçekimi kuvveti - hızında hızlanacak olsaydı, içindeki bireyler aynı kuvvetle gövdeye bastırılacak ve böylece Dünya'daymış gibi yürüyebilecek ve davranabileceklerdi.

Bu yapay yerçekimi biçimi arzu edilir, çünkü alanları uzay aracına göre tek yönlü veya tek yönlü olmayan büyük, dönen halkalara ihtiyaç duymadan, bir uzay aracı boyunca tekdüze ve tek yönlü bir yerçekimi alanı yanılsamasını işlevsel olarak yaratabilir. , ve sürekli rotasyon gerektirir. Bir uzay 1 de hızlanan: Bu da, nispeten yüksek bir hızda avantajına sahip olacaktır g, / 9.8 mS ² ulaşabilir, yolculuğun ilk yarısı için, ve daha sonra diğer yarısı için yavaşlatıcı Mars birkaç gün içinde. Benzer şekilde, bir yıl boyunca 1 g sabit ivme kullanan varsayımsal bir uzay yolculuğu göreli hızlara ulaşacak ve en yakın yıldız olan Proxima Centauri'ye bir gidiş-dönüş yolculuğuna izin verecektir . Bu nedenle, çeşitli gezegenler arası görevler için düşük itici ancak uzun vadeli doğrusal hızlanma önerilmiştir. Örneğin, Mars'a giden ağır (100 ton ) kargo yükleri bile 27 ayda Mars'a nakledilebilir ve Mars yörüngesine vardıklarında LEO araç kütlesinin yaklaşık yüzde 55'ini tutabilir, bu da tüm yolculuk boyunca uzay aracına düşük yerçekimi gradyanı sağlar. seyahat.

Bununla birlikte, bu yerçekimi biçimi zorluklardan uzak değildir. Şu anda, bir gemiyi Dünya'nın yerçekimsel çekişiyle karşılaştırılabilir hızlara ulaşmak için yeterince hızlı itebilecek tek pratik motorlar, itme elde etmek için reaksiyon kütlesini dışarı atan kimyasal reaksiyon roketlerini gerektiriyor ve bu nedenle hızlanma ancak bir geminin yakıtı olduğu sürece devam edebilirdi. . Geminin ayrıca yerçekimi etkisini sürdürmek için sürekli olarak hızlanması ve sabit bir hızda olması gerekir ve bu nedenle hareketsizken yerçekimi olmaz ve gemi 1 g'ın üzerinde veya altında hızlanacaksa g-kuvvetlerinde önemli salınımlar yaşayabilir . Ayrıca, Dünya-Mars geçişleri gibi noktadan noktaya yolculuklar için, gemilerin yolculuğun yarısı boyunca sürekli olarak hızlanması, motorlarını kapatması, 180° döndürme yapması, motorlarını yeniden etkinleştirmesi ve ardından hedefe doğru yavaşlamaya başlaması gerekecektir. geminin içindeki her şeyin ağırlıksız olmasını ve muhtemelen çevirme süresi boyunca sabitlenmesini gerektiren varış noktası.

Çok yüksek bir özgül dürtüye sahip bir sevk sistemi (yani, birlikte taşınması ve yolculukta tahrik için kullanılması gereken reaksiyon kütlesinin kullanımında iyi verimlilik), uzun süreler için yararlı yapay yerçekimi seviyeleri üreterek daha yavaş hızlanabilir. Çeşitli elektrikli tahrik sistemleri örnekler sağlar. Bu uzun süreli, düşük itişli , yüksek itişli tahrikin, ya pratik olarak uzay araçlarında kullanılmış ya da kısa süreli uzayda kullanılması planlanan iki örneği, Hall etkisi iticileri ve Değişken Spesifik Darbeli Manyetoplazma Roketleridir (VASIMR). Her ikisi de , daha tipik kimyasal reaksiyon roketleriyle karşılaştırıldığında, çok yüksek özgül itme, ancak nispeten düşük itme sağlar. Bu nedenle, uzay araçlarında sınırlı miktarda, ancak uzun vadeli mili-g yapay yerçekimi seviyeleri sağlayacak uzun süreli ateşlemeler için idealdirler.

Bir dizi bilimkurgu olay örgüsünde, henüz teorik veya varsayımsal yollarla itilen yıldızlararası uzay aracı için yapay yerçekimi üretmek için hızlanma kullanılır .

Lineer ivmenin bu etkisi iyi anlaşılmıştır ve üst kademe roketlerin fırlatma sonrası (sonraki) uzay içi ateşlemeleri için 0 g kriyojenik sıvı yönetimi için rutin olarak kullanılır .

Hız trenleri , özellikle fırlatılan hız trenleri veya elektromanyetik tahrike dayananlar, doğrusal ivme "yerçekimi" sağlayabilir ve bu nedenle spor arabalar gibi nispeten yüksek ivmeli araçlar sağlayabilir . Lineer hızlanma, roller coaster'larda ve diğer heyecan verici sürüşlerde havada kalma süresi sağlamak için kullanılabilir .

mikro yerçekimi simülasyonu

parabolik uçuş

Weightless Wonder , parabolik yörüngelerde uçan ve kısaca astronotları eğitmek , araştırma yapmak ve sinema filmleri çekmek için neredeyse ağırlıksız bir ortam sağlayan NASA uçağının takma adıdır . Parabolik yörünge, yerçekimi ile eşleşen, kısa bir süre, genellikle 20-30 saniye için sıfır g veren ve ardından benzer bir süre için yaklaşık 1.8 g veren dikey bir doğrusal ivme oluşturur . Kusmuk Kuyruklu Yıldız takma adı , aynı zamanda, bu parabolik yörüngeler sırasında uçak yolcuları tarafından sıklıkla yaşanan hareket hastalığına atıfta bulunmak için de kullanılır. Bu tür azaltılmış yerçekimi uçakları günümüzde dünya çapında çeşitli kuruluşlar tarafından işletilmektedir.

nötr yüzdürme

Nötr Yüzerlik Laboratuvarı (NBL) bir olan astronot de Sonny Carter Eğitim Tesisinde eğitim tesisi NASA Johnson Uzay Merkezi'nde yer Houston, Teksas . NBL, astronotların uzay görevlerine hazırlanırken simüle edilmiş EVA görevlerini yerine getirebilecekleri, dünyanın en büyüğü olan büyük bir kapalı su havuzudur . NBL, Uzay Mekiği kargo bölmesinin, uçuş yüklerinin ve Uluslararası Uzay İstasyonunun (ISS) tam boyutlu maketlerini içerir .

Nötr yüzdürme ilkesi , uzayın ağırlıksız ortamını simüle etmek için kullanılır. Uygun astronotlar bir kullanarak havuza indirilir havai vinç ve hiçbir deneyim böylece onların kilo destek dalgıçlar tarafından ayarlanır batmaz kuvvet ve hiçbir dönme anı onların hakkında kütle merkezinin . NBL'de giyilen kıyafetlerin puanları , uzay mekiği ve Uluslararası Uzay İstasyonunda kullanılanlar gibi tamamen uçuş dereceli EMU takımlarından düşük.

NBL tankı 202 fit (62 m) uzunluğunda, 102 fit (31 m) genişliğinde ve 40 fit 6 inç (12,34 m) derinliğindedir ve 6,2 milyon galon (23,5 milyon litre) su içerir. Dalgıçlar , tankta çalışırken nitroks solumaktadır .

Bir havuzdaki nötr yüzdürme ağırlıksızlık değildir , çünkü iç kulaktaki denge organları yerçekiminin yukarı-aşağı yönünü hala algılar. Ayrıca, suyun sunduğu önemli miktarda sürtünme vardır . Genel olarak, suda yavaş yavaş yapılan işlemlerle sürüklenme etkileri en aza indirilir. Bir havuzdaki nötr yüzdürme simülasyonu ile uzay uçuşu sırasındaki gerçek EVA arasındaki diğer bir fark, havuzun sıcaklığının ve aydınlatma koşullarının sabit tutulmasıdır.

Spekülatif veya kurgusal mekanizmalar

Bilim kurguda, yapay yerçekimi (veya yerçekiminin iptali) veya "paragravite" bazen uzay aracında ne dönen ne de hızlanan vardır. Şu anda, gerçek kütle veya ivme dışında yerçekimini simüle edebilen onaylanmış bir teknik yoktur. Yıllar boyunca böyle bir cihazın birçok iddiası var. Rus bir mühendis olan Eugene Podkletnov , 1990'ların başından beri, güçlü bir " gravitomanyetik alan" üreten dönen bir süperiletkenden oluşan böyle bir cihaz yaptığını iddia etti , ancak üçüncü şahıslardan herhangi bir doğrulama veya hatta olumsuz sonuçlar alınmadı . 2006 yılında, ESA tarafından finanse edilen bir araştırma grubu , yalnızca 0.0001 g üretmesine rağmen, gravitomanyetizma üretimi için olumlu sonuçlar gösteren benzer bir cihaz yarattığını iddia etti . Bu sonuç tekrarlanmadı.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar

• Yapay yerçekimi ile ilgili akran değerlendirme makalelerinin listesi
• TEDx yapay yerçekimi hakkında konuşuyor
• Döner yapay yerçekimi hesaplayıcısı
• Bilim Kurgu ve Uzay Biliminde Yapay Yerçekimine Genel Bakış
• NASA'nın yapay yerçekiminin Java simülasyonu
• Değişken Yerçekimi Araştırma Tesisi (xGRF) , bağlı dönen uydular, belki bir Bigelow genişletilebilir modül ve karşı ağırlık olarak harcanmış bir üst aşama ile konsept