Gravetat artificial
La gravetat artificial és l'alteració de la gravetat natural (força G) de forma artificial, principalment en l'espai, pero també en la Terra. Açò pot conseguir-se en la pràctica usant diferents forces, principalment la força centrífuga i l'acceleració llineal.
Es tracta d'una tecnologia imprescindible per a la permanència humana en l'espai, a través d'estacions espacials o hàbitats espacials. Actualment, l'astrofísica i l'ingenieria aeroespacial investiguen i desenrollen nous métodos per a la generació i manipulació d'estos camps gravitacionals.
A lo llarc de l'història s'han propost numerosos métodos per a generar gravetat artificial, igual que ha ocorregut també en el camp de la ciència ficció a on, en abdós casos, s'han intentat usar tant forces reals com forces fictícies. No obstant, en la pràctica, les aplicacions en l'espai exterior de gravetat artificial per a us humà encara no s'han aplegat a realisar, principalment pel fet de que es requerix de naus espacials de grans dimensions que pogueren permetre la rotació suficient per a proporcionar l'acceleració centrípeta necessària.[1]
Necessitat de gravetat
[editar | editar còdic]Sense força G es produïx el denominat síndrome d'adaptació espacial, tant en humans com en animals, que produïx que als pocs dies de permanéixer sense gravetat la densitat dels ossos comence a decréixer, podent ser este descens de forma permanent. No obstant, no se sap la cantitat mínima de força G necessària per a evitar esta pèrdua òssea, ya que casi totes la proves s'han realisat o a gravetat g=1 (en la superfície de la Terra) o a gravetat g=0 (en òrbita), i no hi ha suficient experiència sobre la Lluna per a determinar si esta afecta o no a la pèrdua òssea.
Métodos de generació de gravetat artificial
[editar | editar còdic]La gravetat pot ser simulada de numeroses formes:
Rotació
[editar | editar còdic]
Una nau en rotació produirà la sensació de gravetat dins del seu caixco. La rotació desplaça qualsevol objecte de l'interior de la nau cap a les seues parets, donant l'apariència d'un espente gravitacional dirigit cap a l'exterior. El "espente", a sovint conegut com força centrífuga és en realitat una manifestació dels objectes dins de la nau intentant viajar en llínea recta per l'inèrcia. Les parets de la nau proporcionen la força centrípeta requerida per a que els objectes viagen en un círcul (si continuaren en llínea recta abandonarien els confines de la nau). Aixina, la gravetat sentida pels objectes és una simple reacció de força de l'objecte sobre les parets reaccionant en la força centrípeta de la paret sobre l'objecte, d'acort en la tercera llei de Newton.
Des del punt de vista de la gent que trencada en l'hàbitat, la gravetat artificial per rotació es comporta en alguns aspectes de la mateixa forma que la gravetat normal pero té els següents efectes:
- Força centrífuga: Al contrari que la gravetat real, la qual espenta cap a un centre, esta pseudo-força en rotació proporciona una 'gravetat' rotacional que espenta fòra del eix de rotació. Els nivells de gravetat artificial varien proporcionalment en la distància des del centre de rotació. En un radi de rotació menut, la cantitat de gravetat sentida sobre el cap seria significativament diferent de la cantitat sentida en els peus. Açò podria generar moviment i canvis incómodos en la posició del cos. D'acort en la física involucrada, les rotacions més llentes o en un radi de rotació més gran reduirien o eliminarien este problema, per la tercera llei de Newton.
- l'efecte Coriolis dona una força aparent que actua sobre els objectes que es mouen con relación a un marc de referència de rotació. Esta força aparent actua en àngul recte en el moviment i l'eix de rotació i tendix a curvar el moviment en el sentit opost al gir de l'hàbitat. Si un astronauta dins d'un ambient de gravetat artificial que gira es mou cap a o des de l'eix de rotació, sentirà una força d'espente cap a o llunt de la direcció de gir. Estes forces actuen sobre l'oït intern i pot causar marejos, nàusees i desorientación. Allargar el periodo de rotació (velocitat de rotació més llenta) reduïx la força de Coriolis i els seus efectes. En general, es creu que en 2 rpm o menys, no hi ha efectes adversos derivats de les forces de Coriolis; a taxes més altes, algunes persones poden acostumar-se a ella i uns atres no; pero a taxes superiors a 7 rpm poques persones pot acostumar-se.[2] Encara no se sap si les llargues exposicions a alts nivells de forces de Coriolis incrementen la predisposició a la seua adaptació. Els efectes d'inducció de nàusees per l'efecte Coriolis també poden mitigar-se llimitant el moviment del cap.
Esta forma de gravetat artificial dona atres problemes: l'energia cinètica: El gir de la totalitat o part de l'hàbitat requerix energia. Açò requeriria un sistema de propulsió i el combustible d'algun tipo per a girar cap a dalt (o girar cap a avall) o un motor i l'contrapeso d'algun tipo (possiblement en la forma d'una atra sala habitable) per a girar en la direcció oposta. Es necessita força adicional en l'estructura per a evitar que se separen per la rotació. No obstant, la cantitat d'estructura necessària per a mantindre una atmòsfera respirable (força de 10 tonellades per metro quadrat a 1 atmòsfera) és relativament modesta per a la majoria de les estructures. Si parts de l'estructura no giren de manera intencionada, la fricció i torsió similars faran que els ràtios de gir convergixquen (ademés de causar que atres parts opostes estacionarias giren), requerint motors i potència per a compensar les pèrdues per fricció.
- Les parts de l'estació que giren les unes en unes atres requerixen d'un sagell axial estanc al buit.
| Càlculs |
|---|
g = Fracció decimal de la gravetat de la terra |
.png)
Els reptes d'ingenieria per a crear una nau en rotació són comparativament modests a qualsevol atra proposta. Els dissenys d'una hipotètica nau en gravetat artificial tenen un gran número de variants en els seus problemes intrínsecs i ventages. Per a reduir la força de Coriolis a nivells habitables, es necessitaria un ràtio de gir de 2 rpm o menys. Per a produir 1g, el radi de rotació tindria que ser de 224 m o més, lo que comportaria una nau molt gran. Per a reduir la seua massa, el soport a lo llarc del diàmetro podria consistir en res més que un cable que conecte dos seccions de la nau. Possiblement un mòdul d'habitabilitat i un contrapeso format per atres parts de la nau. Encara no se sap si l'exposició a una alta gravetat per curts periodos de temps és tan beneficiós per a la salut com l'exposició a la gravetat normal. Tampoc es coneix l'efectivitat dels nivells baixos de gravetat per a fer front als efectes adversos sobre la salut i la pèrdua de pes. La gravetat artificial a 0.1g requeriria un ràdio de sol 22 m. En un radi de 10 m, es necessitarien 10 rpm per a produir la gravetat de la Terra (la gravetat seria un 11% major en els peus), o 14 rpm per a produir 2g. Si una chicoteta exposició a l'alta gravetat pot invertir els efectes sobre la salut i pèrdua de pes, es podria utilisar un chicotet centrifugador com a àrea d'eixercici.
Acceleració llineal
[editar | editar còdic]L'acceleració llineal, inclús a un baix nivell pot proporcionar suficient força G per a resultar beneficiosa. Qualsevol nau podria accelerar constantment en llínea recta, forçant als objectes en l'interior de la nau en la direcció oposta a la direcció de l'acceleració.
La majoria dels eixides de reacció química ya acceleren a suficient ràtio per a produir vàries voltes la força G de la Terra pero solament poden mantindre estes acceleració durant varis minuts, pel seu llimitat abastiment de combustible.
Un sistema de propulsió en un impuls específic molt alt (açò és, bona eficiència en l'us de la reacció en massa que deu utilisar-se per a la propulsió en el viage) podria accelerar llentament, produint nivells útils de gravetat artificial durant llarcs periodos de temps.
Dos eixemples d'esta llarga duració, relació espente a pes, propulsió d'alt impuls que s'han usat en la pràctica en una nau o està planificat utilisar són el Propulsor a efecte Hall i el Motor de Magnetoplasma d'Impuls Específic Variable (VASIMR). Abdós proporcionen un impuls específic molt alt pero en relativament poca relació espente a pes, comparat en els més típiques eixides de reacció química. Per això, són ideals per al seu us de llarga duració i proporcionarien cantitats llimitades de nivells mili-g de gravetat artificial en la nau.
S'ha propost acceleració llineal de baix impuls pero de llarc determini per a vàries missions interplanetarias. Per eixemple, podria transportar-se a Mart inclús una pesada càrrega útil (100 tonellades) en 27 mesos i retindre aproximadament el 55 per cent de la massa del vehícul LEO a la seua arribada a l'òrbita de Mart, proporcionant un gradient de baixa gravetat de la nau durant la totalitat viage.[3]
L'acceleració llineal constant podria proporcionar, en teoria, temps de vol relativament curts en el sistema solar. Si estiguera disponible una tècnica de propulsió que soportara una acceleració contínua de 1g, una nau accelerant (i despuix desaccelerant durant la segona mitat del viage) a 1g alcançaria Mart en uns pocs dies.[4]
En una série de películes de ciència ficció, l'acceleració s'utilisa per a produir la gravetat artificial de la nau interestelar, impulsada per mijos encara teòrics o hipotètics.
Este efecte d'acceleració llineal s'entén molt be, i s'usa de forma rutinària per al control de decorreguts criogènics en gravetat zero per a posteriors llançaments en missions espacials d'eixides d'etapes superiors.[5]
Magnetisme
[editar | editar còdic]
A través del diamagnetisme, s'ha creat un efecte similar a la gravetat. Requerix imans en camps magnètics extremadament poderosos. Tals dispositius s'han creat per a que puguen levitar a lo manco una chicoteta rata[6] i per això s'ha produït un camp de 1g per a cancelar la gravetat de la Terra. Els imans en suficient potència necessiten tècniques cares de criogenia per a mantindre'ls superconductivos, o requerixen molts mega-vats d'energia.[7]
En uns camps magnètics de tan extremada força, no està clar que siga segur per a usar-ho en humans. Ademés, involucraria la restricció d'utilisar qualsevol material ferromagnético o paramagnético prop del fort camp magnètic requerit per a que el diamagnetisme siga evident.
Les instalacions que usen diamagnetisme poden ser útils per a laboratoris que simulen condicions de baixa gravetat en la Terra. La rata levitó contra la gravetat de la Terra, creant una condició similar a la microgravedad. També es poden generar forces més baixes per a simular una condició similar a la lluna o a la gravetat de Mart en menuts organismes modele.
Generador hipotètic de gravetat / gravitomagnetismo
[editar | editar còdic]En ciència ficció, la gravetat artificial (o la cancelació de gravetat) o "paragravedad"[8][9] es presenta a voltes en una nau que ni trencada ni accelera. En l'actualitat, no hi ha cap tècnica confirmada que puga simular gravetat, salve per la massa i l'acceleració. Eugene Podkletnov, un ingenier rus, va anunciar a principis de la década de 1990 haver creat una màquina que consistia en un superconductor giratori que produïx un potent camp gravitomagnético, pero no hi ha hagut cap verificació ni resultats negatius de terceres parts. En 2006, un grup d'investigació fundat per ESA va anunciar haver creat un dispositiu similar que demostrava resultats positius per a la producció de gravitomagnetismo, encara que produïa només 100 millonèsimes de 1g.[10] La teoria de cordes prediu que la gravetat i l'electromagnetisme s'unixen en dimensions amagades i que fotons extremadament curts poden entrar en eixes dimensions.[11]
Vore també
[editar | editar còdic]
Wikimedia Commons alberga contingut multimèdia sobre Gravetat artificial.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ «[1]». Consultat el 21 de maig de 2013.
- ↑ Hecht, H., Brown, E. L., & Young, L. R.. «Adapting to artificial gravity (AG) at high rotational speeds». Proceedings of "Life in space for life on Earth". 8th European Symposium on Life Sciences Research in Space. 23rd Annual International Gravitational Physiology Meeting. Consultat el 7 de febrer de 2011.
- ↑ VASIMR VX-200 Performance and Near-term SEP Capability for Unmanned Mars Flight
- Archivat el 11 de març de 2011 archivat en Wayback Machine., Tim Glover, Future in Space Operations (FISO) Colloquium, pages 22 and 25, 2011-01-19. Retrieved 2011-02-01.
- ↑ , Extract of page 35
- ↑ Jon Goff (2009). «Realistic Near-Term Propellant Depots». American Institute of Aeronautics and Astronautics. Consultat el 2011-02-07 quote=developing techniques for manipulating fluids in microgravity, which typically fall into the category known as settled propellant handling. Research for cryogenic upper stages dating back to the Saturn S-IVB and Centaur found that providing a slight acceleration (as little as 10−4 to 10−5 g of acceleration) to the tank ca make the propellants assume a desired configuration, which allows many of the main cryogenic fluïu handling tasks to be performed in a similar fashion to terrestrial operations. The simplest and most mature settling technique is to apply thrust to the spacecraft, forcing the liquid to settle against one end of the tank..
- ↑ U.S. scientists levitate mice to study low gravity, Reuters.
- ↑ «20 tesla Bitter solenoid – Archived link». Web.archive.org. Archivat des d'el original, el 20 de març de 2007. Consultat el 6 d'agost de 2013.
- ↑ Collision Orbit, 1942 by Jack Williamson
- ↑ Pale Blue Dot: A Vision of the Human Future in Space by Carl Sagan, Chapter 19
- ↑ «Towards a new test of general relativity?». Eixa.int. Archivat des d'el original, el 26 de novembre de 2012. Consultat el 6 d'agost de 2013.
- ↑ The Elegant Universe: Superstrings, Hidden Dimensions and the Quest for The Ultimate Theory, by Brian Greene
Referències
[editar | editar còdic]
- Este artícul conté una traducció derivada de «Gravedad artificial» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.