Lem Andrew. Камера искусственной гравитации

Камера искусственной гравитации.

Вступление.

В начале 21 века наконец то начались разработки двигателей и ракет которые способны доставить человек на Марс и Луну. Это в первую очередь SPACEX и BOING. Технически доставка грузов на тот же Марс была решена и раньше, об этом хорошо свидетельствуют успешные миссии американских марс ходов. Человека же доставить на Марс все также сложно ввиду сильной радиации, вредно влияющей невесомости. Если запасы воды воздуха можно сократить используя системы регенерации и восстановления, то эффективные системы борьбы с солнечной радиацией и последствиями невесомости еще предстоит разработать. О системе, призванной решить проблему гравитации и защиты от солнечной радиации и пойдет речь в данной статье.

Центробежные силы.

Впервые решить проблему невесомости при межпланетных перелетах предложил Циолковский 113 лет назад. Так им была предложена центрифуга в которой впоследствии с помощью центробежных сил увеличивали вес тараканов и цыплят [1]. Ещё в начале XX века К. Э. Циолковский создал теорию "эфирных поселений", то есть создания медленно вращающихся вокруг своей оси гигантских космических колоний в форме бубликов, где найдут пристанище многие тысячи человек [2].

До сих пор в фантастических фильмах межзвёздные корабли оборудуют центрифугами в которых космонавты спасаются от невесомости.

На деле же ни на МКС ни на других реальных кораблях это идея реализована не была. А почему?

Причины.

Сегодня, как и почти 50 лет назад, для создания искусственной силы тяжести применяются центрифуги (используется центробежное ускорение при вращении космических систем). Проще говоря во время вращения космической станции вокруг своей оси будет возникать центробежное ускорение, которое будет 'выталкивать' человека от центра вращения в сторону и в результате космонавт или другие объекты смогут находится на 'полу'.

Для лучшего понимания этого процесса и с какими трудностями сталкивается ученые давайте посмотрим на формулу по которой определяется центробежная сила при вращении центрифуги:

F=m*v2*r, где m ‒ масса, v ‒ линейная скорость, r ‒ расстояние от центра вращения.

Линейная скорость равняется: v=2π*rT , где Т - количество оборотов в секунду, π ≈3,14...

То есть чем быстрее будет вращаться космический корабль, и чем дальше от центра будет находится космонавт, тем сильнее будет созданная искусственная сила тяжести.

Внимательно посмотрев на рисунок можем заметить, что при небольшом радиусе сила тяжести для головы и для ног человека будет значительно отличатся, что в свою очередь затруднит передвижение.

При движении космонавта в направлении вращения возникает сила Кориолиса. При этом велика вероятность того, что человека будет постоянно укачивать. Обойти это возможно при частоте вращения корабля 2 оборота в минуту при этом образуется искусственная сила тяжести 1g (как на Земле). Но при этом радиус будет составлять 224 метра (приблизительно ¼ километра, это расстояние подобно высоте 95-этажного здания или в длину как две большие секвои). То есть теоретически построить орбитальную станцию или космический корабль таких размеров можно. Но практически это требует значительных затрат ресурсов, сил и времени [4]. В виду всего перечисленного идея оказалась не жизнеспособной.

Камера искусственной гравитации.
Сделаем несколько выводов. Первый, по факту заменить центробежные силы, нечем. Мы умеем генерировать некий аналог гравитационного поля, только используя вращение в первую очередь в центрифугах. Второй, для того, что бы сделать камеру меньшего размера нужно победить силы Корлиоса. Так вот, победить силы Корлиоса можно изменив конструкцию камеры отказавшись от бубликообразных центрифуг, но оставив в "камере искусственной гравитации" центробежные силы. При этом центробежные силы должны действовать на всю внутреннюю поверхность камеры или шара. Как показано на рисунке [].

Как это сделать? Для этого шар или камера должна вращаться в нескольких плоскостях одновременно. Этого можно добиться, взяв за основу конструкцию гироскопа

В начале мы получим замечательный атракцыон. Который успешно эксплуатируется и пользуется спросом.

Далее можно просто доработать этот "атракцион".

Проведем мысленные эксперимент, мешаем ложкой чай в чашке. Образуется вихрь. Чай или вода устремляется к стенкам чашки от центра к периферии. Нужен ли нам бублик для этого? Нет, даже вращаю чашку мы добьемся того, что вода устремится к стенкам чашки. Заменим чашку неким полым шаром вращая его в горизонтальной плоскости мы добьемся того, что вода устремится к боковым стенкам. А теперь начнем вращать шар еще и в вертикальной плоскости. И двух боковых 'косых' плоскостях.

Произойдет очень интересный эффект в полости шара на воду начнут действовать разнонаправленные центробежные силы F1, F2 и т.д. [3]. И вода под их действием равномерно растечется по всей внутренней поверхности полого шара, образуя в центре пустоту. Если в обычной центрифуге мы можем ходить только по одной стороне бублика, то в центрифуге, созданной по образу и подобию гироскопа человек сможет перемещаться по всей внутренней поверхности шара. Куда бы он не пошел везде на него будут действовать центробежные силы, направленные от центра к периферии.

Преимущества.

Подобная конструкция 'камеры искусственной гравитации' имеет ряд преимуществ перед стандартными 'бубликами'.

Первое это то, размеры они более компактны. Так как действие сил Корлиоса, на "пассажиров" сведено к нулю. И нет необходимости в сферах высотой с 95 этажный дом.Второе их можно встраивать отдельным кластером секцией к ракете, между 'вагонами' если межпланетный корабль будет состоять из нескольких модулей, при этом отпадает необходимость во вращении всей ракеты.

Третье, эти шарообразные камеры можно раскручивать при помощи обычных электродвигателей, получающих энергию от внешних солнечных батарей, без затрат топлива.

Четвертое преимущество, это возможность превратить этот шар радиационное убежище, за счет добавление в оболочку шара воды, вода как известно это отличная защита от радиации. Понятно, что пребывать постоянно в такой камере смысл отсутствует. Это место для сна и отдыха между вахтами или местонахождение во время солнечных бурь.

Убежище от солнечной радиации.

Кроме, воды в стенках убежища, а также использование не горючего полиэтилена, усилить антирадиационные свойства внутреннего шара можно также и за счет магнитного поля. Просто превратив шара в гигантскую лейденскую банку.

Наличие внешней металлической оболочки и воды позволяет превратить шар в гигантскую шарообразную лейденскую банку, зарядить ее и при вращении шара, из-за наличия электрического поля, вокруг шара будет возникать сложное постоянное магнитное поле, сила, которого будет зависеть лишь от скорости вращения шара, а также от скорости движения корабля по околосолнечной орбите, то есть магнитное поле вокруг данной "лейденской банки будет" всегда, даже если шар не будет вращаться. Так как вокруг двигающихся в пространстве электрических зарядов всегда возникает магнитное поле. Именно это поле возможно будет эффективно защищать экипаж от солнечного ветра. При этом интенсивность магнитного поля, будет зависеть от скорости вращения конструкции, если по каким-то причинам выброс будет слишком большим, автоматика просто ускорит вращение шара, конечно это повысит силу тяжести, действующую на космонавтов внутри сферы, но этот временный дискомфорт оправдан. Так же нужно понимать, что заряд на внешней оболочки двигающегося вокруг солнца аппарата может создавать дополнительное магнитное поле, а это еще дополнительная защита от внешней радиации.Современный конструкторы радиационной защиты забывают почему то, что вокруг корпус корабля при условии, что он несет заряд, будет возникать магнитное поле, сила которого будет зависеть от величины заряда и скорости корабля.

Литература.

1. Исполнилось 150 лет со дня рождения Константина Циолковского

https://ria.ru/society/20070917/78969288.html

2. Космические города-бублики

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D1%81%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B5_%D0%B3%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%B0-%D0%B1%D1%83%D0%B1%D0%BB%D0%B8%D0%BA%D0%B8

3. Летающая тарелка -- это просто.

http://samlib.ru/l/lemeshko_a_w/aoi.shtml 4.Создание искусственной гравитации возможно уже сегодня. https://allatra-science.org/publication/sozdanie-iskusstvennoj-gravitacii

Автор: Андрей Лемешко

Комментарии: 4, последний от 29/12/2019. © Copyright Lem Andrew (biomarket@ukr.net) Размещен: 27/01/2018, изменен: 07/05/2020. 11k. Статистика. Статья: Изобретательство Летательные машины Иллюстрации/приложения: 9 шт. Скачать FB2		Ваша оценка:

Lem Andrew : другие произведения.

Камера искусственной гравитации