Как создать гравитацию: Фантастика и Реальность

Можно ли включить гравитацию нажатием кнопки?

Представьте, вы на космическом корабле, и вам надоело болтаться в невесомости.

Хочется нормально по-человечески походить, посидеть.

Вы нажимаете кнопку или говорите бортовому компьютеру «Эй, холл 9000, включи гравитацию».

«Вас?»

тут же прижимает к полу, и вы вновь ощущаете столь привычное, приятное притяжение.

Искусственная гравитация очень часто встречается в научной фантастике.

Однако понятие это очень широкое.

В фантастике попадаются реалистичные методы создания притяжения на космических кораблях и станциях, и те, что по описанию не сильно отличаются от магии, которая лишь приукрашена кучкой наукообразных слов.

Интересно, что в кино, и особенно в сериалах с небольшим бюджетом, одна из причин, по которой технологии искусственной гравитации используются на космических кораблях, это экономия денег для киноделов.

Не нужно заморачиваться с тем, чтобы симулировать эффекты невесомости и спокойно себе снимать в декорациях, где люди ходят и делают всё как на Земле.

Но уже не в кино, а в реальности.

Есть немало причин, по которым неплохо было бы на космических кораблях и станциях создать условия, при которых люди будут ощущать притяжение.

Если и не точно такой же, как на Земле, то хотя бы заметную его долю.

И это вполне возможно сделать, хотя и не без трудностей.

Наверняка многие сразу подумали про вращающиеся станции и корабли.

Но интересно, что это далеко не единственный способ того, как создать эффекты искусственной гравитации.

Сегодня мы поговорим о таких способах.

И о том, можно ли создать искусственную гравитацию, как в кино, без всякого вращения по нажатию кнопки.

О вращении, о линейных методах, о магнитах, о том, зачем все это нужно, какие есть трудности, и какие уже были эксперименты в этой области, и много еще о чем интересном.

Ну а я Андрей, и вы на канале Космос Просто.

Дмитрий Андреевич, хорошая новость.

К нам прилетел клиент из фуд-ритейла.

Фронт, бэкэнд, девопс.

В общем, запрос на фулл девелопмент.

Можно на Изю залететь в лонгтайм B2B.

Что скажете?

Лиза, можно как-то на нашем?

Можно.

Лагаев есть барин, прибыл к нам купец из торгу провиантного.

Просит справить все, от корня до маковки.

Коль ладно все выйдет, долгий союз светит, злато исправно капать будет.

Беремся за дело сие, или на думу потребно?

Ну вот, другое дело.

Передаем, что нам это Люба.

Люба дорого?

Не дорого, а по ладным ценам.

Астон.

Импортозамещение IT-решений для вашего бизнеса.

Наша масса небольшая, если только вы не манул, который ушел на зажировку и превратился в меховой шар.

Но масса планеты несравнимо большая, даже масса манула.

И как мы знаем, все объекты на Земле подвержены действию земного притяжения или гравитации и притягиваются к ее центру.

Мы люди.

Наш вид в этих условиях эволюционировал миллионы лет.

Гравитация влияет на то, как расположены наши органы, как они работают, как развивается плод.

От нее и от определенного ее уровня зависит то, как на планете протекают физические, химические и биологические процессы.

Поэтому неудивительно, что если неподготовленный человек попадет в условия невесомости, он может испытать дискомфорт.

И ладно, там дискомфорт кратковременный, к которому можно адаптироваться.

Мы знаем, что есть и долгосрочное влияние этого состояния на организм человека.

Вот это состояние, когда космонавты летают на космической станции, называют невесомостью, микрогравитацией, на английском еще можно часто встретить фразы Zero G или Zero Gravity, нулевая гравитация.

И вот последнее вводит в заблуждение.

Гравитационное ускорение или ускорение свободного падения не бывает на той же МКС по-настоящему равно нулю.

На станцию и на всех, кто внутри находится, продолжают действовать и притяжения, пусть и очень слабые, Луны и Солнца.

Станция тормозит разреженную атмосферу.

На нее и на людей внутри действуют приливные силы, возникающие из-за гравитационного градиента, и даже давление солнечного света.

Все это вместе, вместо привычного нам на Земле 1G, дает суммарно примерно...

1 на 10 в минус шестой степени.

Ну, или одну миллионную же.

Отсюда и берется термин «микрогравитация».

Но еще, конечно, фраза «нулевая гравитация» не верна, потому что сама по себе гравитация-то никуда не девается.

Даже в самых пустых областях Вселенной.

Как мы знаем, сегодня мы описываем гравитацию как искривление массы и энергии ткани самого пространства-времени.

И когда мы говорим, что объекты притягиваются гравитационно, на самом деле они следуют этим искривленным траекториям или как бы падают в гравитационный колодец, создаваемый массивным телом.

А еще мы знаем, что из четырех фундаментальных взаимодействий Вселенной, два действуют на бесконечных расстояниях.

Электромагнетизм и, собственно, гравитация.

Да, гравитация быстро ослабевает с расстоянием, согласно закону обратных квадратов, в два раза дальше — в четыре раза слабее, в десять раз дальше — в сто раз слабее и так далее.

Поэтому на подобных иллюстрациях мы видим такие углубления с крутыми склонами.

Но интересно, что на самом деле вот эта кривая от конкретного тела никогда не выйдет на полный ноль.

Она может быть принципиально ограничена разве что возрастом тела.

Потому что, как мы сегодня считаем, гравитация распространяется со скоростью света.

А значит, гравитационное влияние могло добраться только до определенного расстояния с момента появления тела.

Ну, понятно, что и тело вроде планеты тоже не из пустоты внезапно возникло, и вещество, из которого оно состоит, было и до этого.

Но сейчас не суть.

Короче говоря, прямо сейчас на вас оказывается гравитационное влияние не только Земли, Луны и Солнца, но и Юпитера, и Проксимы Центавра, и даже сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики.

Правда, влияние это невероятно, неизмеримо слабое, но оно есть.

Ну и получается, что во Вселенной нет такого места, про которое можно было бы сказать, что там истинная нулевая гравитация.

Ну а на низкой околоземной орбите, на которой находится МКС, там не то что не нулевая гравитация.

На этой высоте 400 с небольшим километров притяжение на самом деле не намного слабее, чем на поверхности планеты.

Слабее оно всего на 11 с небольшим процентов.

Ну и то, что мы называем невесомостью, на самом деле возникает из-за свободного падения, а не отсутствия гравитации.

Парашютист пока не раскрыл парашют, летит вниз, но его ощущения будут отличаться от невесомости по ряду причин.

Потоки ветра, вокруг него воздух, который не падает вместе с ним с тем же ускорением, визуальные ориентиры и так далее.

Но вот если мы этого парашютиста поместим внутрь глухого контейнера и сбросим его с самолёта,

Конечно же, с возможностью в нужный момент выбраться из контейнера и раскрыть парашют.

Ветра внутри не будет, контейнер будет падать с тем же ускорением, что и парашютист, и он будет испытывать те же ощущения, что и космонавт на МКС.

Недолго, правда.

Ну и для того, чтобы испытать ощущение невесомости и не сбрасывать каждый раз контейнер из высоты, придумали самолет, летающий по параболической траектории.

который ныряет вниз, на секунд 20-30 создает эффект невесомости, но потом опять взлетает и может проделать этот маневр еще раз и еще.

Интересно, кстати, что при съемках фильма «Аполлон-13» использовался именно такой самолет, и там невесомость хоть и не космическая, но вполне себе настоящая.

Ни тросы, ни спецэффекты.

Ну вот и МКС.

Это по сути то же самое, что контейнер с парашютистом.

Она тоже падает на Землю, с одной лишь разницей.

Она постоянно мимо Земли промахивается, из-за того, что ее скорость достаточно высокая.

Чем большую скорость мы придадим мячу, который бросаем, тем дальше он полетит.

И аппараты на орбите мы просто кинули так сильно, что траектория полета замкнулась на себе.

То есть они вышли на орбиту.

Но если мы МКС достаточно притормозим, то притяжение Земли вполне себе ее притянет и она упадет.

Что, как я недавно говорил, произойдет в 2030 году.

В общем, здесь невесомость связана не с отсутствием гравитации как таковой, а со свободным падением станции и всем, что внутри нее.

Немного отличаться будет ситуация на межпланетном корабле, когда мы, например, полетим на Марс.

Если полетим.

В межпланетном пространстве в моменты, когда мы будем уже не прямо рядом с планетой и ее мощной гравитацией, а достаточно далеко от массивных тел.

Но и в первом, и во втором случае невесомость будет являться проблемой.

Сейчас становится все больше космических туристов.

Для них, учитывая, что полеты в большинстве случаев будут краткосрочными, это не должно составить особой проблемы.

Наоборот, туристу-то как раз прикольно в невесомости побултыхаться.

Но вот когда пребывание в этом состоянии долгосрочное, это уже другое дело.

Пока люди летают только на низкую околоземную орбиту.

Вероятно, в относительно недалеком будущем будут летать к Луне.

Если когда-то полетят на Марс, то путь в один конец будет занимать при использовании современных двигателей и технологий месяцев семь.

Семь месяцев микрогравитации.

В принципе, уже сейчас космонавты проводили в космосе больше времени за раз.

То есть для такого полёта отсутствие привычного притяжения для подготовленных людей не будет являться непреодолимым барьером.

Но всё же без последствий для организма тоже не обойдётся.

Самый известный эффект — это, наверное, атрофирование мышц.

Это отчасти можно нивелировать регулярной физической нагрузкой.

чем люди на МКС и занимаются.

Но это не все, что происходит с организмом.

При долгом нахождении в условиях микрогравитации снижается содержание минералов в костях, и в результате они ослабевают.

Ученые фиксировали изменения в мозге, еще в зрительном аппарате, что, вероятно, связано с поведением жидкости в организме в состоянии невесомости.

Негативное влияние оказывается на сердечно-сосудистую систему, на иммунитет, а еще не только на физиологию, но и психологию.

Короче говоря, удар по организму по всем фронтам.

Ну и, конечно, нужно не забывать про элементарный комфорт.

Летать в невесомости, конечно, должно быть весело.

Но вот как дело доходит до элементарных дел вроде попить, поесть, в туалет сходить, уже приходится прибегать к ухищрениям.

Кто знает, может, когда-то люди полетят не только к Марсу, но и к Юпитеру.

Про межзвездные перелеты я вообще молчу.

Все это должно занимать намного больше времени, если, конечно, не будет каких-то принципиальных прорывов по технологиям двигателей.

Правда, нужно не забывать, что кроме притяжения там есть еще куча проблем вроде космической радиации.

Но это отдельная история, и про нее я уже делал видео.

Но и без далеких полетов в будущем могут появиться большие орбитальные станции и орбитальные города, где люди смогут находиться подолгу.

Возможно, например, какая-то еда будет производиться прямо там, допустим, для выращивания различных сельскохозяйственных культур, тоже нормальное притяжение не помешает.

В общем, пока до сих пор без искусственной гравитации обходиться удавалось.

Но вот в будущем лучше что-то тут придумать.

Мы уже выяснили, что мы можем сами создавать ситуации, при которых ощущение притяжения будет отсутствовать.

То есть в одну сторону мы можем ну как бы манипулировать гравитацией.

Хотя, конечно, не совсем.

Но почему бы нам не быть способными сделать то же самое, только в другую сторону?

Возьмём в качестве примера Star Trek.

Экипаж звездолётов там спокойно ходит по полу, и вообще всё работает так, будто на корабле действует обычное притяжение.

При этом корабль не вращается, и притяжение работает даже когда корабль не ускоряется и просто висит в пространстве.

По сюжету этого помогает добиться генератор гравитации.

По всему кораблю установлены специальные гравитационные пластины, которые как бы излучают гравитоны, и они буквально создают гравитацию, а не просто аналогичный эффект.

Причём можно даже делать гравитацию слабее или сильнее в конкретном месте.

И, например, когда на твой корабль вломились недоброжелатели, можно прямо под ними увеличить на время притяжение, чтобы их прижало к полу.

Тут, кстати, часто обсуждается что-то вроде сюжетной дыры.

Дескать, что бы ни происходило на корабле в Стартреке — терял бы он щиты, получал пробоину, полностью терял бы питание — генерация гравитации почему-то продолжает работать.

Даже на каком-нибудь заброшенном корабле, который до этого мог сотни лет болтаться в космосе.

Похожим образом с использованием некоего устройства искусственная гравитация работает на звездолетах, в звездных войнах и много где еще.

Вот в так называемой твердой научной фантастике, в которой очень большое внимание уделяется технической составляющей и научной достоверности хотя бы гипотетических, еще не существующих технологий,

обычно стараются избегать таких вот почти магических генераторов гравитации.

С точки зрения реализма, вот это объяснение через поток гравитонов или создание силового поля — это, по сути, просто попытка отмахнуться от реального объяснения.

Понятно, что для художественного произведения это и не обязательно.

И когда к такому описанию прибегают, это, по сути, почти равнозначно объяснению

Космическая магия, только более умными словами.

Кроме создания гравитации на корабле, есть и другие интересные применения подобным устройствам в сюжетах.

Один пример с обездвиживанием недоброжелателей я уже привел.

Еще часто встречаются захватывающие и притягивающие лучи.

А в сериале «Андромеда» придумали хитрый трюк.

Генераторы гравитационного поля не только создают притяжение на корабле, но ещё и уменьшают массу самого звездолёта до менее чем одного килограмма.

А это сильно облегчает работу двигателей корабля.

Но это, конечно, интересные, но лишь фантазии.

Но можно ли попытаться придумать более реалистичное объяснение того, что мы видим в Стартреке?

Или даже придумать концепцию гипотетического генератора гравитации, который, скажем, мы пока построить не способны, но вот в будущем этого исключить нельзя.

Ну или какая-то сверхразвитая цивилизация могла бы сделать сейчас.

Что касается именно гравитации, я уже сегодня сказал, что мы понимаем под гравитацией — искривление пространства-времени массой энергии.

Если подумать наивно и пока не особо заморачиваться деталями, чтобы создать на корабле притяжение как на Земле, и чтобы это была именно настоящая гравитация, а не схожий эффект,

Нужно, ну, грубо говоря, под пол корабля запихать массу всей нашей планеты.

Ну, а если сделать корабль размером и массой с планету, можно просто движки к планете приделать.

Я о такой идее, кстати, уже делал видео.

Но если мы не хотим такого огромного корабля...

Чисто технически вещество может быть упаковано намного плотнее, чем мы привыкли, и в природе есть такие примеры.

Вы наверняка вспомните про нейтронные звезды и уже заезженное предложение «ложка вещества нейтронной звезды сравнима по массе с гигантской горой».

Можно пофантазировать о том, что люди научились сжимать вещество так сильно, построили огромный корабль и разместили с одной стороны пусть даже не массу целой Земли, а хотя бы Луны.

И вот, пожалуйста, у вас будет буквально источник гравитации на корабле.

Просто куча массы с одной стороны.

Но это, конечно, полная ерунда, ибо у такой идеи куча фундаментальных проблем.

Ну, допустим, мы смогли эту массу плотно упаковать.

Но масса-то не уменьшилась.

Как нам ускорять корабль массой в Луну?

Марс, и тем более в Землю.

Двигателям будет такой корабль ускорять не проще, чем сами планеты.

Если бы у нас такие двигатели и были бы, тогда уж проще их просто к планете присандалить, место за то сколько будет, а то ускорять такую массу, но малого размера, как будто вдвойне бессмысленно.

Еще одна проблема вещества огромной плотности – это приливные силы.

Помните историю с черными дырами звездной массы и с пагеттификацией?

Даже когда мы просто стоим на земле в нормальных условиях, на наши ноги действует чуть больше притяжения, чем на голову.

Потому что ноги ближе к земле.

Есть гравитационный градиент, и из-за неоднородного воздействия на тело возникают приливные силы.

Но когда много массы сконцентрировано в малом объеме, эти приливные силы становятся очень мощными.

И черная дыра звездной массы, как и нейтронная звезда, разорвет на части, а то и на частицы, любой объект, который подберется к ним слишком близко.

Если мы, ну скажем, выстелим пол корабля с суперплотной материей, возникнут подобные очень мощные приливные силы.

И сам корабль их не выдержит.

Плюс, если мы разместим это вещество, скажем, в форме круга, а корабль будет похож на летающую тарелку, странным будет и направление притяжения.

Эта масса не будет притягивать просто вниз одинаково в любой точке корабля, ведь притяжение будет идти к центру масс, из-за чего будут возникать странные эффекты.

Это один из старых аргументов насчёт невозможности плоской Земли.

Потому что если бы она действительно была плоской, то, учитывая то, как работает гравитация, нормально она ощущалась бы только в центре.

И там мы могли бы стоять вертикально.

А вот чем дальше от центра, тем заметнее менялось бы направление притяжения.

И человек ощущал бы, будто взбирается по склону, который становится все круче и круче.

Это еще в старом видео от Vsauce хорошо рассказывалось и показывалось.

В общем, так себе затея.

Но это такой метод на пролом.

Понимаем гравитацию как влияние массы энергии на пространство-время, пихаем массу.

Сделать какое-нибудь поле из гравитонов, как в Стартреке?

Мы вообще даже не уверены, что эти гравитоны существуют.

Пока это исключительно гипотетические частицы.

Если хотите о них узнать поподробнее, да, я делал о них видео.

Ссылка будет в описании.

В общем, как создать именно настоящую заправскую гравитацию, мы не знаем.

И не факт, что это вообще возможно в том виде, как это показывается в фантастических фильмах и сериалах.

Но все же создать притяжение, которое включалось бы нажатием кнопки и в основе которого лежало бы некое поле, можно.

Только поле это уже не гравитационное, а магнитное.

Если среди тех, кто сейчас смотрит это видео, есть конспирологи, привет, ребят, вы, наверное, уже потираете ручки.

Причем этому могли обрадоваться товарищи разных мастей.

Например, про магнетизм в контексте гравитации любят рассуждать, конечно же, плоскоземельщики.

Гравитацию они не любят, потому что законы гравитации

не очень стыкуются с Землей в виде плоского блина.

И одну из причин я уже назвал.

Ну и вообще, плоского объекта с массой Земли из известных нам материалов существовать не может, потому что гравитация при достижении определенной массы заставляет принимать объекты шарообразную форму.

Но как-то им нужно объяснить то, что вещи падают вниз.

И вот одно из множества не стыкующихся друг с другом объяснений – магнетизм.

Дескать, всё притягивается к Земле под воздействием магнитного поля.

Непонятно, правда, тогда почему к ней одинаково притягиваются и магнитные, и немагнитные материалы?

Почему объект железный не летит быстрее к Земле, чем резиновый?

А потому что, естественно, магнитное поле тут ни при чем.

Еще одни любители похожей логики – сторонники гипотезы электрической вселенной.

О них я тоже делал видео.

Но хоть идея притяжения через магниты и используется маргинальными направлениями, это не значит, что ее совсем нельзя никак использовать.

В контексте того, о чем мы с вами говорим сегодня.

И тут есть два пути.

Первый – это использование диамагнетизма.

один из видов магнетизма, который свойственен материалам, не имеющим своего магнитного момента.

И когда такое вещество помещается в магнитное поле, в нём индуцируется своё магнитное поле с направлением, противоположным влияющему на него полю.

В итоге создаётся отталкивающая сила.

Наверняка вы видели кадры с левитирующими сверхпроводниками, охлаждёнными до низких температур.

Сверхпроводники – отличные диамагниты.

Но еще при наличии достаточно мощного магнитного поля такой эффект может возникнуть и у объектов, от которых мы такого интуитивно не ждем.

Возможно, вы видели вот такие кадры.

Левитирующая в магнитном поле лягушка.

В принципе, подобное можно провернуть не только с лягушкой.

С кошкой, собакой и человеком.

Правда, здесь речь о левитации.

А нам-то нужно притяжение.

Но опять же можно пофантазировать, что мы разместим мощный магнит не в полу, а наоборот в потолке.

И тогда это создаст как бы прижимающую силу, которая при определенном раскладе можно рассмотреть как искусственную гравитацию.

Но и тут у нас проблемы.

Чтобы имитировать земное притяжение в 1G, нужны невероятно мощные, огромные магниты.

Еще и охлаждаемые до очень низких температур.

Чтобы заставить левитировать маленькую лягушку в небольшом ограниченном пространстве, потребовался магнит мощностью в 10 Тесла.

У экспериментальных термоядерных реакторов мощность магнитов измеряется десятками Тесла.

А тут еще нужен эффект постоянный и на большой площади.

Масса такой системы будет очень большая.

Не столь огромная, как целая Луна, конечно, но всё равно это сильно утяжеляет корабль.

Звучит всё равно лучше, чем предыдущая идея со сверхплотным веществом.

Но тут возникает другая проблема.

Такой отталкивающий эффект будет оказываться только на диамагнитные материалы.

Но что будет с другими веществами?

Скажем, какими-то предметами из железа в столь мощном магнитном поле?

Нам не просто так говорят, снять всё металлическое, когда мы делаем МРТ.

Короче, на таком корабле придётся полностью избавиться от любых не диамагнитных материалов.

Как это сделать на практике, я себе плохо представляю.

Может, всё выглядело бы как в работах Гигера, где всё выглядит таким биологическим.

Или как в игре Scorn, дизайнеры которой вдохновлялись Гигером.

Вообще самый реалистичный способ использовать магниты для хотя бы какого-то подобия гравитации был показан, например, в Экспансии.

Магнитные сапоги.

Они хотя бы позволяют как-то ходить по полу в более привычном вертикальном положении.

Можно магниты добавлять в предметы, чтобы инструменты там магнитились к поверхностям и так далее.

Но это, естественно, не повлияет на внутренние органы, жидкости и все остальное.

В общем, это скорее промежуточный вариант для некоторых ситуаций.

А теперь давайте поговорим о более реалистичных сценариях.

И экспансию мы сегодня еще вспомним.

Существует два способа, используя которые мы прямо сейчас могли бы, ввалив достаточно ресурсов, создать станцию или корабль с искусственной гравитацией хотя бы в каком-то виде.

Первый – вращение, второй – линейное ускорение.

Вращение, наверное, самый известный и реалистичный вариант.

К тому же в определённой степени изученный, и хоть до сих пор он не применялся полноценно, уже были некоторые эксперименты с такой искусственной гравитацией.

В фантастике решения с вращением используются очень часто.

Это уже легендарные станции и корабли с Космической Одиссеи 2001 года, серия игр Halo, роман Мир Кольцо.

Станции в играх Elite Dangerous, Nier Automata и так далее, и так далее.

Принцип действия здесь очень простой, и думаю, для многих из вас он не является секретом.

Тут можно вспомнить стандартный пример с ведром воды на веревке.

Если мы раскручиваем ведро достаточно сильно, вода из него не выливается, даже когда ведро как бы вверх ногами.

вода прижимается ко дну.

Обычно это объясняют центробежной силой.

Мы знаем, что центробежная сила — это вообще не настоящая, а псевдо- или инерционная сила.

Эффект, который мы называем центробежной силой, возникает из-за действия реальной центростремительной силы,

или из-за центростремительного ускорения.

В примере с ведром — натяжение верёвки и ускорение, направленное от ведра к центру вращения.

Но для нас главное сейчас, что вращение позволяет нам создать эффект, который будет похож на гравитацию.

Мы можем взять тот же принцип с ведром и верёвкой, сделать ведро герметичным, увеличить в размерах, добавить системы жизнеобеспечения и всё, что нужно, и запустить это дело в космос.

Это ещё один из вариантов конфигурации аппарата или станции с искусственной гравитацией через вращение.

Допустим, два модуля, которые соединяются тросом или некой структурой, ну и раскручиваем всё это дело.

И на аналоге дна ведра у нас будет создаваться эффект притяжения.

Можно, например, так с одной стороны разместить реактор для выработки энергии, а на другой — модули для экипажа.

Так у нас реактор подальше и притяжение будет.

А вообще есть разные варианты предлагаемых дизайнов космических аппаратов или станций, в которых притяжение создается таким образом.

К примеру, необязательно для этого раскручивать весь корабль.

На корабле может быть отдельная центрифуга, в которой будет создаваться притяжение, а в других частях корабля будет невесомость.

Подобный дизайн был, например, у корабля «Гермес» в «Марсианине» или в фильме «Европа.

Репорт».

И не только там.

Это такой компромиссный вариант, при котором не приходится раскручивать целый корабль и проектировать всё вокруг этого.

Но это даёт возможность экипажу хотя бы какое-то время проводить в условиях притяжения, чтобы снизить негативные эффекты, вызываемые долгим пребыванием в невесомости.

Для полного и постоянного вращения тоже предлагаются разные конфигурации.

Одну я уже назвал.

Самый известный пример – это кольцо Эллитор.

Ещё есть вариант цилиндра.

Тут можно вспомнить про концепцию цилиндров О'Нилла – гигантской станции из двух цилиндров, каждый диаметром 8 километров, а длиной аж 32.

На внутренней поверхности вращающихся цилиндров создавалось бы искусственное притяжение и размещались бы целые города.

В теории такое построить можно, но учитывая, что пока самая большая рукотворная конструкция в космосе МКС лишь чуть больше 100 метров в длину, до 32-х километровых станций нам еще очень далеко.

Я как-то рассказывал об идее строить космические города из астероидов.

Учитывая, что гравитация их сама по себе слабая, там тоже предлагается использовать вращение для создания притяжения.

Мы знаем, что такой подход в принципе будет работать, потому что здесь задействована элементарная физика, которую мы хорошо понимаем.

Подобные эффекты ощущал каждый из вас.

Например, катаясь на карусели или даже при резком повороте на автомобиле, когда нас дергает вправо или влево.

Проводились эксперименты с центрифугами на Земле, но нас, конечно, больше всего интересуют эксперименты в космосе.

Может, кто-то вспомнит вот такие кадры с астронавтами, бегающими по кругу на космической станции Skylab.

Но здесь нет никакой искусственной гравитации.

И на других кадрах астронавты прекрасно выполняют различные трюки в невесомости.

К тому же при таком небольшом радиусе делать искусственную гравитацию через вращение может быть не очень хорошей идеей.

Реальный же тест искусственной гравитации в космосе, правда, не на людях, а на животных, проводился, например...

В рамках советской миссии «Космос-936» в 1977 году, в которой также принимали участие и другие страны, на борту аппарата, среди прочего, размещалась вот такая центрифуга, внутри которой сидели крысы.

Центрифуга вращалась и создавала для крыс протяжение в 1G.

как на Земле.

В то же время на аппарате были еще крысы уже не в центрифуге, то есть они весь полет проводили в невесомости.

Миссия длилась 19 дней, после чего животные благополучно вернулись на Землю, где их изучили ученые.

Они сравнили состояние крыс из двух групп, с искусственной гравитацией и без.

И обнаружили, что центрифуга помогла избежать ряда негативных эффектов, вызываемых невесомостью.

Например, кости и мышцы центрифуговых крыс не ослабли так, как у второй группы.

Были и другие подобные эксперименты с центрифугой, например, миссия «Космос-782».

Люди тоже испытывали искусственную гравитацию, созданную с помощью вращения, правда, лишь очень слабую.

14 сентября 1966 года аппарат Gemini 11 был присоединен тросом к другому аппарату от Джена.

Астронавты добились натяжения троса и затем медленного вращения всей системы, включения маневровых двигателей.

В результате возник эффект искусственной гравитации в 0,015g.

Ну, я же сказал, очень слабая.

Вообще то, какой силы искусственного притяжения можно добиться, зависит от двух основных параметров.

От радиуса и скорости вращения.

Если мы берем вариант с кольцом, то чем меньше радиус кольца, тем выше должна быть скорость вращения.

чтобы добиться какого-то полезного уровня притяжения.

А это значит, что при проектировании такой системы мы должны учитывать и комфорт людей, и создаваемый уровень искусственной гравитации.

В принципе, необязательно пытаться добиться одного же.

На эту тему есть разные исследования, и по некоторым оценкам, для ощутимого эффекта и снижения негативных действий хорошо бы создать притяжение хотя бы в 30% от земного, что немного ниже притяжения на Марсе.

Но лучше, конечно, 1G.

И вот при наличии целевого притяжения мы можем либо менять радиус конструкции, либо скорость вращения, чтобы добиться необходимого уровня.

Хотелось бы, чтобы и люди ощущали себя комфортно.

И при этом, чтобы размер аппарата или станции не вырос до такой степени, чтобы мы не смогли его построить.

Но что с дискомфорт?

Ну вот я сказал, что делать искусственную гравитацию на Skylab была бы так себе идея, учитывая небольшой её размер.

Он не сильно отличается от карусели вроде какого-нибудь сюрприза.

Ставьте лайк, если успели покататься на советских аттракционах.

Ну вот и представьте себе кататься на таком постоянно, без возможности выйти, пусть и не на максимальной мощности.

Вестибулярный аппарат может сказать вам «Привет».

Тут есть пара нюансов.

Во-первых, гравитационный градиент.

Как я уже сказал, искусственное притяжение в таком кольце зависит от радиуса.

И оно отличается вдоль радиуса.

Если вы стоите на внутренней стороне кольца, то сильнее всего притяжение у ваших ног и слабее всего у головы.

И чем меньше радиус вращающегося кольца, тем сильнее эта разница.

И соответственно наоборот.

Если станция большая, то для человека эта разница будет менее заметна.

В моем видео о городах из астероидов я рассказывал о проекте, в котором на внутренней стороне размещаются многоэтажные башни.

И сам человек не ощущает большой разницы, но вот зато на разных этажах будет отличаться притяжение.

Люди могут жить на этажах с самым комфортным уровнем в 1G.

Но если есть этажи дальше от центра вращения, с еще более сильной искусственной гравитацией, эти этажи можно использовать, например, для силовых тренировок.

Еще один важный эффект, который нужно учитывать, это эффект или сила Кориолиса.

Вообще правильнее ударение вроде как Кориолиса, но как будто чаще говорят Кориолиса.

Это еще одна псевдо- или инерционная сила, связанная с вращением.

Это тот самый эффект, который закручивает циклоны на земле, и он связан с ее вращением.

Эффект возникает во вращающейся системе отсчета.

Для нас здесь главное то, что пока человек, например, просто стоит и не двигается на внутренней стенке вращающегося кольца станции, он ощущает только притяжение к полу.

Но вот когда он начинает двигаться, на него ещё начинает действовать эффект Кориолиса.

В «Космической Одиссее» 2001 года, где радиус вращения маленький, герои спокойно поднимаются и спускаются по лестницам к центру вращения.

В данном случае декорации, в которых велись съёмки, не вращались.

Но если бы вращались, то герои ощутили бы ещё и эффект Кореалиса.

Их как бы толкало вправо или влево относительно лестницы.

Проблемы этот эффект может создавать и вот при таком беге на таком малом радиусе.

И этот эффект может тоже сильно ударить по вестибулярному аппарату.

И укачать.

Опять же, чем меньше радиус, тем быстрее нужно вращение и тем сильнее этот эффект.

И чем больше комфорта мы хотим, тем больше должно быть кольцо.

В некоторых старых расчетах вообще для низкой скорости вращения и притяжения в 1G называлась постройка с радиусом в 90 километров.

Но потом эти оценки посчитали слишком консервативными.

Балансируя уровнем притяжения, меняя дизайн,

В принципе, возможно ограничиться и конструкцией с радиусом в десятки не километров, а метров.

Несколько лет назад компания, которая тогда еще называлась Orbital Assembly, а теперь переименовалась в Above Space Development Corporation, заявляла, что они собираются построить космический отель в форме кольца с искусственной гравитацией.

Радиус такой станции составлял бы 100 метров.

И, по словам компании, это позволяло бы добиться притяжения, сравнимого с лунным.

То есть одна шестая от земного.

Начать строительство космического отеля они грозились в 2025-м, то есть уже.

Но никакого строительства не началось.

И даже нет информации, получил ли проект какое-то серьезное финансирование.

Но есть еще один интересный способ создания искусственного притяжения, который не страдает от проблем, связанных с вращением.

У него есть, правда, свои проблемы.

Тут можно вспомнить Эйнштейновский принцип эквивалентности сил гравитации и инерции.

Я сегодня приводил пример с падающим контейнером и невесомостью.

Так вот, тут приводят популярный пример, только в обратную сторону.

С ракетой в космосе, которая ускоряется с ускорением, равным ускорению свободного падения на Земле.

Ну, и человек внутри этой ракеты или контейнера будет ощущать притяжение такое же, как на Земле, и даже разницы не заметит.

В идеальном сценарии, где нет никаких вибраций, звуков, визуальных ориентиров, человек внутри даже не сможет быть уверен, где он.

На Земле или ускоряется в космосе.

Короче говоря, это еще один способ создать искусственную гравитацию.

Постоянно ускоряться, двигаясь по прямой.

Кстати, я уже сегодня вспоминал моих друзей-плоскоземельщиков и их попытки объяснить земное притяжение.

И по версии некоторых из них, нас притягивает к Земле потому что...

Плоский блин Земля летит вверх с постоянным ускорением 9,8 метров в секунду в квадрате.

Да, действительно, это намного проще.

Только вот что ускоряет целую Землю?

Какие мегадвигатели?

Откуда энергия?

А ничего тот факт, что... Извините.

А ничего, что с таким постоянным ускорением Земля...

Где-то так за месяц с небольшим достигнет 10% скорости света, а потом со временем будет подбираться все ближе к скорости света, хотя никогда 100% и не достигнет.

Ну да ладно.

Для космического корабля этот вариант в определенной степени действительно может сработать.

Тут большой плюс в том, что, как я сказал, не будет гравитационных градиентов и эффектов кориолиса.

Этот способ более естественен для нас и больше похож на обычное притяжение.

Такой корабль по проекту может быть похож на многоэтажное здание, и на всех этажах будет одинаковое притяжение при включенном ускорении.

Так, кстати, создавалась искусственная гравитация на многих кораблях в Экспансии.

Вот, например, корабль Росинанта в разрезе.

И как раз он выглядит как вертикальное здание.

Двигатель внизу, и при ускорении создаётся притяжение.

Но главная проблема в том, что для этого нужно постоянно ускоряться.

Например, как будто бы для орбитальной станции этот вариант уже не подойдёт, потому что она не будет лететь по прямой.

При вращении мы можем один раз раскрутить корабль, и в космосе, в отсутствие трения, он будет вращаться и создавать таким образом искусственную гравитацию почти сколько угодно.

А вот притяжение через линейное ускорение будет работать только пока у нас включены двигатели.

А это значит, для этого нужна будет куча топлива.

Сейчас межпланетные станции с обычными химическими двигателями не ускоряются большую часть своего пути.

Они запускаются химическими двигателями с Земли и включают свои двигатели на короткое время для достижения нужной скорости и выхода на нужную траекторию, и для совершения манёвров.

В остальное время они летят без ускорения.

Если бы они ускорялись постоянно, то они могли бы добраться до места назначения намного быстрее.

Если с постоянным ускорением 9,8 метров в секунду в квадрате лететь, а потом так же тормозить, то до Марса можно было бы добраться не за 7 месяцев, а за 2-5 дней.

Но для этого нужно слишком много топлива, если речь о классических химических двигателях.

Плюс ускорение, создаваемое химическими двигателями, больше, чем нужные 9,8 метров в секунду в квадрате.

Можно, конечно, и послабее сделать, но всё равно это будут лишь короткие включения, а не постоянное ускорение.

Электрические же двигатели, вроде ионных, о которых я подробно рассказывал в отдельном видео, могут создавать ускорение почти на протяжении всего полёта.

Вот, к примеру, траектория полёта аппарата «Дон», на котором был установлен ионный двигатель.

Здесь его траектория окрашена в синий в моменты, когда у него был включен двигатель.

И мы видим, что аппарат ускорялся большую часть пути.

Но тяга этих двигателей очень слабая, и ускоряются они медленно.

Такие двигатели в нынешнем виде не создадут хоть сколько-нибудь приемлемого притяжения.

В общем, по-хорошему, тут нужен какой-то новый тип двигателей, который не требовал бы огромной массы топлива и имел бы приемлемую тягу.

Может, какие-нибудь варианты ядерных двигателей будущего.

Ну и можно в итоге представить себе такой корабль-небоскреб, который начинает движение, летит с постоянным ускорением полпути, и весь экипаж живет в условиях нормального притяжения.

Потом корабль разворачивается и начинает тормозить.

В итоге почти на протяжении всего пути один же.

Ну или заметная его доля при меньшем ускорении.

Но, наверное, раньше всего есть шансы получить в космосе искусственную гравитацию именно через вращение.

Отель, жаль, строить не начали.

Но, может, будут другие проекты в относительно недалеком будущем.

В ближайшее же время, если вдруг вы каким-то чудом окажетесь в космосе, то придется болтаться в невесомости.

Друзья, спасибо за просмотры.

Напоминаю, что мои видео выходят во многом благодаря вам, и вы можете поддержать меня напрямую на Boosty, на Patreon и на YouTube.

И все, кто меня поддерживают, каждые две недели получают дополнительное эксклюзивное видео и другие приятные бонусы.

Так мы меньше зависим от алгоритмов, рекламы и всего остального.

Ну и, конечно, не забывайте подписываться на мой Telegram-канал, группу ВКонтакте.

чтобы почти каждый день получать дополнительный космический контент и всегда оставаться на связи.

Еще раз всем спасибо.

Пока.