Парение в воздухе

В какой-то мере невесомость можно имитировать и парением в воздухе. В этом случае космонавт может стать невесомым «в одном измерении». На снимке, помещенном на рисунке 7, показано, как космонавт М. Коллинз, закрепленный в раме, опоры которой находятся на воздушной подушке, обучается действовать ручной маневровой установкой (пистолетом). Так как благодаря воздушной подушке трение между полом и рамой практически отсутствует, характер движений космонавта, правда, только в горизонтальной плоскости, в какой-то мере соответствует особенностям передвижения в космосе.

Рисунок 7 - Имитация невесомости в горизонтальной плоскости. Космонавт М.Коллинз тренируется в пользовании ручной маневровой установкой для передвижения в космосе. Тренажер представляет собой подвеску в раме с тремя опорами на воздушной подушке.

Знаменитая башня Института робототехники — не только привлекающее внимание хай-тек сооружение, но и место, где располагается уникальный стенд — испытательная установка для исследования сложных объектов в условиях имитации невесомости (недавно её использовали в проекте по стыковке космических аппаратов). Это устройство считается самой масштабной прикладной разработкой ЦНИИ РТК, который ведёт свою историю с 1968 года. Тогда на базе Ленинградского политехнического института было создано особое конструкторское бюро технической кибернетики, чтобы заниматься проблемами управления в экстремальных ситуациях. Эти задачи не допускали ошибок, потому что решались в космосе. В последующие годы специалисты института создали аппаратуру для межпланетных станций «Луна», «Марс», «Фобос», разработали десятки робототехнических устройств, некоторые из них использовались, например, при ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС, Сегодня установки Института робототехники, ведущего в своей области исследовательского центра, и не только в России, применяются практически во всех сферах деятельности: аэрокосмической, медицинской, нефтяной и многих других.

1.5.Имитация гравитации

Современная техника пока не дает возможности создать на Земле условия, лишенные действия сил гравиции. Следовательно, пока нельзя поставить опыты, которые дали бы прямой ответ на вопрос о том, как влияет на организм состояние длительной невесомости. Вместе с тем этот вопрос далеко не праздный, ибо за освоением нашего ближайшего спутника — Луны встанет вопрос о полетах на ближайшие планеты — Марс и Венеру. Нет никаких оснований думать, что человек ограничит себя только этими целями.

Гравитационное поле, неизменный природный фактор нашего существования, сыграло важнейшую роль в эволюции человека и наземных животных. Однако гравитационная физиология - наука о месте гравитационных сил и взаимодействий в структурно -функциональной организации живых систем - возникла не так давно, всего полвека назад. Чтобы понять, до какой степени живые организмы зависят от силы земного притяжения, потребовалось это притяжение преодолеть, то есть выйти в космос. Специалисты по гравитационной физиологии регулярно встречаются вместе, чтобы рассказать о своих исследованиях и обсудить проблемы.

Притяжение Земли настолько естественно, что мы его почти не замечаем. Да и как можно заметить силу, которая действует всегда и практически постоянна по величине? Тем не менее гравитация "учтена" практически во всех функциональных системах организма, на всех уровнях, от клеток до скелета. Но чтобы человек наконец-то обратил на гравитацию внимание, потребовался прыжок в космос, туда, где сила тяжести практически исчезает. Конечно, догадку о невесомости высказал еще Жюль Верн, а идею орбитальной станции предложил Циолковский, но все же только после первых запусков на орбиту животных и человека люди впервые по-настоящему осознали, насколько сильно функционирование живого организма зависит от величины гравитационных сил. Именно с началом космической эры возникла гравитационная биология как наука. У нас в стране такие исследования сосредоточились в Институте медико- биологических проблем РАН.

Мировая космонавтика фактически подошла к новому этапу своего развития. Создаются проекты межпланетных пилотируемых полётов. Появились и новые обитатели космических станций - космические туристы. Но реализация таких проектов сдерживается отсутствием средств создания безвредной искусственной гравитации. Наличие таких средств, определило бы и какими средствами формировать межпланетные экспедиции.

Всё это необходимо ради науки и безопасности экипажей, подготовку и осуществление таких полётов необходимо осуществлять общими силами мировых космических агенств. Сроки реализации проектов были бы значительно короче и с меньшими проблемами для каждого агенства в отдельности, а без соперничества и спешки безопасность полётов будет выше, особенно если полёт на Марс (с подстраховками) детально будет отработан при полётах на Луну, где больше возможностей без жертв исправлять ошибки.

В реальности же существует проект «Марс - 500». Планируется проведения эксперимента пребывания экипажа в изоляции продолжительностью 105 суток, а за тем продолжительностью 520 суток. Оценить «чистоту» эксперимента совсем не сложно. Для этого достаточно ответить на такой вопрос: как можно имитировать стрессовую ситуацию и психологическую реакцию на неё в земных условиях с гравитацией и с гарантией безопасности?

И это не единственный пример. После таких экспериментов космонавты оказываются не подготовленными к космическим реалиям, а они давно заслужили и более комфортных условий на КС и пора хотя бы сейчас вспомнить об этом.

Ещё во времена Королёва была идея создавать искусственную гравитацию вращающимся тором. Но на пути реализации этой идеи стояло сразу несколько технических проблем. Это, вращающаяся поверхность, ненадежность герметизации соединений вращающихся и не вращающихся частей, проблемы стыковки с такой конструкцией, экономичность и стабильность вращения относительно пространства и без воздействий на другие системы КС и т.д. В наше время существуют примитивные средства, такие как «беговые дорожки» и «короткорадиусные центрифуги» • с медикаментозным дополнением. Их использование при полетах на Марс, было бы безжалостным по отношению к космонавтам, которые и так проходят достаточно испытаний на выносливость, не говоря о не малом риске.

1.6.Модуль с искусственной гравитацией

С целью устранения выше упомянутой проблемы, в Украине запатентованный «Модуль с искусственной гравитацией», который коренным образом меняет психологические и физиологические условия пребывания на КС космонавтов и космических туристов, которые можно даже назвать комфортными. Возможности «Модуля...» превзошли ожидания. Рациональная конфигурация «Модуля...» сняла все казавшиеся ранее технические проблемы, и оказалось, что его название не отражает всю полноту его возможностей.

Технические решения «Модуля...» настолько неожиданны, что действительно трудно поверить в реальные возможности «Модуля...» без знакомства с ним. Поэтому, для ознакомления раскрывается часть сути конструкции и возможностей и только система вращения кабин (комнат) останется как "ноу-хау".

Рисунок 8 - Схема модуля с искусственной гравитацией

Конструкция «Модуля...» сборная, трансформируемая, наружная часть вся неподвижная. На осевом виде, места соединений обозначены двойными линиями. Внешняя часть имеет торроидоподобную форму. Её неподвижность важна при выходах в открытый космос, при установке наружного оборудования и его обслуживании, при наблюдениях за космосом, а главное - сборка только неподвижных частей обеспечивает надежную герметизацию. В центре по оси расположен центральный шлюзовой отсек (далее ЦО), который сообщается с тором через радиальные и поперечные отсеки. Неподвижность ЦО важна для стыковок. Тор собирается из линейных секций, что упрощает технологию их изготовления, а при сборке их по несколько штук с поворотом меж собой на 180*, они складываются прямой трубой. Это важно при транспортировке на орбиту. Доставка секций и отсеков «Модуля...» осуществляется целенаправленно и попутно, но в определенной последовательности. ЦО доводится на земле до рабочего состояния, то есть стыковочные узлы и шлюзы должны быть рабочими, а «окна» для присоединения радиальных отсеков должны быть закрыты с возможностью их открыть при собранном «Модуле...». ЦО, пристыкованный к транспортнику, первый доставляется на действующую КС, и вторым стыковочным узлом они пристыковуются к КС. После отстыковки транспортника, КС будет готова принимать очередные грузовики стыковочным узлом уже пристыкованного ЦО. Вблизи стыковочного узла ЦО предусмотрено место установки сборочно-перегрузочного манипулятора. Затем доставляются и устанавливаются радиальные и поперечные отсеки, используя манипулятор. Последним собирается тор и присоединяется к поперечным отсекам, то же с использованием манипулятора. После сборки «Модуль...» заполняется воздухом, испытывается на герметичность и экипаж в лёгких костюмах приступает к внутренним работам.

Некоторые секции тора сбоку имеют «окна» для присоединения секций с оборудованием различного назначения, а некоторые из них могут использоваться для приема доставляемых грузов при наличии там шлюзов. Поперечные отсеки могут содержать выходы в открытый космос.

Вращение кабин (комнат разного назначения) осуществляется в самом торе, как по замкнутому тоннелю, чем и создается безвредная искусственная гравитация. Такая конструкция имеет следующие преимущества, автономность, большое компактное пространство с комфортными условиями может вместить много оборудования и численный экипаж при соседстве невесомости и гравитации с воздушным пространством. При этом перемещение по комнатам и во всём модуле возможно в легких костюмах. Вращаются в основном полезные массы. В системе вращения кабин (комнат) так же есть ряд новых технических решений.

Уже упоминалось, что ЦО имеет на концах два стыковочных узла. Если учесть мнение, что межпланетные экспедиции должны формироваться на околоземной орбите, то наличие двух стыковочных узлов позволяет выполнять различные маневры по перестыковке. Можно также состыковать «Модули...» цепочкой, с удобным сообщением внутри меж собой. При необходимости можно использовать их автономность, что ускорит оперативность мер обеспечения безопасности экипажу при не штатных ситуациях на межпланетных трассах.

После всего сказанного напрашивается вывод, что широкие возможности и комфортные условия в «Модуле...» позволят использовать его как перспективный, базовый модуль для межпланетных полётов.

В следующем десятилетии российские ученые собираются отправить на орбиту космический аппарат с животными.

Рисунок 9 - Так будет выглядеть космический аппарат «Бион-М».

На аппарате «Бион-М» будут находиться две центрифуги с помещенными в них животными, одна из которых сымитирует лунную силу тяжести, а вторая — марсианскую. В ходе полета мышам, ящерицам, улиткам и червям предстоит испытать на себе последствия длительного воздействия гравитации Луны и Марса.

По словам ведущего научного сотрудника Института медико- биологических проблем Евгения Ильина, искусственная гравитация поможет космонавтам сохранить физическую форму во время межпланетных экспедиций. Сейчас в длительных космических полетах космонавты используют различные тренажеры, позволяющие избежать атрофии мышц. Запуск «Биона-М» запланирован Федеральной космической программой на 2016 год.

Напомним, что в 2005 году на Международную космическую станцию было отправлено пятьдесят улиток, на которых специалисты изучали функции органа равновесия. Кроме того, в космосе побывали тритоны, раки и черви, на которых проводился эксперимент по регенерации. А в текущем году на МКС поселили девяносто особей виноградных улиток, у которых на Земле было удалено по одному усику с глазом. На этих улитках ученые исследовали функции регенерации глазных яблок и органов равновесия в условиях невесомости.

1.7.Центрифуга для создания гравитации

Для проведения эксперимента была изготовлена центрифуга. Добиться чистоты эксперимента можно было, избежав, возможные при вращении, электромагнитные излучения. Это удалось добиться за счет использования при изготовлении центрифуги подходящих материалов: рулонная газетная бумага, льняная веревка и фанера из древесины. Во время экспериментов компас, прикрепленный к свинцовому грузу, ни разу не шевельнулся. Примерная схема центрифуги (рис. 10).

Рисунок 10 – Схема центрифуги

Газетная бумага закручена в цилиндр с внутренним и внешним диаметром соответственно 20X30 см и высотой 21см. Вся эта конструкция посажена на металлический диск диаметром 40 см. и отцентрирована прикрепленным к ней в виде спиц тросом из нержавеющей стали диаметром 3 мм. Центрифуга посажена на ось электромотора мощностью 3 квт. и совершает 2860 об\мин. При вращении центрифуги возникают возмущения воздуха, чтобы они не влияли на результаты эксперимента, пришлось изготовить ящик из древесины и ДВП. Внутрь цилиндра центрифуги, для изоляции от возмущенного воздуха помещена полиэтиленовая емкость диаметром 16 см. Так же был использован маятник вращения в виде коромысла с грузами по концам, подвешенный на жгуте. Верхний конец жгута из рыболовной лески с 4 жилами диаметром 0,15мм прикреплен к потолку и имеет длину 5 метров. Для достижения устойчивого равновесия маятника пришлось раздвинуть верхний конец жгута на 1 см. Коромысло, на которое прикрепляется груз, изготовлено из полой алюминиевой трубки 8мм и имеет длину 1,20м. Помещаемый внутрь центрифуги груз отлит из свинца весом Зкг, вместо противовеса подвешены бронзовые стержни. Комната, в которой проводился эксперимент, отапливается и естественно это вызывает незаметные для глаза движения воздуха. Чтобы устранить это влияние пришлось место эксперимента загородить, со всех сторон, полиэтиленовой пленкой.

ЦЕЛЬ ЭКСПЕРИМЕНТА: Продемонстрировать способность вращающейся стенки центрифуги создавать силу (предположительно гравитационную), притягивающую свободно подвешенный груз из свинца.

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА.. 1. При горизонтальном расположении оси центрифуги ясно просматривается тенденция равноускоренного притяжения свинцового груза от центра к обеим стенкам центрифуги. При этом можно заметить незначительное смещение точки, имеющей нулевое значение силы притяжения, которая зависит от направления вращения центрифуги (рис.11).

Ж-количвстя*> а&оропюе ЦАнтрифут- от ст#мок ц?нтрафугм. —- сила tpaauтацше ара сэтотк wcjcevre памясоша. - яшы грчьаи**ащт при вращении центрифуга. Ряс.2

Рисунок 11 - График силы гравитации в центрифуге

2. При вертикальном расположении оси центрифуги направление притяжения груза зависит от направления вращения центрифуги, а также от положения плеча коромысла маятника относительно силового поля земли. Если плечо коромысла направлено от запада к востоку или от востока к западу, а центрифуга имеет правое вращение - груз притягивается к южной стенке. При левостороннем вращении, груз притягивается к северной стенке центрифуги. Если положение плеча коромысла имеет направление север-юг или юг- север, то груз притягивается: к западу при правостороннем вращении центрифуги; к востоку - при левостороннем вращении. При этом, фактический, груз притягивается к обеим стенкам центрифуги, но визуально просматриваемое одностороннее притяжение груза связано сильным смещением центра равновесия силы притяжения (красная линия графика на рис.11).

Наблюдаемое, в эксперименте, притяжение груза к стенке вращающейся центрифуги можно объяснить увеличением гравитационного излучения испускаемого массой центрифуги. В то же время, из представлений классической физики мы знаем, увеличение гравитационного излучения может происходить только параллельно существенному приращению массы объекта. Но так как, в данном случае масса объекта остается неизменным, (иначе, такое приращение массы было бы давно обнаружено на гироскопах) можно предположить, что на увеличение гравитации может влиять другое, ранее неизвестное явление.

Из эмпирических наблюдений мы знаем, что при движении жидкой или газообразной среды происходит уменьшение внутреннего давления в пространстве данной среды. Эксперимент с центрифугой наглядно демонстрирует, что сокращению подвержены не только расстояние между молекулами материальной среды, но также сама среда в котором пребывают молекулы. Ведь результаты данного эксперимента можно объяснить только в том случае, если принять: что вакуум заполняющий пространство между материальными объектами подвергается влиянию при движении этих объектов, попросту говоря, вакуум является аморфной средой и может изменять свое состояние увлекаясь под влиянием движущихся материальных объектов. И это влияние аналогично влиянию движущейся материи в жидкой и газообразной среде когда она, увлекая среду, вовлекает ее в движение, а движение среды, в свою очередь, вызывает уменьшение плотности в вовлеченном в движение пространстве среды.

В то же время, если учитывать, что молекулы, из которых состоят материальные объекты, находятся в постоянном и непрерывном движении, то можно предположить, что вблизи материальных объектов плотность возмущенного вакуума должна быть ниже средней плотности окружающего пространства. Следовательно, даже между двумя покоящимися материальными объектами плотность вакуума всегда будет ниже

относительно средней плотности вакуума, что обязательно приведет к движению объектов к точке наименьшей плотности, которая располагается на геометрически прямой линии между ними (Рисунок 12). Значит, то, что мы привычно называем гравитационным излучением ни что иное, как стремление материи уравнять плотность вакуума (выровнять темп времени) в пространстве. Ну, а данный эксперимент наглядно демонстрирует возможность создания искусственной гравитации движения, поскольку при движении одного материального объекта относительно другого, • неподвижного, происходит увеличение разрежения эфира, что приведет к усилению силы притяжения.

Рисунок 12 – Поведение двух покоящихся тел в вакууме