Hvordan nul-tyngdekraftflyvninger fungerer

Uddannelse til at blive astronaut kræver, at en ansøger udholder fysisk krævende og stressende tests - forskellige maskiner og simulatorer måler hver elevs reaktion på rumfartens strenghed. I dag, en helt uafhængig industri bruger mange af disse simulatorer og andre enheder til et andet formål - underholdning.

Foto med tilladelse fra Zero Gravity Corporation
Spil fangst med en medpassager i et miljø med lav tyngdekraft

Få af disse simulatorer appellerer til offentligheden mere end nul-tyngdekraft flyvning. Næsten alle drømmer om at flyde ubesværet som astronauter i rummet. I øjeblikket, NASA bruger en modificeret C-9 fly til at skabe simuleringer af et vægtløst miljø, både til træningsformål og til at foretage vægtløshedsforsøg (uden de enorme omkostninger ved rumrejser). Indtil for nylig, kun få udvalgte havde det privilegium at opleve disse flyvninger. I dag, et firma kaldet Zero Gravity Corporation (ZERO-G) tilbyder denne oplevelse til offentligheden.

I denne artikel, vi lærer om tyngdekraften, frit faldende og hvordan det er at gå ombord på den såkaldte "opkast komet". Vi starter med, hvordan det er at opleve vægtløshed.

Indhold

1. Simulering af vægtløshed
2. Største LMT på jorden
3. Passer op
4. Tager springet
5. Inde i G-FORCE-ONE

Simulering af vægtløshed

Så hvordan kan vi simulere vægtløshed uden at undslippe jordens tyngdekraft? Det enkleste svar er, at vi observerer objekt i frit fald . Frit fald er, når et objekt udelukkende falder under påvirkning af tyngdekraften. På grund af luftmodstand , et objekt kan ikke virkelig være i et frit fald uden at være i et vakuum .

Foto med tilladelse fra Zero Gravity CorporationZero Gravity Corporation
Parabolsk flyvesti

For at passagerer i et fly kan opleve et frit fald sikkert, flyet skal klatre i en stejl vinkel, flade ud, og derefter dykke, oprette en sti kaldet a parabolsk bue , også kaldet a Keplerian -bane eller frit fald . I en sand parabolsk bue, den eneste accelerationskraft er tyngdekraften, der trækker i lodret retning - vandret hastighed forbliver konstant. På grund af luftmodstand, genstande i Jordens atmosfære kører kun i buer, der tilnærmer sig en sand parabel.

Typisk, ZERO-G's fly, kaldet G-FORCE-ONE, flyver mellem 24, 000 og 32, 000 fodhøjde. Dette giver piloten nok plads til at manøvrere flyene sikkert gennem sin flyvebane. Flyets nedstigning skal starte i stor højde for at give tilstrækkelig afstand til, at piloten sikkert kan trække et dyk ud. Da flyet klatrer til toppen af ​​sin bue, piloten retter den i en 45 graders vinkel. Under stigningen, flyets acceleration og tyngdekraften skaber et træk 1,8 gange tyngdekraften alene - passagerer vejer midlertidigt næsten to gange meget som normalt.

Foto med tilladelse fra Zero Gravity Corporation
En passager ombord på G-FORCE-ONE

Når flyet går over toppen af ​​buen, det centrifugal kraft udøvet på flyet og alt i det afbryder tyngdekraften, der trækker nedad. På dette tidspunkt, passagerer oplever mikrogravitation - det føles som om du er vægtløs, fordi kun negligiblegravitationskræfter er til stede. Følelsen af ​​vægtløshed varer i cirka 30 sekunder. Fordi flyet beskytter passagererne mod luft, de kan opleve et frit fald uden indblanding af luftmodstand.

Piloten trækker flyet ud af dykket, så faldet mellem den ene bue og den næste er omkring 24, 000 fodhøjde. Da flyet trækker ud af dykket og begynder at klatre igen, passagerer oplever igen kraften 1,8 gange tyngdekraften. Den typiske ZERO-G-flyvning omfatter 15 af disse parabolske buer, mens NASAflights kan indeholde op til 100.

I det næste afsnit, vi finder ud af, hvordan passagererne forbereder sig på nul tyngdekraft - og køresyge.

Største LMT på jorden

Den største LMT på jorden er Large Zenith Telescope i British Columbia. Dens snurrende flydende spejl er næsten 20 fod på tværs og vejer tre tons, hvilket gør det til det tredjestørste teleskop i Nordamerika. Fadet, der holder kviksølv, er fremstillet af sekskantede segmenter, der er limet sammen for at danne en skal. Hvert stykke har en skumkerne med høj densitet dækket af glasfiber. For at give skallen en konkav form, det opvarmes i en stor ovn. En væg ved spejlkanten forhindrer kviksølv i at spilde.

Fordelene ved flydende spejlteleskoper

Den største fordel ved en LMT er dens relativt lave pris. Flydende teleskoper koster meget mindre at bygge end polerede aluminiumsspejle af lignende størrelse. For eksempel, Det store Zenith -teleskop bar en pris på 1 million dollars. Et sammenligneligt glas spejlteleskop ville koste 100 gange så meget at bygge. Og LMT'er koster mindre at vedligeholde, hovedsagelig fordi det flydende spejl ikke skal rengøres, justeret eller aluminiseret.

Selvfølgelig, der er nogle ulemper. Kviksølv er ekstremt giftigt, så at arbejde med det udgør nogle langsigtede sundhedsrisici. Ikke kun det, fadet, der holder kviksølv, kan kun vippes så langt, før væsken spildes ud. Dette begrænser visningen af ​​en LMT, som kun kan se lige op.

Understøttende fadet er en stålstol og 19 justerbare puder. Truss, på tur, understøttes af et luftleje i rustfrit stål designet kun til Large Zenith Telescope. Et luftleje er en særlig type leje, der bruger en tynd film med trykluft til at fungere som smøremiddel omkring akslen, der drejer spejlet. Normale lejer, der bruger oliesmøremidler, er mindre effektive, fordi de producerer vibrationer og ustabile rotationer, der forringer billedkvaliteten. Som en nulfriktionsløsning, et luftleje eliminerer disse problemer, fører til en perfekt glat, vibrationsfri rotation. En indbygget børsteløs DC-motor drejer luftlejespindlen og kan rotere en belastning op til 10 tons med cirka 10 omdrejninger i minuttet.

Foto med tilladelse fra Professional Instrument Company
Luftlejespindlen i bunden af ​​et flydende spejlteleskop

Seks støtteben fastgør det primære spejl til en ring øverst i teleskopet. Ringen understøtter et mindre brydningsobjektiv, der hjælper med at fokusere billedet, samt detektoren. Detektoren inkluderer en ladningskoblet enhed (CCD), som samler fotoner af lys og konverterer dem til billedelementer, eller pixels. Disse pixels overføres til en computerskærm og deles sammen for at danne et billede, der kan manipuleres og forbedres for at forbedre billeddetaljerne. Computeren er ikke placeret i teleskopets observatoriestruktur, men i en bygning i nærheden

Det eneste problem med Large Zenith Telescope-et problem, det deler med alle jordbundne teleskoper-er dets placering. Selv i 1 højde, 295 fod, dens syn på himlen er stadig afskærmet af atmosfæren. Hvis et flydende spejl teleskop spejl kunne placeres på månen, hvor der ikke er nogen atmosfære til at blokere ultraviolet, infrarød og andre former for energi, det kunne give endnu mere spektakulære resultater. Men, som vi vil se i det næste afsnit, at bygge en LMT på månen præsenterer sine egne udfordringer.

Passer op

Hvis du vil opleve en flyvning med nul tyngdekraft, du kan bestille en tur på G-FORCE-ONE-en modificeret Boeing 727-200-via ZERO-G-webstedet eller i din lokale Sharper Image-butik for $ 3, 500. Pakken inkluderer din flyvning, unikke varer og en fest efter flyvningen (eller, afhængigt af dit synspunkt, en kølvandet på dit midlertidige dramatiske vægttab). Passagerer skal være mindst 15 år gamle, hvis de ikke ledsages, eller 12 hvis de flyver med en forælder eller værge.

Køresyge
ZERO-G har et stigma at ryste af sig-det af Opkast Komet , navnet passagerer gav til NASAs nul-tyngdekraft flyveprogrammer. Mange mennesker, der har taget en tur på NASAs nul-tyngdekraftsflyvninger, oplevede alvorlig køresyge. ZERO-G's fokus er mere på underholdning end forskning, og derfor stræber de efter at reducere ubehag for passagerer.

Ifølge virksomheden, de fleste mennesker begynder at opleve køresyge, efter at flyet har rejst gennem 25 eller flere parabolske buer-virksomheden begrænser G-FORCE-ONE til 15 buer pr. tur [Kilde:Zero Gravity Corporation]. Virksomheden leverer også Dramamine til passagerer, der er udsat for køresyge.

Når du har bestilt din flyrejse, virksomheden sender dig en pakke med oplysninger og formularer, der skal udfyldes. Skemaer inkluderer en dispensation og erklæring om, at du ikke lider af nogen tilstande eller sygdomme, der kan blive værre under flyvningen. Nogle passagerer skal muligvis indhente en læges tilladelse, før virksomheden tillader dem at fortsætte oplevelsen.

På dagen for din flyvning, du rejser til det passende sted - normalt enten McCarren International Airport i Las Vegas eller Kennedy Space Center i Florida. Når du er i lufthavnen, du bliver nødt til at tjekke ind med flyvecentret, hvor du vil modtage din egen flyverdragt.

Foto med tilladelse fra NASA
NASAs KC-135A i en
45-graders stigning.

Du vil derefter nyde et let måltid (du vil ikke fylde op, før du kaster din følelse af ligevægt ud af lur) leveret af virksomheden, før du ser en orienterings- og sikkerhedsvideo. Videoen er en obligatorisk del af oplevelsen, og virksomheden er seriøs med at vise det til hver passager. Hvis du af en eller anden grund forlader under videoen, du bliver nødt til at se hele videoen igen uafbrudt, før virksomheden tillader dig at flyve. Efter videoen, passagerer deltager i en spørgsmål-og-svar-session med flybesætningen.

I det næste afsnit, vi finder ud af, hvordan det er at lave en salto i tyngdekraften.

Tager springet

Når spørgsmål-og-svar-sessionen er slut, det er tid til at stige ombord på flyet. Passagerer sidder bag på flyet, der ligner en normal 727, bortset fra manglen på vinduer. Du spænder sikkerhedsselen, og piloten vil taxe flyet til landingsbanen og starte ligesom enhver anden flyvning. Når du når cruising højde, det er tid til at spænde sikkerhedsselen op og flytte til flyets legeplads, hvor du vil ligge, mens du forbereder dig til den første stejle stigning, under hvilken g-kræfterne stiger.

Foto med tilladelse fra Zero Gravity Corporation
Hver flyvning indeholder 15 paraboler
- i alt syv til otte
minutter med reduceret tyngdekraft.

Når flyet går over toppen af ​​det højeste punkt, et besætningsmedlem vil råbe "Mars gravitation, "" Lunar tyngdekraft "eller" nul tyngdekraft. "På det tidspunkt kan du bevæge dig rundt i legeområdet, oplever et miljø med reduceret tyngdekraft. Besætningen tilbyder assistance og tager billeder og videooptagelser af din oplevelse, mens du flyder, salto, flyve og hoppe gennem legeområdet. Når flyet begynder at trække ud af sit dyk, et besætningsmedlem vil råbe, "fødderne nede." Dette er din fingerpeg om at orientere dig, så du sikkert kan lande på gulvet, efterhånden som tyngdekraften gradvist stiger. Du bliver nødt til at lægge dig ned igen for at forberede dig på den næste stigning.

Hver flyvning indeholder 15 paraboler, hvilket betyder, at du vil opleve syv til otte minutters reduceret tyngdekraft. Når flyet er færdig med den sidste parabolske bue, du vender tilbage til siddeområdet og spænder fast for landing. Når du vender tilbage til lufthavnen, du forlader flyet for at gå til en fest efter flyvningen, komplet med gratis champagne og souvenirs.

"ansigt =" arial, helvetica "size =" 3 "> Mars og månens tyngdekraft
Ved at justere kurven for flyvebanen, flyet kan simulere tyngdekraften på Mars eller månen. Parabelens form er langstrakt og ikke så stejl som fritfaldsstien. Den resulterende centrifugalkraft er svagere og opvejer kun delvist tyngdekraften.

Jordens tyngdekraft er cirka tre gange stærkere end Mars og cirka seks gange stærkere end månens tyngdekraft.

I det næste afsnit, vi finder ud af, hvordan Boeing 727-200 blev eftermonteret for at modstå kraften på 15 parabolske buer.

Inde i G-FORCE-ONE

Lægerne Peter Diamandis og Byron Lichtenberg grundlagde ZERO-G i 1993 med den hensigt at oprette et rumunderholdnings- og turistfirma. NASA plejede at udføre nul-tyngdekraftflyvninger ved hjælp af en Boeing KC-135A Stratotanker , oprindeligt designet som et fly-tankningskøretøj under flyvning. Diamandis og Lichtenberg havde brug for et fly, der opfyldte FAA -reglerne (Federal Aviation Administration) (NASA er fritaget for FAA -certificering, men kommercielle rejser er ikke), alligevel kunne modstå de belastninger, der er forbundet med at simulere vægtløshed. Flyet skulle også være billigere at købe og vedligeholde end KC-135A. De fokuserede deres opmærksomhed på Boeing 727-200 .

Foto med tilladelse fra Zero Gravity Corporation
Passagerer kan spise slik i et vægtløst miljø og
ikke tage på i vægt ... i hvert fald indtil de lander.

727 har mange kvaliteter, der appellerede til Diamandis og Lichtenberg. De fleste store lufthavne i USA kan rumme flyet. Også, fordi 727 stadig er en stor del af mange flyselskabers flåder, dele og service er let tilgængelige. Og selvom ZERO-G foretog nogle mindre ændringer af flyet, de 727 opfyldte FAA -reglerne, herunder standarder for støjdæmpning.

I 2004, FAA gav ZERO-G tilladelse til at foretage flyvninger i en 727-200 ved hjælp af parabolske stier. Virksomheden flyver over ubeboede områder, der er ude af vejen for de fleste kommercielle flyruter. Hver flyvning finder sted inden for en FAA-udpeget korridor omkring 100 miles lang og 10 miles bred.

Foto med tilladelse fra Zero Gravity Corporation
ZERO-G’s Boeing 727-200, G-FORCE-ONE

ZERO-G ændrede 727-200 for bedre at passe til virksomhedens behov. Besætninger fjernede de fleste siddepladser og skabte en polstret, 90 fod lang korridor, hvor flyers-virksomhedens betegnelse for passagerer-ville opleve vægtløshed. Bagsiden af ​​flyet kan rumme op til 35 flyers og seks besætningsmedlemmer. Ingeniører designede et nyt hydrauliksystem, der forhindrede luft og hydraulisk væske i at blande sig i et vægtløst miljø - en sådan blanding kan resultere i tab af hydraulisk tryk, gør det meget svært at kontrollere flyet. Det nye hydrauliksystem er et lukket system, hvilket betyder, at en række ventiler forhindrer luft og hydraulisk væske i at blande sig.

Ingeniører designet også en særlig accelerometer til cockpittet. Accelerometeret måler flyets hastighed og vej gennem en parabolsk bue. På grund af ZERO-G's fokus på at levere underholdning til kunderne, selskabet mente, at kundernes komfort var en vigtig bekymring (NASA er afhængig af sine piloter til at følge den parabolske vej på egen hånd og er mindre bekymret for flyets glathed). Piloter kan modtage data om deres flyvebane, foretage mindre justeringer, når det er nødvendigt for at sikre, at hver bue er glat som muligt.

Boeing designet 727 til at modstå kræfter fra -0,1 G til 2,5 G. G-belastningen belastes under parabolsk flyvning på G-FORCE-ONE-området fra 0 G til 1,8 G, godt inden for sikkerhedsområdet. ZERO-G inspicerer jævnligt flyet for tegn på udstyrets træthed og vedligeholdelsesbehov.

Tak skal du have
Tak til Dr. Peter Diamandis fra Zero Gravity Corporation for hans input til denne artikel.

Virksomhedens hovedsæde er i Las Vegas, Nev. De fleste flyvninger stammer fra Las Vegas eller Kennedy Space Center i Florida, men fordi mange lufthavne kan rumme en 727, selskabet inviterer kunderne til charterflyvninger baseret på deres nærmeste større lufthavn, gør det så meget lettere at opnå en livslang drøm om at trodse tyngdekraften.

For at finde ud af mere om nul-tyngdekraftflyvninger, tjek linkene på den næste side.

Science Gravity Research VidenskabGeofysik Hvordan kan dele af Canada 'mangle' tyngdekraften? VidenskabGeofysik Hvad er tyngdekraften? VidenskabGeofysikHvilke tyngdekraftshemmeligheder er blevet afsløret i de sidste 50 år? ScienceScience Spørgsmål Hvad har tyngdekraften at gøre med big bang? VidenskabBæredygtige teknologier derhjemmeHvordan tyngdekraft-drevne gulvlamper fungererVidenskabGeofysikHvad hvis der ikke var tyngdekraft på jorden? VidenskabHvad hvisHvad hvis jorden mistede tyngdekraften i fem sekunder? VidenskabCellulær og mikroskopisk biologiCheerleaders hjælper med at opdage bakterier, der vokser bedre i nul-tyngdekraft videnskab Videnskabsspørgsmål Hvad er antigravitet? Lifestyle Gravity Research LifestyleScience ProjectsScience Projects for Kids:Laws of Gravity and Motion

Masser mere information

Relaterede HowStuffWorks -artikler

• Sådan fungerer fly
• Sådan fungerer lufthavne
• Hvordan kredser satellitter om jorden?
• Hvordan fungerer speedometeret i et fly?
• Sådan fungerer Mars
• Sådan fungerer NASA
• Hvordan rumfly vil fungere
• Sådan fungerer rumfærger
• Sådan fungerer rumturisme
• Sådan fungerer vægtløshed

Flere store links

• Zero Gravity Corporation
  
• NASA
• X Prize Foundation

Kilder

• "Et kort mellemspil i nul-G." Ny forsker. Vol. 194, Udgave 2602, 5/5/2007.
• Dempsey, Robert, et al. "Tak fordi du flyver opkastningskometen." Fysiklæreren. Vol. 45, Februar 2007.
• Guld, Scott. "Floating Free and Queasy." Los Angeles Times. 15. september, 2004.
• Personligt interview med Dr. Peter Diamandis den 20. juli, 2007.
• Spangenberg, Ray og Moser, Diane. "Verdens højeste rutsjebane." Final Frontier, September/okt. 1988.
• US patent nr. 5, 971, 319. System til konvertering af jetfly til parabolsk flyveoperation.
• ZERO-G Corporation
  http://www.gozerog.com