Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

Kunstig tyngdekraft bryder fri fra science fiction

Kredit:University of Colorado at Boulder

Kunstig tyngdekraft har længe været science fiction-stoffet. Forestil dig de hjulformede skibe fra film som 2001:A Space Odyssey og The Martian, imaginære fartøjer, der genererer deres egen tyngdekraft ved at snurre rundt i rummet.

Nu, et team fra CU Boulder arbejder på at gøre disse teknologier til virkelighed.

Forskerne, ledet af rumfartsingeniør Torin Clark, kan ikke efterligne disse Hollywood-kreationer – endnu. Men de forestiller sig nye måder at designe roterende systemer, der kan passe ind i et rum med fremtidige rumstationer og endda månebaser. Astronauter kunne kravle ind i disse rum i blot et par timer om dagen for at få deres daglige doser af tyngdekraften. Tænk spabehandlinger, men for virkningerne af vægtløshed.

Gruppen håber, at dens arbejde en dag vil hjælpe med at holde astronauter sunde, når de begiver sig ud i rummet, giver mennesker mulighed for at rejse længere fra Jorden end nogensinde før og blive længere væk.

Men først, Clarks team bliver nødt til at løse et problem, der har plaget fortalere for kunstig tyngdekraft i årevis:køresyge.

"Astronauter oplever knogletab, muskeltab, kardiovaskulær dekonditionering og mere i rummet. I dag, der er en række stykkevise modforanstaltninger for at overvinde disse problemer, " sagde Clark, en adjunkt i Ann og H.J. Smead Department of Aerospace Engineering Sciences. "Men kunstig tyngdekraft er fantastisk, fordi den kan overvinde dem alle på én gang."

Mærkelig fornemmelse

Clark afprøver det selv i et værelse på campus, der ikke er meget større end et almindeligt kontor.

Kredit:University of Colorado at Boulder

Ingeniøren lægger sig på en metalplatform, der ligner en hospitalsbåre, del af en maskine, som ingeniører kalder en centrifuge med kort radius. Efter en hurtig nedtælling, platformen begynder at rotere rundt i rummet, først langsomt og så hurtigere og hurtigere.

Nicholas Dembiczak, en bachelorstuderende, der studerer rumfartsteknik og forskningsassistent i laboratoriet, ser Clarks fremskridt fra en computerskærm i rummet ved siden af.

"Du kommer på 15 rotationer i minuttet nu, " meddeler han over en mikrofon.

Clark, imidlertid, synes ikke at have noget imod det. "Det er sjovt, " han siger.

Det er også det tætteste, som videnskabsmænd på Jorden kan komme på, hvordan kunstig tyngdekraft i rummet kan fungere.

Clark forklarede, at den vinkelhastighed, der genereres af centrifugen, skubber hans fødder mod bunden af ​​platformen - næsten som om han stod under sin egen vægt.

Men der er et problem med denne form for tyngdekraft, en, der er kendt for alle, der har besøgt en forlystelsespark. Hvis Clark drejede hovedet til begge sider, mens han drejede, han ville opleve en fornemmelse kendt som den "krydskoblede illusion" - en forstyrrelse af det indre øre, der får dig til at føle, at du tumler.

"Det er en meget mærkelig fornemmelse, sagde Kathrine Bretl, en kandidatstuderende i Clarks laboratorium.

Undergraduate Nicholas Dembiczak overvåger Torin Clarks fremskridt. Kredit:CU Boulder, Torin Clark

Så mærkeligt, i årtier, ingeniører anså den slags køresyge for en aftale, der bryder med kunstig tyngdekraft.

Clark og Bretl, imidlertid, havde andre ideer.

Tager det langsomt

I en række nyere undersøgelser, parret og deres kolleger satte sig for at undersøge, om kvalme virkelig er prisen for entré for kunstig tyngdekraft. Med andre ord, kunne astronauter træne deres kroppe til at tolerere den belastning, der kommer af at blive snurret rundt i cirkler som hamstere i et hjul?

Holdet begyndte med at rekruttere en gruppe frivillige og testede dem på centrifugen på tværs af 10 sessioner.

Men i modsætning til de fleste tidligere undersøgelser, CU Boulder-forskerne tog tingene langsomt. De drejede først deres emner med kun én rotation i minuttet, og øgede kun hastigheden, når hver rekrut ikke længere oplevede den krydskoblede illusion.

"Jeg præsenterer på en konference, og alle siger, 'Hun er den, der spinder folk og gør dem syge, "" sagde Bretl. "Men vi forsøger at undgå tilfælde af køresyge, fordi hele pointen med vores forskning er at gøre det acceptabelt."

Den personlige tilgang virkede. Ved afslutningen af ​​10. session, forsøgspersonerne snurrede alle behageligt, uden at føle nogen illusion, ved en gennemsnitshastighed på omkring 17 omdrejninger i minuttet. Det er meget hurtigere end nogen tidligere forskning havde været i stand til at opnå. Gruppen rapporterede sine resultater i juni i Journal of Vestibular Research.

I deres eksperimenter, Clark og hans kolleger snurrede testpersoner i en siddende stilling, bad dem derefter om at vippe hovedet til siden for at se, om de oplevede den krydskoblede illusion. Kredit:CU Boulder, Torin Clark

Clark siger, at undersøgelsen gør et stærkt argument for, at kunstig tyngdekraft kunne være en realistisk mulighed for fremtiden for rumrejser.

"Så vidt vi kan se, i det væsentlige kan enhver tilpasse sig denne stimulus, " han sagde.

I løbende forskning, forskerne øgede også antallet af træningssessioner til 50, fandt ud af, at folk kunne spinde endnu hurtigere med mere tid.

Men de har også mange flere spørgsmål at besvare, før du måske ser et kunstigt tyngdekraftsrum placeret på toppen af ​​den internationale rumstation:Hvor længe varer virkningerne af træning, for eksempel, og hvor meget tyngdekraft har en astronaut brug for for at opveje tabet af muskler og knogler?

Bretl, imidlertid, håber, at forskningen vil begynde at overbevise videnskabsfolk om, at kunstig tyngdekraft ikke kun er for sommerens blockbusters.

"Pointen med vores arbejde er at forsøge at få flere mennesker til at tro, at kunstig tyngdekraft måske ikke er så tosset, " sagde hun. "Måske har det en plads uden for science fiction."


Varme artikler