Tänk dig att du är inne i ett fordon - eller en annan maskin - som snurrar runt så snabbt att kraften pressar din kropp mot väggen eller sätet. När du snurrar snabbare och snabbare ökar trycket som tvingar dig mot väggen (och omvänt minskar det när centrifugeringen saktar ner). Vikten känns precis som tyngdkraften som håller din kropp jordad mot jorden.

Om du är som de flesta människor, din mest dramatiska upplevelse med den här typen av snurrande kraft är förmodligen från en nöjesparkstur - specifikt en klassisk Rotor Ride som har skapat mycket glädje (och ja kräkningar) sedan mitten av 1800 -talet.

Men en handfull människor, inklusive astronauter och militära piloter, uppleva samma fenomen i en centrifug som är mätad av människor, en maskin som snurrar för att producera dessa höga "G -krafter, "kallas också acceleration. De upplever denna G-kraft ombord på högpresterande flygplan under höghastighetssvängar, och under uppskjutningar i rymden och när rymdfarkoster snabbt saktar ner när de kommer in i jordens atmosfär igen.

Vad är artificiell gravitation?

I mycket verklig mening, denna typ av rotation ger gravitation - artificiell gravitation för att vara exakt. Den ger din kropp vikt - vikt som dina ben och muskler inte kan skilja från den vikt som jorden, eller en annan planet, ger på grund av dess stora massa.

Följaktligen, i årtionden, science fiction -författare har tänkt sig roterande rymdskepp som skapar konstgjord gravitation för astronauter under de längsta faserna av rymduppdrag. Dessa faser är när de inte är extra tunga på grund av att fartyget accelererar för att bygga upp hastighet, eller saktar ner i atmosfären, men viktlös på grund av hantverkets kustfartyg, förneka tyngdkraftens effekter.

Två exempel på sådan konstgjord gravitation i science fiction är 2015 -filmen "The Martian" och 1968 års epos "2001:A Space Odyssey." "The Martian" har ett interplanetärt hantverk, Hermes, med en stor, hjulformad sektion som roterar på sin resa mellan jorden och Mars. När kameran zoomar in, du märker att "upp" för astronauter inne i Hermes alltid är mot mitten av hjulet, medan "nere, " golvet, "är fälgen. Rymdstation V i" 2001:A Space Odyssey "är en snurrande station som genererar konstgjord gravitation som är lika med månens tyngdkraft.

Förutom bekvämlighet, det finns goda skäl till att vi behöver artificiell tyngdkraft på rymduppdrag på långa avstånd. För en, i viktlöshet förändras våra kroppar på sätt som kan vara skadliga när astronauter anländer till sina destinationer - till exempel Mars - eller återvänder till jorden. Ben förlorar mineralinnehåll (de mjuknar, bli sårbar för fraktur); muskelatrofi (de krymper och försvagas); vätskor skiftar mot huvudet och utsöndras också från kroppen, orsakar förändringar i det kardiovaskulära systemet och lungorna; nervsystemet slängs ur banan; och på senare år har rymdmedicinforskare funnit vad som kan vara permanent ögonskada hos vissa astronauter. Lägg till den forskningen som tyder på att gravitation kan krävas för att människor ska ha en normal graviditet i rymden och det verkar nästan som en bra idé att alla rymdfarkoster som bär människor runt solsystemet antingen borde rotera, eller har någon del av fartyget som gör det.

Forskning på artificiell gravitation

Undersöker NASA och andra denna möjlighet?

Svaret är ja. Sedan 1960 -talet har NASA -forskare har övervägt utsikterna till artificiell gravitation genom rotation. Dock, ansträngningen, finansiering och övergripande entusiasm har ökat och minskat genom årtiondena. Det var en ökning av forskningen på 1960 -talet när NASA arbetade med att skicka människan till månen (budgeten för NASA vid den tiden var nästan 5 procent av hela den federala regeringen - 10 gånger vad den är idag).

Även om NASA inte har betonat forskning om artificiell gravitation under det senaste halvseklet, forskare både inom och utanför rymdorganisationen studerar en rad situationer. Möss som snurrar i en liten centrifug ombord på den internationella rymdstationen överlevde utan problem och jordbundna människor lär sig att anpassa sig i spinningrum. Det finns en vid Ashton Graybiel Spatial Orientation Laboratory vid Brandeis University och DLR Institute of Aerospace Medicine i Köln, Tyskland, är hem för DLR Short-Arm Centrifuge, Modul 1. Det är den enda i sitt slag i världen som undersöker effekterna av förändrad gravitation, särskilt när det gäller hälsorisker som uppstår vid mikrogravitation.

Varför har vi inte roterande rymdskepp?

Men om behovet av konstgjord gravitation är så tydligt, varför bry sig om forskning i rymden, eller på jorden? Varför får ingenjörer bara arbeta med att utforma snurrande fartyg, som Hermes?

Svaret är att konstgjord gravitation kräver en avvägning, för allt det snurrar skapar problem. Som på Rotor Ride, att flytta huvudet medan du snurrar så snabbt orsakar illamående. Spinning påverkar också vätskan i ditt inre öra och andra kroppsdelar som du rör dig medan du är i en roterande miljö.

Och det där illamående, desorientering och rörelseproblem förvärras ju snabbare du roterar (antalet varv per minut [RPM]). Men mängden konstgjord gravitation som kan produceras beror både på varvtalet och storleken på det som roterar.

Att uppleva en viss tyngdkraft-till exempel hälften av den vanliga mängden du känner på jorden-avgör hur lång radien av rotationen (avståndet från dig som står på golvet till mitten av allt som snurrar) hur snabbt du behöver snurra. Bygg ett hjulformat fartyg med en radie på 738 fot (225 meter) och du kommer att producera full jordtyngdkraft (känd som 1G) som roterar med bara 1 varv per minut. Det är tillräckligt långsamt för att forskare är mycket säkra på att ingen skulle bli illamående eller desorienterad.

Annat än att golvet är lite krökt, saker ombord på ett sådant hantverk skulle kännas ganska normalt. Men att bygga och flyga en så enorm struktur i rymden skulle innebära många tekniska utmaningar.

Detta innebär att NASA och alla andra rymdorganisationer eller organisationer som sannolikt kommer att skicka människor runt solsystemet i framtiden måste nöja sig med en lägre tyngdkraft, en snabbare rotation (fler varvtal) - eller båda. Eftersom det inte finns något laboratorium på månen där ytvikten är cirka 16 procent av jordens yta, vilket gör det till ett bra ställe att undersöka effekterna av låg gravitation, i motsats till viktlöshet, det finns helt enkelt inte tillräckligt med data för att veta hur mycket gravitation människor kan behöva för långsiktiga rymduppdrag eller rymdkolonier. Sådana uppgifter behövs, liksom data om hur mycket rotation människor rimligen kan tolerera, och det är grunden för pågående konstgjord gravitation.

University of Colorado, Boulder studerar sätt att designa roterande system som kan passa i ett rum på en framtida rymdstation eller månbas. Astronauter kunde krypa in i dessa rum bara några timmar om dagen för att få sin dagliga dos av tyngdkraften.