?ak i ako niste posebno zainteresovani za temu svemira, ?anse da ste je gledali u filmovima, ?itali u knjigama ili igrali igrice u kojima bi svemirska tema bila istaknuta su vrlo velike. Istovremeno, u ve?ini radova postoji jedan momenat koji se po pravilu uzima zdravo za gotovo - gravitacija na svemirskom brodu. Ali da li je to tako jednostavno i o?igledno kao ?to se ?ini na prvi pogled?

Za po?etak, malo materijala. Ako u fiziku ne ulazite dalje od ?kolskog predmeta (a to ?e nam danas biti sasvim dovoljno), onda je gravitacija temeljna interakcija tijela, zbog koje se sva privla?e. Masovnije privla?e ja?e, manje masivno - slabije.

materijal

U na?em slu?aju va?no je sljede?e. Zemlja je masivan objekat, tako da su ljudi, ?ivotinje, zgrade, drve?e, vlati trave, kompjuter sa kojeg ovo ?itate, svi privu?eni Zemljom. Navikli smo na to i zapravo nikada ne razmi?ljamo o takvim naizgled sitnicama. Glavna posljedica Zemljine gravitacije za nas je ubrzanje gravitacije, tako?er poznat kao g, i jednako 9,8 m/s?. One. bilo koje tijelo u nedostatku oslonca jednako ?e ubrzati prema centru Zemlje, dobijaju?i brzinu od 9,8 m/s svake sekunde.

Zahvaljuju?i ovom efektu mo?emo ravnomjerno stajati na nogama, imati pojmove „gore“ i „dolje“, spu?tati stvari na pod, itd. U stvari, mnoge ljudske aktivnosti bile bi uvelike izmijenjene ako bi se Zemljina gravitacija oduzela.

Astronauti koji provode zna?ajan dio svog ?ivota na ISS-u to najbolje znaju. Moraju ponovo nau?iti kako da rade mnoge stvari, od toga kako piju do planinarenja za razne fiziolo?ke potrebe. Evo nekoliko primjera.

Istovremeno, u mnogim filmovima, TV emisijama, igrama i drugim djelima Sci-Fi umjetnosti, gravitacija na svemirskim brodovima „jednostavno postoji“. To se uzima zdravo za gotovo i ?esto se ?ak ni ne trudi objasniti. A ako i rade, to je nekako neuvjerljivo. Ne?to poput „generatora gravitacije“, ?iji je princip rada malo vi?e nego potpuno misti?an, tako da se zapravo ovaj pristup malo razlikuje od „gravitacije na brodu samo jedi". ?ini mi se da ne postoji na?in da se to iskrenije objasni.

Teorijski modeli umjetne gravitacije

Ali sve to uop?e ne zna?i da nitko uop?e ne poku?ava objasniti umjetnu gravitaciju. Ako razmislite, to se mo?e posti?i na nekoliko na?ina.

Puno mase

Prva i najispravnija opcija je da se brod u?ini veoma masivnim. Takva metoda se mo?e smatrati "ispravnom" jer ?e gravitacijska interakcija pru?iti potreban u?inak.

U isto vrijeme, mislim da je nerealnost ove metode o?igledna. Za takav brod ?e biti potrebno mnogo materije. Da, i sa distribucijom gravitacionog polja (a trebamo da bude ujedna?ena), ne?to ?e se morati odlu?iti.

Konstantno ubrzanje

Po?to treba da postignemo konstantno gravitaciono ubrzanje od 9,8 m/s?, za?to ne bismo napravili letelicu u obliku platforme koja ?e ubrzavati okomito na svoju ravninu upravo ovim g? Tako ?e se nesumnjivo posti?i ?eljeni efekat.

Ali postoji nekoliko o?iglednih problema. Prvo, morate odnekud uzeti gorivo kako biste osigurali konstantno ubrzanje. Pa ?ak i ako neko iznenada smisli motor koji ne zahtijeva izbacivanje materije, niko nije ukinuo zakon odr?anja energije.

Drugi problem le?i u samoj prirodi konstantnog ubrzanja. Prvo, prema na?em trenutnom razumijevanju fizi?kih zakona, nemogu?e je ubrzavati zauvijek. Teorija relativnosti se o?tro protivi. Drugo, ?ak i ako brod povremeno mijenja smjer, stalno ?e morati negdje letjeti kako bi osigurao umjetnu gravitaciju. One. ne mo?e biti govora o bilo kakvom lebdenju u blizini planeta. Brod ?e biti primoran da se pona?a kao rovka, koja ?e, ako se zaustavi, uginuti. Dakle, ovo nije opcija za nas.

carousel carousel

I tu po?inje ono najzanimljivije. Siguran sam da svaki od ?itatelja zami?lja kako radi vrtuljak i kakve efekte ?ovjek u njemu mo?e do?ivjeti. Sve ?to je na njemu te?i da isko?i proporcionalno brzini rotacije. Sa stajali?ta vrtuljka, ispada da na sve djeluje sila usmjerena du? radijusa. Prili?no gravitacije.

Tako nam treba brod u obliku ba?ve koji ?e se rotirati oko uzdu?ne ose. Takve opcije su prili?no uobi?ajene u nau?noj fantastici, tako da svijet Sci-Fi nije tako beznade?an u smislu obja?njenja umjetne gravitacije.

Dakle, jo? malo fizike. Prilikom rotacije oko ose stvara se centrifugalna sila usmjerena du? radijusa. Kao rezultat jednostavnih prora?una (dijele?i silu sa masom), dobijamo ?eljeno ubrzanje. Cijela stvar se razmatra prema jednostavnoj formuli:

a=o?R,

Gdje a- ubrzanje, R je polumjer rotacije, a, o je ugaona brzina, mjerena u radijanima po sekundi. Radijan je otprilike 57,3 stepena.

?ta nam je potrebno za normalan ?ivot na na?oj zami?ljenoj svemirskoj krstarici? Potrebna nam je takva kombinacija radijusa broda i ugaone brzine da njihov proizvod daje ukupno 9,8 m/s?.

Ne?to sli?no mogli smo vidjeti u mnogim radovima: "2001: Odiseja u svemiru" Stanley Kubrick, serija "Babylon 5", Nolanovsky « » , roman "Svjetski prsten" Larry Nivena, Univerzum i drugi. Kod svih je ubrzanje slobodnog pada pribli?no jednako g, tako da sve ispada sasvim logi?no. Me?utim, i kod ovih modela postoje problemi.

Problemi u vrtuljku

Najo?igledniji problem je mo?da najlak?e objasniti "Svemirska odiseja". Radijus broda je oko 8 metara. Jednostavnim prora?unima nalazimo da je za postizanje ubrzanja jednakog g potrebna kutna brzina od oko 1,1 rad/s, ?to je jednako oko 10,5 okretaja u minuti.

Sa ovim parametrima ispada da Coriolisov efekat. Ne ulaze?i u tehni?ke detalje, problem je u tome ?to ?e na razli?itim "visinama" od poda, razli?ite sile djelovati na tijela koja se kre?u. I zavisi od ugaone brzine. Dakle, u na?em virtuelnom dizajnu, ne mo?emo sebi priu?titi prebrzo rotiranje broda, jer je to ispunjeno problemima u rasponu od iznenadnih neintuitivnih padova do problema s vestibularnim aparatom. A uzimaju?i u obzir gore spomenutu formulu ubrzanja, ne mo?emo sebi priu?titi mali radijus broda. Stoga model svemirske odiseje vi?e ne vrijedi. Otprilike isti problem sa brodovima iz "me?uzvezdano", iako sa brojevima nije sve tako o?igledno.

Drugi problem je, da tako ka?em, s druge strane spektra. U romanu Larry Nivena "Svjetski prsten" brod je d?inovski prsten sa polupre?nikom pribli?no jednakim polupre?niku Zemljine orbite (1 AJ ? 149 miliona km). Tako se ispostavilo da se rotira sasvim zadovoljavaju?om brzinom tako da je Coriolisov efekat ljudima nevidljiv. ?ini se da se sve poklapa, ali postoji jedna stvar Ali. Da biste stvorili takvu strukturu, trebat ?e vam nevjerojatno jak materijal koji ?e morati izdr?ati ogromna optere?enja, jer bi jedna revolucija trebala trajati oko 9 dana. ?ovje?anstvu je nepoznato kako osigurati dovoljnu ?vrsto?u takve strukture. Da ne spominjem ?injenicu da negdje treba uzeti toliko materije i izgraditi cijelu ovu stvar.

U slu?aju da Halo ili "Babylon 5" svi prethodni problemi izgleda da izostaju. A brzina rotacije je dovoljna da Coriolisov efekat nema negativan utjecaj, a takav brod je u principu mogu?e (barem teoretski) napraviti. Ali ovi svjetovi imaju i svoje nedostatke. Njegovo ime je zamah.

Okre?u?i brod oko svoje ose, pretvaramo ga u d?inovski ?iroskop. I, kao ?to znate, prili?no je te?ko skrenuti ?iroskop sa njegove ose. Sve je upravo zbog ugaonog momenta, ?ija koli?ina mora biti pohranjena u sistemu. A to zna?i da ?e biti te?ko letjeti negdje u odre?enom smjeru. Ali i ovaj problem je rje?iv.

To bi trebao biti

Ovo rje?enje se zove "O'Neillov cilindar". Njegov dizajn je prili?no jednostavan. Uzimamo dva identi?na cilindri?na broda povezana du? ose, od kojih se svaki rotira u svom smjeru. Kao rezultat, imamo nula ukupni ugaoni moment, ?to zna?i da ne bi trebalo biti problema sa smjerom broda u pravom smjeru. Sa radijusom broda od oko 500m (kao u Babilonu 5) ili vi?e, sve bi trebalo da radi kako treba.

Ukupno

Dakle, koje zaklju?ke mo?emo izvu?i o tome kako bi se umjetna gravitacija trebala implementirati u svemirske letjelice? Od svih implementacija koje se predla?u u raznim vrstama radova, najrealnija je rotiraju?a konstrukcija, u kojoj se sila usmjerena "na dolje" obezbje?uje centripetalnim ubrzanjem. Nije mogu?e stvoriti umjetnu gravitaciju na brodu s ravnim paralelnim strukturama poput paluba (kao ?to se ?esto crta u raznim Sci-Fi), s obzirom na na?e moderno razumijevanje zakona fizike.

Radijus broda koji se vrti mora biti dovoljno velik da Coriolisov efekat bude dovoljno mali da ne uti?e na osobu. Dobri primjeri iz izmi?ljenih svjetova su ve? spomenuti Halo I Vavilon 5.

Da biste kontrolisali takve brodove, potrebno je da napravite O'Neill cilindar - dve "bure" koje se okre?u u razli?itim smerovima kako bi se obezbedio nulti ukupni ugaoni moment za sistem. To ?e omogu?iti adekvatnu kontrolu nad brodom.

Sve u svemu, imamo vrlo stvaran recept za pru?anje udobnih gravitacionih uslova astronautima. I dok ne budemo mogli da izgradimo ne?to ovako, voleo bih da kreatori igara, filmova, knjiga i drugih dela o svemiru vi?e pa?nje posvete fizi?kom realizmu.

Ekologija znanja. Produ?eni boravak u svemiru ima ozbiljne posljedice. Medicinska istra?ivanja o efektima mikrogravitacije na astronaute

Produ?eni boravak u svemiru ima ozbiljne posljedice. Medicinska istra?ivanja o efektima mikrogravitacije na astronaute nakon mnogo mjeseci provedenih u niskoj Zemljinoj orbiti (LEO) do?la su do gorkog zaklju?ka: ljudi ne mogu u potpunosti ?ivjeti bez gravitacije. Stoga se o umjetnoj gravitaciji sve vi?e raspravlja kao o su?tinskoj komponenti trajne misije u svemiru, blizu i daleko od Zemlje.

Umjetna gravitacija bit ?e posebno va?na za vi?egodi?nje komercijalne misije, gdje ?e telerobotiku kontrolirati posada stacionirana u neposrednoj blizini rudarskog i drugog asteroida. Takva gravitacija bi tako?e bila korisna za dugoro?na istra?ivanja na tijelima sa niskom gravitacijom poput Mjeseca, Marsa ili ?ak satelita vanjskih planeta.

William Kemp iz Washingtona vjeruje da je zajedno sa svojim poslovnim partnerom Tedom Mazeikom prona?ao odr?ivo rje?enje za ova pitanja. Ovo je cilindri?na svemirska stanica promjera 30 metara koja je sposobna stvoriti promjenjivu umjetnu gravitaciju rotacijom cilindra oko svoje uzdu?ne ose.

„Ako ?elimo da ostanemo u svemiru du?e od godinu dana, moramo da napravimo sistem ve?ta?ke gravitacije ili ?emo u tom procesu ?rtvovati ljude“, rekao je Kemp, osniva? i izvr?ni direktor United Space Structures.

Vi?e od tri decenije Kemp je radio na usavr?avanju svojih ideja. Kompanija trenutno ima patentiran proces u projektu i tra?i sredstva i druge partnere koji mogu investirati na veliki na?in.

Ideja je da se postigne umjetna gravitacija pomo?u centrifugalne sile, koja bi zahtijevala rotaciju kako bi se stvorio pritisak nani?e. Mala struktura od 10 metara bi se teoretski mogla okretati dovoljno brzo da ljudi osete gravitaciju, ali Kemp ka?e da bi astronauti s takvom strukturom imali stra?ne probleme sa unutra?njim uhom.

“Ako je brzina rotacije previsoka, va? osje?aj za ravnote?u ?e pokvariti i uskoro ?ete osjetiti u?asne bolove u rukama i kolenima”, ka?e Kemp.

Ipak, mala cilindri?na stanica pre?nika 30 metara, koju je predlo?io Kemp, mo?i ?e da odr?i gravitaciju od 0,6 Zemlje; ovo je minimum koji ?e omogu?iti ljudima da bezbedno ?ive na stanici najmanje dve godine. Astronauti ?e ?ivjeti i unutar cilindra i u vanjskoj hemisferi strukture.

Kemp ka?e da bi cilindri?noj stanici od 30 metara bila potrebna brzina rotacije od 5,98 okretaja u minuti i minimalna upotrebljiva veli?ina za stvaranje umjetne gravitacije. Velika brzina rotacije bila bi nezgodna za astronaute.

“Smjer u kojem se cilindar rotira nije bitan,” ka?e Kemp. - Brzina zavisi od radijusa rotacionog objekta i gravitacije koja vam je potrebna; ?to je ve?i radijus, to je ni?a brzina rotacije.

Prvi korak u testiranju United Space Structures bit ?e testiranje prototipa od 30 metara u LEO-u, ka?e Kemp. Iako takva stanica od 30 metara mo?e primiti najmanje 30 ljudi, ona ?e dobro raditi u dubokom svemiru i uslovima rudarenja asteroida blizu Zemlje.

Koji partneri ?e graditi ove stanice?

“Pregovaramo sa kompanijama kao ?to su Deep Space Industries koje ?ele da kopaju asteroide i sa drugim kompanijama koje ?ele da kopaju resurse na Mesecu, ka?e Kemp. “?eljeli bismo da koristimo platforme za lansiranje SpaceX-a, ali to ?e zna?ajno pove?ati tro?kove, tako da ?emo u po?etku koristiti kompozitne materijale za konstrukciju, a ne metale.”

Uprkos predvi?enim skokovima u svemirskoj medicini u naredne dve decenije, Kemp je apsolutno uveren da ?e ve?ta?ka gravitacija uvek biti potrebna. S vremenom, u uvjetima mikrogravitacije, mi?i?na i ko?tana masa se smanjuje, opti?ki ?ivac se smanjuje, mre?nica se odvaja, imunitet se smanjuje, a kriti?ko razmi?ljanje mo?e ?ak biti naru?eno.

Naravno, to ne zna?i da ?e umjetna gravitacija biti lijek za sve.

U vje?ta?koj gravitaciji, astronauti ?e i dalje znati da su na rotiraju?oj stanici, ka?e Kemp. Hodanje na takvoj stanici ?e li?iti na spu?tanje niz padinu, jer ?e vam pod iza?i ispod nogu. Hodanje u suprotnom smjeru rotacije imat ?e osje?aj kao da idete uzbrdo jer ?e se pod podi?i. A ako hodate okomito na rotaciju u bilo kojem smjeru, postojat ?e osje?aj da padate u stranu.

B.V. Raushenbakh, saradnik Koroljeva, govorio je o tome kako je nastala ideja o stvaranju umjetne gravitacije na svemirskom brodu: krajem zime 1963., glavni dizajner, koji je ?istio snijeg sa staze u blizini svoje ku?e na Ostankinskoj Street je, moglo bi se re?i, imala ideju. Ne ?ekaju?i ponedeljak, pozvao je Rau?enbaha, koji je ?iveo u blizini, i ubrzo su po?eli da "ra??i??avaju put" u svemir za duge letove.
Ideja se, kao ?to to ?esto biva, pokazala jednostavnom; mora biti jednostavno, ina?e mo?da ne?e uspjeti u praksi.

Za kompletiranje slike. Mart 1966, Amerikanci na Blizancima 11:

U 11:29 Gemini 11 iskrcao se iz Agene. Po?elo je najzanimljivije: kako ?e se pona?ati dva objekta povezana kablom? Konrad je u po?etku poku?ao da uvede gomilu u gravitacionu stabilizaciju - tako da je raketa visila na dnu, brod na vrhu, a sajla je bila zategnuta.
Me?utim, nije bilo mogu?e povu?i se 30 m bez izazivanja jakih vibracija. U 11:55 pre?li smo na drugi dio eksperimenta - "vje?ta?ka gravitacija". Konrad je stavio iglu u rotaciju; kabel se prvo razvukao du? zakrivljene linije, ali se nakon 20 minuta ispravio i rotacija je postala sasvim ispravna. Konrad je svoju brzinu doveo do 38°/min, a nakon ve?ere na 55°/min, stvaraju?i te?inu na nivou od 0,00078g. “Na dodir” se to nije osjetilo, ali su se stvari polako slo?ile na dno kapsule. U 14:42, nakon tri sata rotacije, igla je ispaljena, a Gemini se udaljio od projektila.

Genady Brazhnik, 23. april 2011
Gledaju?i u svijet, otvori o?i... (starogr?ki ep)
Kako stvoriti umjetnu gravitaciju?
Pedeseta godi?njica istra?ivanja svemira, koja se obilje?ava ove godine, pokazala je ogroman potencijal ljudske inteligencije u razumijevanju svemira koji ga okru?uje. Me?unarodna svemirska stanica (ISS) - orbitalna stanica s ljudskom posadom - zajedni?ki je me?unarodni projekat koji uklju?uje 23 zemlje,
uvjerljivo dokazuje interes nacionalnih programa za razvoj kako bli?eg tako i daljeg svemira. Ovo se odnosi i na nau?nu i tehni?ku i komercijalnu stranu pitanja koje se razmatra. Istovremeno, glavno pitanje koje stoji na putu masovnog istra?ivanja svemira je problem beste?inskog stanja ili odsustva gravitacije na postoje?im svemirskim objektima. "Gravitacija (univerzalna gravitacija, gravitacija) je univerzalna fundamentalna interakcija izme?u svih materijalnih tijela. U aproksimaciji malih brzina i slabe gravitacijske interakcije, opisana je Newtonovom teorijom gravitacije, u op?em slu?aju opisana je Ajn?tajnovom op?om teorijom relativnost" - takvu definiciju ovom fenomenu daje savremena nauka. Priroda gravitacije trenutno nije jasna. Teorijski razvoj u okviru razli?itih gravitacionih teorija ne nalazi svoju eksperimentalnu potvrdu, ?to ukazuje na prerano odobravanje nau?ne paradigme o prirodi gravitacione interakcije kao jedne od ?etiri fundamentalne interakcije. U skladu sa Newtonovom teorijom gravitacije, gravitaciona sila Zemljinog privla?enja odre?ena je izrazom F=m x g, gdje je m masa tijela, a g ubrzanje slobodnog pada. „Ubrzanje slobodnog pada g je ubrzanje koje daje tijelu u vakuumu gravitacija, odnosno geometrijski zbir gravitacionog privla?enja planete (ili drugog astronomskog tijela) i inercijskih sila uzrokovanih njegovom rotacijom. U skladu sa Drugi Newtonov zakon, ubrzanje slobodnog pada je jednako sili gravitacije, jedini?ne mase koja djeluje na objekt. Vrijednost ubrzanja gravitacije za Zemlju se obi?no uzima kao 9,8 ili 10 m/s?. Standard ( "normalna") vrijednost usvojena u konstrukciji sistema jedinica je g = 9,80665 m/s?, au tehni?kim prora?unima se obi?no uzima g = 9,81 m/s?. Vrijednost g je definirana kao "prosjek" u nekom smislu ubrzanja slobodnog pada na Zemlji, pribli?no jednaka ubrzanju slobodnog pada na geografskoj ?irini od 45,5° na nivou mora. Stvarno ubrzanje slobodnog pada na povr?ina Zemlje zavisi od geografske ?irine, doba dana i drugih faktora. Ona varira od 9,780 m/s? na ekvatoru do 9,832 m/s? na polovima." Ova nau?na nesigurnost tako?e postavlja niz pitanja vezanih za gravitacionu konstantu u Op?oj teoriji relativnosti. Da li je to tako konstantno, ako pod uslovima gravitacije imamo takav rasprostranjenost parametara. Glavni argumenti gotovo svih gravitacijskih teorija su sljede?i: "Ubrzanje slobodnog pada sastoji se od dva pojma: gravitacijsko ubrzanje i centripetalno ubrzanje. Razlike su posljedica: centripetalnog ubrzanja u referentnom okviru povezanog sa rotiraju?om Zemljom; nepreciznosti formula zbog ?injenice da je masa planete raspore?ena na volumen koji ima geometrijski oblik koji se razlikuje od idealne lopte (geoida); heterogenost Zemlje, koja se koristi za tra?enje minerala gravitacijskim anomalijama. Na prvi pogled, ovo su prili?no uvjerljivi argumenti. Pa?ljivijim ispitivanjem postaje o?igledno da ovi argumenti ne obja?njavaju fizi?ku prirodu fenomena. U referentnom okviru Zemlje povezane sa centripetalnim ubrzanjem u svakoj geografskoj ta?ki nalaze se sve komponente mjerenja ubrzanja gravitacije. Dakle, i objekt mjerenja i mjerna oprema podlije?u istom utjecaju, uklju?uju?i raspore?enu masu Zemlje i gravitacijske anomalije. Stoga bi rezultat mjerenja trebao biti konstantan, ali to se ne doga?a. Osim toga, neizvjesnost situacije uzrokuju i teorijske izra?unate vrijednosti ubrzanja slobodnog pada na visini leta ISS - g=8,8 m/s(2). Stvarna vrijednost lokalne gravitacije na ISS-u odre?ena je unutar 10(-3)...10(-1) g, ?to odre?uje beste?insko stanje. Neuvjerljivo izgledaju i izjave da se ISS kre?e prvom kosmi?kom brzinom i da je, takore?i, u stanju slobodnog pada. Ali ?ta je sa geostacionarnim satelitima? Sa tako izra?unatom vredno??u g, oni bi odavno pali na Zemlju. Osim toga, masa bilo kojeg tijela mo?e se definirati kao kvantitativna i kvalitativna karakteristika vlastitog elektri?nog naboja. Sva ova razmatranja dovode do zaklju?ka da priroda Zemljine gravitacije ne zavisi od omjera masa objekata u interakciji, ve? je odre?ena Kulonovskim silama elektri?ne interakcije Zemljinog gravitacionog polja. Ako letimo ravnim letom na avionu, na visini od deset kilometara, tada su zakoni gravitacije potpuno ispunjeni, ali tokom istog leta na ISS-u na visini od 350 km, gravitacija prakti?ki izostaje. To zna?i da unutar ovih visina postoji mehanizam koji omogu?ava da se gravitacija defini?e kao sila interakcije materijalnih tijela. A vrijednost ove sile odre?ena je Newtonovim zakonom. Za osobu te?ku 100 kg, sila gravitacije na nivou tla, isklju?uju?i atmosferski pritisak, trebala bi biti F = 100 x 9,8 = 980 N. Prema postoje?im podacima, Zemljina atmosfera je elektri?no nehomogena struktura, ?ije slojevitost odre?uje jonosfera. "Jonosfera (ili termosfera) je dio Zemljine gornje atmosfere koji je sna?no joniziran zbog izlaganja kosmi?kim zracima koji dolaze prvenstveno sa Sunca. Jonosfera se sastoji od mje?avine plina neutralnih atoma i molekula (uglavnom du?ika N2 i kiseonik O2) i kvazineutralna plazma (broj negativno naelektrisanih ?estica je samo pribli?no jednak broju pozitivno naelektrisanih). Stepen jonizacije postaje zna?ajan ve? na visini od 60 kilometara i stalno raste sa udaljenosti od Zemlje. U zavisnosti od gustine naelektrisanih ?estica N, u jonosferi se razlikuju slojevi D, E i F. D (60-90 km) koncentracija naelektrisanih ?estica je Nmax ~ 10(2)-10(3) cm-3 - ovo je podru?je slabe jonizacije.Glavni doprinos jonizaciji ovog podru?ja daje rendgensko zra?enje Sunca.Tako?e, dodatni izvori slabe jonizacije igraju malu ulogu: meteoriti koji gore na visinama od 60-100 km, kosmi?ki zrake, kao i energetske ?estice magnetosfere (unesene u ovaj sloj tokom magnetnih oluja). Sloj D tako?e karakteri?e naglo smanjenje stepena jonizacije no?u. Sloj E Region E (90–120 km) karakteriziraju gustine plazme do Nmax ~ 10(5) cm–3. U ovom sloju se uo?ava pove?anje koncentracije elektrona danju, jer je glavni izvor ionizacije kratkotalasno sun?evo zra?enje, ?tavi?e, rekombinacija jona u ovom sloju se odvija vrlo brzo, a no?u gustina jona mo?e pasti na 10 (3) cm–3. Ovom procesu se suprotstavlja difuzija naelektrisanja iz vi?e oblasti F, gde je koncentracija jona relativno visoka, i no?ni izvori jonizacije (geokoronsko zra?enje Sunca, meteori, kosmi?ke zrake itd.). Sporadi?no na visinama od 100-110 km pojavljuje se ES sloj, vrlo tanak (0,5-1 km), ali gust. Karakteristika ovog podsloja je visoka koncentracija elektrona (ne~10(5) cm–3), koji imaju zna?ajan uticaj na ?irenje srednjih, pa ?ak i kratkih radio talasa reflektovanih od ovog podru?ja jonosfere. Sloj E, zbog relativno visoke koncentracije slobodnih nosilaca struje, igra va?nu ulogu u ?irenju srednjih i kratkih talasa. Sloj F Region F sada se naziva ?itava jonosfera iznad 130-140 km. Maksimum stvaranja jona posti?e se na visinama od 150-200 km. Danju se tako?er primje?uje formiranje "koraka" u distribuciji elektronske gustine, uzrokovano sna?nim sun?evim ultraljubi?astim zra?enjem. Podru?je ovog koraka naziva se F1 podru?je (150-200 km). Zna?ajno uti?e na ?irenje kratkih radio talasa. Prekrivaju?i dio F sloja do 400 km naziva se F2 sloj. Ovdje gustina nabijenih ?estica dosti?e svoj maksimum, N ~ 10(5)–10(6) cm–3. Na velikim visinama preovla?uju lak?i joni kiseonika (na nadmorskoj visini od 400-1000 km), a jo? vi?e - vodikovi ioni (protoni) i u malim koli?inama - joni helijuma. "Dve glavne moderne teorije atmosferskog elektriciteta nastale su sredinom godine. dvadesetog veka engleski nau?nik Ch Wilson i sovjetski nau?nik Ya. I. Frenkel. Prema Wilsonovoj teoriji, Zemlja i jonosfera igraju ulogu plo?a kondenzatora napunjenog grmljavinskim oblacima. Razlika potencijala izme?u plo?a dovodi do pojavu elektri?nog polja atmosfere.Prema Frenkelovoj teoriji, elektri?no polje atmosfere se u potpunosti obja?njava elektri?nim pojavama koje se de?avaju u troposferi, - polarizacijom oblaka i njihovom interakcijom sa Zemljom, a jonosfera ne igra zna?ajnu ulogu u toku atmosferskih elektri?nih procesa. Uop?tavanje ovih teorijskih ideja o elektri?noj interakciji u atmosferi podrazumijeva razmatranje pitanja Zemljine gravitacije sa stanovi?ta elektrostatike. Na osnovu gore navedenih dobro poznatih ?injenica, mogu?e odrediti vrijednosti gravitacijske elektri?ne interakcije materijalnih tijela u uvjetima zemaljske privla?nosti. Da biste to u?inili, razmotrite sljede?i model. Bilo koje tijelo materijalne energije, koje se nalazi u elektri?nom polju, izvr?it ?e odre?enu Kulonovu interakciju. U zavisnosti od unutra?nje organizacije elektri?nog naboja, on ?e ili biti privu?en jednom od elektri?nih polova, ili ?e biti u stanju ravnote?e unutar ovog polja. Stupanj elektri?nog naboja svakog tijela odre?en je vlastitom koncentracijom slobodnih elektrona (za osobu, koncentracija crvenih krvnih zrnaca). Tada se model gravitacijske interakcije Zemljine privla?nosti mo?e predstaviti kao sferni kondenzator koji se sastoji od dvije koncentri?ne ?uplje sfere, ?iji su polumjeri odre?eni radijusom Zemlje i visinom jonosferskog sloja F2. U ovom elektri?nom polju nalazi se osoba, ili drugo materijalno tijelo. Elektri?ni naboj Zemljine povr?ine je negativan, jonosfera je pozitivna u odnosu na Zemlju. Elektri?ni naboj osobe u odnosu na povr?inu Zemlje je pozitivan, stoga ?e Kulonova sila interakcije na povr?ini uvijek privu?i osobu na Zemlju. Prisustvo jonosferskih slojeva implicira da je ukupna kapacitivnost takvog kondenzatora odre?ena ukupnim kapacitetom svakog sloja kada je povezan u seriju: 1/Ctot = 1/C(E)+1/C(F)+1/C( F2). Po?to se radi pribli?ni in?enjerski prora?un, uzet ?emo u obzir glavne energetske jonosferske slojeve, za koje ?emo uzeti sljede?e po?etne podatke: sloj E - visina 100 km, sloj F - visina 200 km, sloj F2 - visina 400 km. km. Razmatranje D sloja i sporadi?nog Es sloja, koji se formiraju u jonosferi tokom pove?ane ili smanjene sun?eve aktivnosti, ne?e se uzimati u obzir radi jednostavnosti. Na sl. 1 prikazan je dijagram distribucije jonosferskih slojeva Zemljine atmosfere i dijagram elektri?nog kola procesa koji se razmatra.
U elektri?nom kolu na slici 1.a prikazan je serijski spoj tri kondenzatora na koje se primjenjuje konstantni napon Etot. U skladu sa zakonima elektrostatike, raspodjela elektri?nih naboja na plo?ama svakog kondenzatora C1, C2 i C3 prikazana je uslovno +/-. Na osnovu ove raspodjele elektri?nih naboja u mre?i nastaju lokalne ja?ine polja ?iji su smjerovi suprotni od ukupnog primijenjenog napona. U ovim dijelovima mre?e, kretanje elektri?nih naboja ?e se odvijati u suprotnom smjeru, u odnosu na Etot. Na slici 1.b prikazan je dijagram jonosferskih slojeva Zemljine atmosfere, koji je u potpunosti opisan elektri?nim krugom serijskog povezivanja kondenzatora. Sile Kulonove interakcije izme?u slojeva jonosfere ozna?ene su kao Fg. Prema nivou koncentracije elektri?nih naboja, gornji sloj ionosfere F2 je elektri?no pozitivan u odnosu na povr?inu zemlje. Zbog ?injenice da ?estice solarnog vjetra razli?ite kineti?ke energije prodiru kroz cijelu dubinu atmosfere, ukupna sila Kulonove interakcije svakog sloja ?e biti odre?ena vektorskom sumom ukupne gravitacijske sile Fgtot i gravitacijske sile pojedinca jonosferski sloj. Formula za izra?unavanje kapacitivnosti sfernog kondenzatora je: C \u003d 4x (pi) x e (a) x r1xr2 / (r2-r1), gdje je C kapacitet sfernog kondenzatora; r1 je polupre?nik unutra?nje sfere, jednak zbiru polupre?nika Zemlje od 6371,0 km i visine donjeg sloja jonosfere; r2 je polupre?nik vanjske sfere, jednak zbiru polupre?nika Zemlje i visine gornjeg sloja jonosfere; e(a)=e(0)x e je apsolutna permitivnost, gdje je e(0)=8,85x10(-12) fm, e ~ 1. Tada ?e zaokru?ene izra?unate vrijednosti za kapacitivnost svakog sloja jonosfere imati slede?e vrednosti: S (E)=47uF, C(F)=46uF, C(F2)=25uF. Ukupna ukupna kapacitivnost ionosfere, uzimaju?i u obzir glavne slojeve, bit ?e oko 12 mF. Udaljenost izme?u slojeva jonosfere je mnogo manja od radijusa Zemlje, stoga se izra?unavanje Kulonove sile koja djeluje na naboj mo?e izvesti pomo?u formule ravnog kondenzatora: Fg = e (a) x A x U ( 2) / (2xd (2)), gdje je A povr?ina plo?a (pi x (Rz + h) (2)); U - napon; d - razmak izme?u slojeva; e(a)=e(0)x e je apsolutna permitivnost, gdje je e(0)=8,85x10(-12) fm, e ~ 1. Tada se izra?unaju vrijednosti sila Kulonove interakcije svakog sloja jonosfere. imat ?e sljede?e vrijednosti: Fg (E) \u003d 58x10 (-9) x U (2); Fg (F) \u003d 59x10 (-9) x U (2); Fg (F1) \u003d 15x10 (-9) x U (2); Fgukupno = 3,98x10 (-9) x U (2). Odredimo vrijednost atmosferskog stresa za tijelo te?ine 100 kg. Formula prora?una ?e izgledati ovako: F=m x g= Fg(E) + Fggen. Zamjenom poznatih vrijednosti u ovu formulu dobijamo vrijednost U= 126 KV. Shodno tome, sile Kulonove interakcije jonosferskih slojeva bi?e odre?ene slede?im vrednostima: Fg(E)= 920n; Fg(F)= 936n; Fg(F1)= 238n; Fgtot = 63n. Nakon ponovnog izra?unavanja ubrzanja slobodnog pada svakog sloja jonosfere, uzimaju?i u obzir Njutnovu interakciju, dobijamo slede?e vrednosti: g(E)= +9,83 m/s(2); g(F)= -8,73 m/s(2); g(F1)= - 1,75 m/s(2). Treba napomenuti da ove izra?unate vrijednosti ne uzimaju u obzir odgovaraju?e parametre atmosfere, odnosno pritisak i otpor medija, zbog koncentracije molekula kisika i du?ika u svakom sloju ionosfere. Kao rezultat pribli?nog in?enjerskog prora?una, dobijena vrijednost g(F1)= -1,75 m/s(2) dobro se sla?e sa stvarnom vrijedno??u lokalne gravitacije na ISS - 10(-3)...10( -1) g. Odstupanja u rezultatima su posljedica ?injenice da torzijske vage koje se koriste za mjerenje gravitacionog ubrzanja nisu kalibrirane na negativne vrijednosti - moderna nauka to nije pretpostavila. Da bi se stvorila ve?ta?ka gravitacija, moraju biti ispunjena dva uslova. Stvoriti elektri?ni izolovan sistem u skladu sa zahtjevom Gaussove teoreme, naime, osigurati cirkulaciju vektora jakosti elektri?nog polja u zatvorenoj sferi i osigurati unutar ove sfere snagu elektri?nog polja neophodnu za stvaranje Kulonove interakcijske sile od 1000 n. Prora?un ja?ine polja mo?e se izvr?iti prema formuli: F= e(a) x A x E(2) /2, gdje je A povr?ina plo?e; E - ja?ina elektri?nog polja; e (a) \u003d e (0) x e - apsolutna permitivnost, gdje je e (0) = 8,85x10 (-12) fm, e ~ 1. Zamjenom podataka u formulu, za 10 m? dobijamo vrijednost ja?ine elektri?nog polja, jednaka E = 4,75 x 10 (6) V / m. Ako je visina prostorije tri metra, tada je kako bi se osigurala izra?unata napetost potrebno primijeniti konstantan napon na pod-plafon s vrijedno??u U \u003d E x d \u003d 14,25 MV. Sa ja?inom struje od 1 A, potrebno je osigurati otpor plo?a takvog kondenzatora s vrijedno??u od 14,25 MO. Promjenom veli?ine napona mo?ete dobiti razli?ite parametre gravitacije. Redoslijed izra?unatih vrijednosti pokazuje da je razvoj sistema umjetne gravitacije prava stvar. Stari Grci su bili u pravu: "Gledaju?i u svijet, otvori o?i...". Samo se takav odgovor mo?e dati povodom prirode zemaljske gravitacije. Ve? 200 godina ?ovje?anstvo aktivno prou?ava zakone elektrostatike, uklju?uju?i Coulombov zakon i Gaussov teorem. Formula sfernog kondenzatora je prakti?ki savladana ve? dugo vremena. Ostaje samo da otvorite o?i za svijet oko sebe i po?nete ga koristiti za obja?njavanje naizgled nemogu?eg. Ali kada svi shvatimo da je umjetna gravitacija stvarnost, onda ?e pitanja komercijalne upotrebe svemirskih letova postati relevantna i transparentna za razumijevanje.
Moskva, april 2011 Brazhnik G.N.

Ne znam odakle sam do?ao, kuda idem, pa ?ak ni ko sam.

E. Schr?dinger

U nizu radova uo?en je zanimljiv efekat koji se sastojao u promjeni te?ine objekata u prisustvu rotiraju?ih masa. Promjena te?ine dogodila se du? ose rotacije mase. U radovima N. Kozyreva uo?ena je promjena te?ine rotiraju?eg ?iroskopa. ?tovi?e, ovisno o smjeru rotacije rotora ?iroskopa, do?lo je do smanjenja ili pove?anja te?ine samog ?iroskopa. U radu E. Podkletnova uo?eno je smanjenje te?ine objekta koji se nalazi iznad supravodljivog rotiraju?eg diska, koji se nalazio u magnetskom polju. U radu V. Roshchina i S. Godina smanjena je te?ina masivnog rotiraju?eg diska napravljenog od magnetnog materijala, koji je i sam bio izvor magnetnog polja.

U ovim eksperimentima mo?e se identifikovati jedan zajedni?ki faktor - prisustvo rotiraju?e mase.

Rotacija je svojstvena svim objektima na?eg Univerzuma, od mikrokosmosa do makrokosmosa. Elementarne ?estice imaju svoj mehani?ki moment - okretanje, sve planete, zvijezde, galaksije tako?er rotiraju oko svoje ose. Drugim rije?ima, rotacija bilo kojeg materijalnog objekta oko njegove ose je njegovo svojstvo. Postavlja se prirodno pitanje: koji je razlog takve rotacije?

Ako je hipoteza o hronopolju i njegovom utjecaju na prostor ta?na, onda mo?emo pretpostaviti da do ?irenja prostora dolazi zbog njegove rotacije pod utjecajem hronopolja. Odnosno, hronopolje u na?em trodimenzionalnom svijetu ?iri prostor, iz podru?ja podprostora u podru?je superprostora, vrte?i ga prema strogo definiranoj ovisnosti.

Kao ?to je ve? napomenuto, u prisustvu gravitacione mase, energija hronopolja se smanjuje, prostor se ?iri sporije, ?to dovodi do pojave gravitacije. Kako se udaljavate od gravitacione mase, energija hronopolja se pove?ava, brzina ?irenja prostora raste, a gravitacijski efekat se smanjuje. Ako se u bilo kojem podru?ju u blizini gravitacijske mase na bilo koji na?in pove?a ili smanji brzina ?irenja prostora, onda ?e to dovesti do promjene te?ine objekata koji se nalaze u ovom podru?ju.

Vjerovatno je da su eksperimenti s rotiraju?im masama izazvali takvu promjenu brzine ?irenja prostora. Prostor je na neki na?in u interakciji s rotiraju?om masom. Uz dovoljno veliku brzinu rotacije masivnog objekta, mogu?e je pove?ati ili smanjiti brzinu ?irenja prostora i, shodno tome, promijeniti te?inu objekata koji se nalaze du? osi rotacije.

Autor je poku?ao da testira eksperimentalno izre?enu pretpostavku. Avionski ?iroskop je uzet kao rotiraju?a masa. Shema eksperimenta odgovarala je eksperimentu E. Podkletnova. Optere?enja materijala razli?itih gusto?a balansirana su na analiti?koj vagi s precizno??u mjerenja do 0,05 mg. Te?ina tereta bila je 10 gr. Ispod posude za vaganje s teretom postavljen je ?iroskop, koji se okretao prili?no velikom brzinom. Frekvencija napajanja ?iroskopa bila je 400 Hz. Kori?teni su ?iroskopi razli?itih masa s razli?itim momentima inercije. Maksimalna te?ina rotora ?iroskopa dostigla je 1200 g. ?iroskopi su rotirani i u smeru kazaljke na satu i u suprotnom smeru.

Dugoro?ni eksperimenti od druge polovine marta do avgusta 2002. godine nisu dali pozitivne rezultate. Ponekad su uo?ena manja odstupanja te?ine unutar jedne divizije. Mogu se pripisati gre?kama koje nastaju uslijed vibracija ili drugih, bilo kakvih vanjskih utjecaja. Me?utim, priroda ovih odstupanja bila je nedvosmislena. Prilikom rotacije ?iroskopa u smjeru suprotnom od kazaljke na satu, uo?eno je smanjenje te?ine, a u smjeru kazaljke na satu - pove?anje.

Tokom eksperimenta, polo?aj ?iroskopa, smjer njegove ose, mijenjao se pod razli?itim uglovima u odnosu na horizont. Ali ni to nije dalo rezultate.

U svom radu, N. Kozyrev je primetio da se promena te?ine ?iroskopa mo?e detektovati u kasnu jesen i zimu, pa ?ak i u ovom slu?aju, o?itavanja su se menjala tokom dana. O?igledno je to zbog polo?aja Zemlje u odnosu na Sunce. N. Kozyrev je izvodio svoje eksperimente u opservatoriji Pulkovo, koja se nalazi blizu 60° severne geografske ?irine. Zimi je polo?aj Zemlje u odnosu na Sunce takav da je smjer gravitacije na ovoj geografskoj ?irini gotovo okomit na ravan ekliptike (7°) danju. One. osa rotacije ?iroskopa bila je prakti?no paralelna sa osom ravni ekliptike. U ljeto, da bi se dobio rezultat, eksperiment je morao biti isproban no?u. Mo?da isti razlog nije dozvolio da se ponovi eksperiment E. Podkletnova u drugim laboratorijama.

Na geografskoj ?irini grada ?itomira (oko 50°N), gdje je eksperimente izvodio autor, ugao izme?u smjera gravitacije i okomice na ravan ekliptike ljeti iznosi skoro 63°. Mo?da su iz tog razloga uo?ena samo manja odstupanja. Ali mogu?e je i da je efekat bio i na balansiranje utega. U ovom slu?aju razlika u te?ini se o?itovala zbog razli?ite udaljenosti od vaganja i utega za balansiranje do ?iroskopa.

Mo?e se zamisliti sljede?i mehanizam promjene te?ine. Rotacija gravitacionih masa i drugih objekata i sistema u Univerzumu nastaje pod uticajem hronopolja. Ali rotacija se de?ava oko jedne ose, ?iji polo?aj u prostoru zavisi od nekih faktora koji su nam jo? uvek nepoznati. Shodno tome, u prisustvu takvih rotiraju?ih objekata, ?irenje prostora pod uticajem hronopolja dobija usmereni karakter. Odnosno, u smjeru ose rotacije sistema, ?irenje prostora ?e se dogoditi br?e nego u bilo kojem drugom smjeru.

Prostor se mo?e predstaviti kao kvantni gas koji ispunjava sve ?ak i unutar atomskog jezgra. Postoji interakcija izme?u prostora i materijalnih objekata unutar kojih se nalazi, koja se mo?e poja?ati pod utjecajem vanjskih faktora, na primjer, u prisustvu magnetnog polja. Ako se rotiraju?a masa nalazi u ravnini rotacije gravitacionog sistema i rotira u istom smjeru dovoljno velikom brzinom, tada ?e se du? osi rotacije prostor br?e ?iriti zbog interakcije prostora i rotiraju?e mase. Kada se smjer gravitacije i ?irenje prostora poklope, tada ?e se te?ina objekata smanjiti. Uz suprotnu rotaciju, ?irenje prostora ?e se usporiti, ?to ?e dovesti do pove?anja te?ine.

U onim slu?ajevima kada se pravci djelovanja gravitacije i ?irenja prostora ne poklapaju, rezultiraju?a sila se neznatno mijenja i te?ko je registrovati.

Rotiraju?a masa ?e promijeniti intenzitet gravitacionog polja na odre?enom mjestu. U formuli za ja?inu gravitacionog polja g = (G· M) / R 2 gravitaciona konstanta G i mase zemlje M ne mo?e promijeniti. Stoga se vrijednost mijenja R je udaljenost od centra zemlje do objekta koji se vaga. Zbog dodatnog ?irenja prostora ova vrijednost se pove?ava za D R. Odnosno, optere?enje se, takore?i, uzdi?e iznad povr?ine Zemlje za ovu koli?inu, ?to dovodi do promjene intenziteta gravitacionog polja g" = (G· M) / (R + D R) 2 .

U slu?aju usporavanja ?irenja prostora, vrijednost D R?e se odbiti od R?to ?e dovesti do debljanja.

Eksperimenti sa promjenama te?ine u prisustvu rotiraju?e mase ne dozvoljavaju postizanje visoke preciznosti mjerenja. Mo?da brzina rotacije ?iroskopa nije dovoljna da bi se primjetno promijenila te?ina, jer dodatno pro?irenje prostora nije jako zna?ajno. Ako se takvi eksperimenti izvode s kvantnim satovima, tada se ve?a preciznost mjerenja mo?e posti?i pore?enjem o?itavanja dva sata. U podru?ju gdje se prostor br?e ?iri, ja?ina hronopolja se pove?ava, a sat ?e raditi br?e i obrnuto.

Izvori informacija:

1. Kozyrev N.A. O mogu?nosti eksperimentalnog istra?ivanja svojstava vremena. // Vrijeme u nauci i filozofiji. Praga, 1971. str. 111...132.
2. Roshchin V.V., Godin S.M. Eksperimentalno prou?avanje nelinearnih efekata u dinami?kom magnetskom sistemu. , 2001.
3. Yumashev V.E.