La nave Hermes di "The Martian" presenta un grande, sezione a forma di ruota che ruota nel suo viaggio tra la Terra e Marte. 20 ° secolo Immagina di essere all'interno di un veicolo, o di un'altra macchina, che gira così velocemente che la forza preme il tuo corpo contro il muro o il sedile. Man mano che giri sempre più velocemente, la pressione che ti costringe contro il muro aumenta (e viceversa diminuisce man mano che la rotazione rallenta). Il peso si sente proprio come la forza di gravità che mantiene il tuo corpo ancorato alla terra.
Se sei come la maggior parte delle persone, la tua esperienza più drammatica con questo tipo di forza rotante è probabilmente da un giro in un parco di divertimenti, in particolare un classico Rotor Ride che ha prodotto una grande gioia (e sì vomito) dalla metà del 19° secolo.
Ma una manciata di persone, inclusi astronauti e piloti militari, sperimentare lo stesso fenomeno in una centrifuga a misura d'uomo, una macchina che gira per produrre queste elevate "forze G, " chiamata anche accelerazione. Sperimentano questa forza G a bordo di velivoli ad alte prestazioni durante le virate ad alta velocità, e durante i lanci nello spazio e quando i veicoli spaziali rallentano rapidamente mentre rientrano nell'atmosfera terrestre.
Se hai mai guidato una versione moderna del Rotor Ride come questa del 1950, hai sperimentato un tipo di gravità artificiale. FPG/Interamente di proprietà/Immagini Getty
In un senso molto reale, questo tipo di rotazione produce gravità, gravità artificiale per essere precisi. Fornisce peso al tuo corpo - peso che le tue ossa e i tuoi muscoli non possono distinguere dal peso che la Terra, o un altro pianeta, fornisce a causa della sua massa pura.
Di conseguenza, per decenni, gli scrittori di fantascienza hanno immaginato astronavi rotanti che creano gravità artificiale per gli astronauti durante le fasi più lunghe delle missioni spaziali. Queste fasi sono quando non sono molto pesanti a causa dell'accelerazione della nave per aumentare la velocità, o decelerando nell'atmosfera, ma senza peso a causa della costa del mestiere, annullando gli effetti della gravità.
Due esempi di tale gravità artificiale nella fantascienza sono il film del 2015 "The Martian" e l'epico del 1968 "2001:A Space Odyssey". "The Martian" presenta un velivolo interplanetario, l'Ermete, con un grande, sezione a forma di ruota che ruota nel suo viaggio tra la Terra e Marte. Quando la fotocamera ingrandisce, si nota che "su" per gli astronauti all'interno dell'Hermes è sempre verso il centro della ruota, mentre "giù, " il pavimento, " è il bordo. La Stazione Spaziale V in "2001:Odissea nello Spazio" è una stazione rotante che genera una gravità artificiale pari a quella della gravità lunare.
Oltre al semplice conforto, ci sono buone ragioni per cui abbiamo bisogno della gravità artificiale nelle missioni spaziali a lunga distanza. Per uno, in assenza di gravità i nostri corpi cambiano in modi che potrebbero essere dannosi quando gli astronauti arrivano a destinazione, come Marte, o tornano sulla Terra. Le ossa perdono contenuto minerale (si ammorbidiscono, diventare vulnerabile alla frattura); atrofia muscolare (si restringono e si indeboliscono); i fluidi si spostano verso la testa e vengono anche espulsi dal corpo, causando cambiamenti nel sistema cardiovascolare e nei polmoni; il sistema nervoso è sconvolto; e negli ultimi anni i ricercatori di medicina spaziale hanno scoperto quelli che potrebbero essere danni permanenti agli occhi in alcuni astronauti. Aggiungete a questa ricerca che suggerisce che la gravità potrebbe essere necessaria affinché gli esseri umani abbiano una gravidanza normale nello spazio e sembra quasi un gioco da ragazzi che qualsiasi astronave che trasporta umani intorno al sistema solare dovrebbe ruotare, o avere qualche parte della nave che lo fa.
La NASA e altri stanno studiando questa possibilità?
La risposta è si. Dagli anni Sessanta, Gli scienziati della NASA hanno preso in considerazione la prospettiva della gravità artificiale tramite rotazione. Però, lo sforzo, i finanziamenti e l'entusiasmo generale sono aumentati e diminuiti nel corso dei decenni. C'è stata un'impennata nella ricerca negli anni '60, quando la NASA stava lavorando per inviare l'uomo sulla luna (il budget per la NASA a quel tempo era quasi il 5% di quello dell'intero governo federale, 10 volte quello che è oggi).
Sebbene la NASA non abbia enfatizzato la ricerca sulla gravità artificiale nell'ultimo mezzo secolo, scienziati sia all'interno che all'esterno dell'agenzia spaziale stanno studiando una serie di situazioni. I topi che girano in una piccola centrifuga a bordo della Stazione Spaziale Internazionale sono sopravvissuti senza problemi e gli umani legati alla Terra stanno imparando come adattarsi nelle stanze rotanti. Ce n'è uno all'Ashton Graybiel Spatial Orientation Laboratory della Brandeis University e al DLR Institute of Aerospace Medicine di Colonia, Germania, ospita la centrifuga a braccio corto DLR, Modulo 1. È l'unico del suo genere al mondo a ricercare gli effetti della gravità alterata, soprattutto per quanto riguarda i rischi per la salute che si verificano in condizioni di microgravità.
La centrifuga a braccio corto DLR, Modulo 1 presso la struttura di ricerca :envihab dell'Istituto di medicina aerospaziale DLR a Colonia, è un'unità speciale e unica nel suo genere al mondo, offrendo maggiori possibilità per la ricerca degli effetti della gravità alterata, soprattutto come contromisura ai rischi per la salute che si verificano in condizioni di microgravità. Centro aerospaziale tedesco/DLR
Ma se la necessità della gravità artificiale è così chiara, perché preoccuparsi della ricerca nello spazio, o sulla Terra? Perché gli ingegneri non si mettono semplicemente al lavoro progettando navi rotanti, come l'Ermete?
La risposta è che la gravità artificiale richiede un compromesso, perché tutto ciò che gira crea problemi. Come nel giro del rotore, muovere la testa mentre giri così velocemente provoca nausea. La rotazione influisce anche sul fluido nell'orecchio interno e su qualsiasi altra parte del corpo che muovi mentre sei in un ambiente rotante.
E quella nausea, i problemi di disorientamento e di movimento peggiorano con la velocità di rotazione (il numero di giri al minuto [RPM]). Ma la quantità di gravità artificiale che può essere prodotta dipende sia dagli RPM che dalle dimensioni di qualunque cosa stia ruotando.
Per sperimentare una data quantità di gravità - per esempio metà della normale quantità che senti sulla Terra - la lunghezza del raggio di rotazione (la distanza da te in piedi sul pavimento al centro di qualunque cosa stia ruotando) determina la velocità bisogno di girare. Costruisci un'imbarcazione a forma di ruota con un raggio di 738 piedi (225 metri) e produrrai la piena gravità terrestre (nota come 1G) ruotando a solo 1 RPM. È abbastanza lento che gli scienziati sono sicuri che nessuno si sentirebbe nauseato o disorientato.
A parte il pavimento un po' curvo, le cose a bordo di un'imbarcazione del genere sembrerebbero abbastanza normali. Ma costruire e far volare una struttura così enorme nello spazio comporterebbe numerose sfide ingegneristiche.
Ciò significa che la NASA e qualsiasi altra agenzia spaziale o organizzazione che potrebbe inviare persone intorno al sistema solare in futuro devono accontentarsi di una quantità di gravità inferiore, una rotazione più veloce (più RPM) o entrambi. Poiché non esiste un laboratorio sulla luna in cui la gravità superficiale è circa il 16% di quella della superficie terrestre, rendendolo un ottimo posto per ricercare gli effetti della bassa gravità, in contrasto con l'assenza di gravità, semplicemente non ci sono dati sufficienti per sapere quanta gravità gli umani potrebbero aver bisogno per missioni spaziali a lungo termine o colonie spaziali. Tali dati sono necessari, così come i dati su quanta rotazione gli esseri umani possono ragionevolmente tollerare, e questa è la logica per la continua ricerca sulla gravità artificiale.
Ora è fantasticoL'Università del Colorado, Boulder sta studiando modi per progettare sistemi girevoli che potrebbero adattarsi a una stanza di una futura stazione spaziale o base lunare. Gli astronauti potrebbero strisciare in queste stanze solo per poche ore al giorno per ottenere la loro dose giornaliera di gravità.
