الجاذبية الاصطناعية

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 9 صور
الموسوعة الحرة

قام مسبار جيميني 11 في عام 1966 بربط مركبة الهدف GATV-5006 Agena لإجراء اختبارات مختلفة بما في ذلك أول اختبار للجاذبية الاصطناعية في بيئة انعدام الجاذبية .
مفهوم تجريبي مقترح لجهاز الطرد المركزي لمحطة الفضاء الدولية نوتيلوس-إكس ، 2011

الجاذبية الاصطناعية هي توليد قوة قصور ذاتي تحاكي تأثيرات قوة الجاذبية ، وعادةً ما يكون ذلك عن طريق الدوران . [ 1 ] وبالتالي، فإن الجاذبية الاصطناعية، أو الجاذبية الدورانية ، هي ظهور قوة طرد مركزي في إطار مرجعي دوار (انتقال التسارع المركزي عبر القوة العمودية في الإطار المرجعي غير الدوار)، على عكس القوة التي تحدث في التسارع الخطي ، والتي لا يمكن تمييزها عن الجاذبية وفقًا لمبدأ التكافؤ . وبمعنى أعم، قد يشير مصطلح "الجاذبية الاصطناعية" أيضًا إلى تأثير التسارع الخطي، كما هو الحال في محركات الصواريخ . [ 1 ]

استُخدمت محاكاة الجاذبية الدورانية في عمليات المحاكاة لمساعدة رواد الفضاء على التدرب على الظروف القاسية. [ 2 ] وقد اقتُرحت محاكاة الجاذبية الدورانية كحلٍّ في رحلات الفضاء البشرية للآثار الصحية السلبية الناجمة عن انعدام الوزن لفترات طويلة . [ 3 ] ومع ذلك، لا توجد حاليًا تطبيقات عملية للجاذبية الاصطناعية في الفضاء الخارجي للبشر، وذلك بسبب المخاوف المتعلقة بحجم وتكلفة المركبة الفضائية اللازمة لتوليد قوة جاذبية مركزية مفيدة تُضاهي قوة مجال الجاذبية على الأرض ( g ). [ 4 ] ويشعر العلماء بالقلق إزاء تأثير هذا النظام على الأذن الداخلية للركاب. ويكمن القلق في أن استخدام القوة المركزية لتوليد جاذبية اصطناعية سيؤدي إلى اضطرابات في الأذن الداخلية تُسبب الغثيان والتشوش. وقد تكون هذه الآثار السلبية غير محتملة بالنسبة للركاب. [ 5 ]

القوة الطاردة المركزية

محطة فضائية ذات جاذبية اصطناعية. تصميم ناسا عام 1969. من عيوبها أن رواد الفضاء سينتقلون بين جاذبية أعلى قرب الأطراف وجاذبية أقل قرب المركز.

في سياق محطة فضائية دوارة، تُعتبر القوة الشعاعية التي يوفرها هيكل المركبة الفضائية هي القوة المركزية. وبالتالي، فإن قوة "الجاذبية" التي يشعر بها الجسم هي قوة الطرد المركزي التي تُدرك في الإطار المرجعي الدوار على أنها تشير "إلى الأسفل" باتجاه الهيكل.

بحسب قانون نيوتن الثالث ، فإن قيمة التسارع الصغير (التسارع "الهبوطي" المُدرَك) تساوي في المقدار وتعاكس في الاتجاه التسارع المركزي. وقد تم اختبار ذلك باستخدام أقمار صناعية مثل بيون 3 (1975) وبيون 4 (1977)؛ حيث كان كلاهما مزودًا بأجهزة طرد مركزي لوضع بعض العينات في بيئة جاذبية اصطناعية.

الاختلافات عن الجاذبية الطبيعية

كرات في مركبة فضائية دوارة

من منظور الأشخاص الذين يدورون مع الموئل، فإن الجاذبية الاصطناعية عن طريق الدوران تتصرف بشكل مشابه للجاذبية العادية ولكن مع الاختلافات التالية، والتي يمكن التخفيف منها عن طريق زيادة نصف قطر محطة الفضاء.

  • تتغير قوة الطرد المركزي بتغير المسافة: على عكس الجاذبية الحقيقية، فإن القوة الظاهرية التي يشعر بها المراقبون في الموئل تدفع شعاعيًا للخارج من المحور، وتتناسب قوة الطرد المركزي طرديًا مع المسافة من محور الموئل. مع نصف قطر دوران صغير، سيشعر رأس الشخص الواقف بجاذبية أقل بكثير من قدميه. [ 6 ] وبالمثل، يشعر الركاب الذين يتحركون في محطة فضائية بتغيرات في الوزن الظاهري في أجزاء مختلفة من الجسم. [ 7 ]
  • تُحدث ظاهرة كوريوليس قوةً ظاهريةً تؤثر على الأجسام المتحركة بالنسبة لإطار مرجعي دوّار. تعمل هذه القوة الظاهرية بزاوية قائمة على الحركة ومحور الدوران، وتميل إلى تغيير مسار الحركة في الاتجاه المعاكس لدوران البيئة. إذا تحرك رائد فضاء داخل بيئة جاذبية اصطناعية دوّارة باتجاه محور الدوران أو بعيدًا عنه، فسيشعر بقوة تدفعه في اتجاه الدوران أو عكسه. تؤثر هذه القوى على القنوات الهلالية للأذن الداخلية، وقد تُسبب الدوار . [ 8 ] يُقلل إطالة فترة الدوران (خفض معدل الدوران) من قوة كوريوليس وآثارها. يُعتقد عمومًا أنه عند سرعة دوران 2 دورة في الدقيقة أو أقل، لن تحدث أي آثار سلبية لقوى كوريوليس، على الرغم من أن الدراسات أظهرت قدرة البشر على التكيف مع معدلات دوران تصل إلى 23 دورة في الدقيقة . [ 9 ]  
  • تُسبب التغيرات في محور الدوران أو معدل الدوران اضطرابًا في مجال الجاذبية الاصطناعية، مما يُحفز القنوات الهلالية (انظر أعلاه). أي حركة للكتلة داخل المحطة، بما في ذلك حركة الأفراد، ستُغير المحور، وقد تُسبب تذبذبًا خطيرًا. لذا، يجب تثبيت دوران محطة الفضاء بشكل كافٍ، وأي عمليات لتغيير الدوران عمدًا يجب أن تتم ببطء شديد بحيث لا يُمكن ملاحظتها. [ 8 ] أحد الحلول الممكنة لمنع تذبذب المحطة هو استخدام مخزونها من الماء السائل كصابورة ، حيث يُمكن ضخه بين أقسام المحطة المختلفة حسب الحاجة.
سرعة الدوران باللفة في الدقيقة لجهاز طرد مركزي ذي نصف قطر معين لتحقيق قوة جاذبية معينة

رحلات الفضاء البشرية

حاولت مهمة جيميني 11 عام 1966 توليد جاذبية اصطناعية عن طريق تدوير الكبسولة حول مركبة أجينا المستهدفة، التي كانت متصلة بها بواسطة حبل طوله 36 مترًا. تمكن رواد الفضاء من توليد كمية ضئيلة من الجاذبية الاصطناعية، حوالي 0.00015 من جاذبية الأرض ، عن طريق تشغيل محركات الدفع الجانبية لتدوير المركبة المركبة ببطء، كما لو كانت زوجًا من الكرات المغناطيسية تتحرك ببطء شديد . [ 10 ] كانت القوة الناتجة ضئيلة جدًا بحيث لم يشعر بها أي من رائدي الفضاء، ولكن لوحظت أجسام تتحرك نحو "أرضية" الكبسولة. [ 11 ] 

الفوائد الصحية

تم اقتراح استخدام الجاذبية الاصطناعية للرحلات بين الكواكب إلى المريخ

طُرحت الجاذبية الاصطناعية كحلٍّ للعديد من المخاطر الصحية المرتبطة برحلات الفضاء. [ 5 ] في عام 1964، اعتقد البرنامج الفضائي السوفيتي أن الإنسان لا يستطيع البقاء على قيد الحياة لأكثر من 14 يومًا في الفضاء خشية عدم قدرة القلب والأوعية الدموية على التكيف مع انعدام الوزن. [ 12 ] وقد تبيّن لاحقًا أن هذا الخوف لا أساس له من الصحة، إذ استمرت رحلات الفضاء حتى الآن لمدة تصل إلى 437 يومًا متواصلة، [ 13 ] حيث تستغرق المهمات على متن محطة الفضاء الدولية عادةً 6 أشهر. ومع ذلك، فقد أثارت مسألة سلامة الإنسان في الفضاء بحثًا في الآثار الجسدية للتعرض المطوّل لانعدام الوزن. في يونيو 1991، أجرى مختبر علوم الحياة 1 التابع لمكوك الفضاء STS-40، 18 تجربة على رجلين وامرأتين على مدار تسعة أيام. في بيئة منعدمة الجاذبية، خُلص إلى انخفاض استجابة خلايا الدم البيضاء وكتلة العضلات . بالإضافة إلى ذلك، انخفض حجم الدم بنسبة 10% خلال أول 24 ساعة في بيئة منعدمة الوزن . [ 14 ] [ 4 ] [ 1 ] قد تؤدي فترات انعدام الوزن الطويلة إلى تورم الدماغ ومشاكل في البصر. [ 15 ] عند العودة إلى الأرض، تستمر آثار انعدام الوزن المطول في التأثير على جسم الإنسان، حيث تتجمع السوائل مرة أخرى في الجزء السفلي من الجسم، ويرتفع معدل ضربات القلب ، وينخفض ​​ضغط الدم ، ويقل تحمل التمارين الرياضية . [ 14 ]

تُعتبر الجاذبية الاصطناعية، لقدرتها على محاكاة تأثير الجاذبية على جسم الإنسان، من أكثر الطرق شمولاً لمكافحة الآثار الجسدية المصاحبة لانعدام الوزن. وتشمل التدابير الأخرى المقترحة كعلاجات للأعراض: التمارين الرياضية، والنظام الغذائي، وبدلات بينغفين . إلا أن النقد الموجه لهذه الأساليب يكمن في أنها لا تقضي تمامًا على المشاكل الصحية، وتتطلب حلولًا متعددة لمعالجة جميع المشكلات. في المقابل، من شأن الجاذبية الاصطناعية أن تزيل انعدام الوزن المصاحب للسفر الفضائي. فباستخدامها، لن يضطر رواد الفضاء إلى تجربة انعدام الوزن أو الآثار الجانبية المرتبطة به. [ 1 ] وخاصة في رحلة حديثة إلى المريخ تستغرق ستة أشهر ، يُقترح التعرض للجاذبية الاصطناعية بشكل مستمر أو متقطع لتجنب الضعف الشديد الذي قد يصيب رواد الفضاء أثناء الرحلة. [ 5 ]

المقترحات

مركبة فضائية دوارة للمريخ – تصميم ناسا لعام 1989

وقد تضمنت العديد من المقترحات دمج الجاذبية الاصطناعية في تصميمها:

  • كوزموس 936 : قمر صناعي بحثي طبي تعاوني أطلقه الاتحاد السوفيتي عام 1977، تضمن تجارب لدراسة تأثير الجاذبية الاصطناعية المركزية على الفئران. وقد لوحظ أن الفئران التي وُضعت في أجهزة الطرد المركزي كانت تتمتع بكثافة عظام أعلى عند عودتها من تلك التي لم تكن في أجهزة الطرد المركزي، ولكن ليس بنفس مستوى كثافة عظام الفئران التي بقيت على الأرض.
  • ديسكفري 2: مركبة مقترحة عام 2005 قادرة على إيصال طاقم يزن 172 طنًا متريًا إلى مدار كوكب المشتري في 118 يومًا. سيحتوي جزء صغير جدًا من المركبة التي تزن 1690 طنًا متريًا على محطة طاقم تعمل بالطرد المركزي. [ 16 ]
  • مركبة استكشاف الفضاء متعددة المهام (MMSEV): اقتراحٌ لوكالة ناسا عام 2011 لمركبة نقل فضائية مأهولة طويلة الأمد؛ يتضمن هذا الاقتراح موطنًا فضائيًا دوارًا ذو جاذبية اصطناعية ، يهدف إلى تعزيز صحة طاقم يصل إلى ستة أفراد في مهمات تصل مدتها إلى عامين. تستخدم هذه المركبة، وهي عبارة عن جهاز طرد مركزي حلقي، هياكل مركبات فضائية قياسية ذات إطار معدني وأخرى قابلة للنفخ، وتوفر تسارعًا يتراوح بين 0.11 و0.69 ضعف تسارع الجاذبية الأرضية عند بنائها بقطر 12 مترًا (40 قدمًا) . [ 17 ] [ 18 ]  
  • عرض توضيحي لجهاز الطرد المركزي في محطة الفضاء الدولية : اقتراحٌ لوكالة ناسا عام 2011 لمشروع تجريبي تمهيدي للتصميم النهائي لوحدة سكنية فضائية أكبر حجماً على شكل حلقة طرد مركزي، مخصصة لمركبة استكشاف الفضاء متعددة المهام. يبلغ قطر الهيكل الخارجي 9.1 متر (30 قدمًا)، بينما يبلغ قطر المقطع العرضي الداخلي الحلقي 760 ملم (30 بوصة ) . ويوفر الجهاز جاذبية جزئية تتراوح بين 0.08 و0.51 من جاذبية الأرض . يتمتع جهاز الطرد المركزي هذا، المُخصص للاختبار والتقييم، بالقدرة على أن يصبح وحدة نوم لطاقم محطة الفضاء الدولية. [ 17 ]   
  • مارس دايركت : خطة لرحلة مأهولة إلى المريخ وضعها مهندسا ناسا روبرت زوبرين وديفيد بيكر عام 1990، ثم توسع فيها زوبرين في كتابه " قضية المريخ " الصادر عام 1996. كانت "وحدة سكن المريخ"، التي ستنقل رواد الفضاء إلى المريخ للانضمام إلى "مركبة العودة إلى الأرض" التي أُطلقت سابقًا، ستُزوَّد بجاذبية اصطناعية أثناء الرحلة عن طريق ربط المرحلة العلوية المستهلكة من الصاروخ المعزز بوحدة السكن، وجعلهما يدوران حول محور مشترك. [ 19 ]
  • تقوم مهمة Tempo3 المقترحة بتدوير نصفي مركبة فضائية متصلة بحبل لاختبار جدوى محاكاة الجاذبية في مهمة مأهولة إلى المريخ. [ 20 ]
رسم تخيلي للفنان لـ TEMPO 3 في المدار

مشاكل في التنفيذ

تعود بعض أسباب عدم استخدام الجاذبية الاصطناعية في رحلات الفضاء حتى اليوم إلى المشاكل الكامنة في تطبيقها . إحدى الطرق الواقعية لتوليد الجاذبية الاصطناعية هي التأثير الطارد المركزي الناتج عن قوة الجذب المركزي لأرضية هيكل دوار تدفع الشخص إلى الأعلى. إلا أن هذا النموذج يُثير إشكاليات تتعلق بحجم المركبة الفضائية. فكما أوضح جون بيج وماثيو فرانسيس، كلما صغر حجم المركبة الفضائية (أي كلما قصر نصف قطر دورانها)، زادت سرعة الدوران المطلوبة. لذا، لمحاكاة الجاذبية، يُفضّل استخدام مركبة فضائية أكبر تدور ببطء.

مخطط الراحة للجاذبية الاصطناعية عن طريق الدوران (توضح الظلال مناطق الاختلاف في الأدبيات العلمية)

تُعزى متطلبات الحجم المتعلقة بالدوران إلى اختلاف القوى المؤثرة على أجزاء الجسم باختلاف المسافات من محور الدوران. فإذا تعرضت أجزاء الجسم الأقرب إلى محور الدوران لقوة تختلف اختلافًا كبيرًا عن تلك المؤثرة على الأجزاء الأبعد عنه، فقد يؤدي ذلك إلى آثار سلبية. إضافةً إلى ذلك، لا تزال هناك تساؤلات حول أفضل طريقة لضبط الحركة الدورانية مبدئيًا دون الإخلال باستقرار مدار المركبة الفضائية ككل. في الوقت الراهن، لا توجد مركبة فضائية ضخمة بما يكفي لتلبية متطلبات الدوران، كما أن التكاليف المرتبطة ببناء وصيانة وإطلاق مثل هذه المركبة باهظة. [ 4 ]

بشكل عام، ونظراً لقلة الآثار الصحية السلبية المصاحبة لرحلات الفضاء القصيرة نسبياً في الوقت الحاضر، فضلاً عن التكلفة الباهظة لأبحاث تقنية لم تُصبح ضرورية بعد، فقد كان تطور تقنية الجاذبية الاصطناعية في الوقت الراهن محدوداً ومتقطعاً بالضرورة. [ 1 ] [ 14 ]

مع ازدياد مدة الرحلات الفضائية النموذجية، ستزداد الحاجة إلى الجاذبية الاصطناعية للركاب في هذه الرحلات الطويلة، ومن المرجح أن تزداد معها المعرفة والموارد المتاحة لإنشاء هذه الجاذبية. باختصار، ربما يكون الأمر مسألة وقت فقط، لمعرفة المدة التي قد تستغرقها الظروف المناسبة لاستكمال تطوير تقنية الجاذبية الاصطناعية، والتي ستكون مطلوبة على الأرجح في مرحلة ما بالتزامن مع التطور الحتمي لزيادة متوسط ​​مدة الرحلات الفضائية. [ 24 ]

في الخيال العلمي

تضمنت العديد من روايات وأفلام ومسلسلات الخيال العلمي إنتاج الجاذبية الاصطناعية.

  • في فيلم "2001: ملحمة الفضاء" ، يوفر جهاز طرد مركزي دوار في مركبة ديسكفري الفضائية جاذبية اصطناعية لرواد الفضاء بداخلها. تدور محطة الفضاء 5 بأكملها لتوفير قوة ضغط سفلية اصطناعية تعادل 1g في بيئة حلقاتها الخارجية الشبيهة بكمّ القميص؛ بينما يبقى مركز الالتحام المركزي أقرب إلى انعدام الجاذبية.
  • في المسلسل التلفزيوني Cowboy Bebop الذي عُرض عام 1999 ، تقوم حلقة دوارة في مركبة الفضاء Bebop بإنشاء جاذبية اصطناعية في جميع أنحاء المركبة الفضائية.
  • في رواية "المريخي" ، تحقق المركبة الفضائية هيرميس جاذبية اصطناعية عن طريق التصميم؛ فهي تستخدم هيكلاً حلقياً، حيث يتم الشعور بقوى على محيطه تبلغ حوالي 40٪ من جاذبية الأرض، على غرار جاذبية المريخ.
    • في رواية "مشروع هيل ماري" للمؤلف نفسه، يتم توفير الوزن على السفينة التي تحمل الاسم نفسه "هيل ماري" في البداية عن طريق دفع المحرك الحيوي، حيث أن السفينة قادرة على التسارع المستمر حتى 2 جم ، وهي قادرة أيضًا على الانفصال، وتدوير مقصورة الطاقم إلى الداخل، والدوران لإنتاج 1 جم أثناء وجودها في المدار.
  • يُظهر فيلم Interstellar مركبة فضائية تسمى Endurance يمكنها الدوران حول محورها المركزي لخلق جاذبية اصطناعية، يتم التحكم فيها بواسطة محركات الدفع العكسي الموجودة على السفينة.
  • يُظهر فيلم Stowaway لعام 2021 المرحلة العلوية لمركبة إطلاق متصلة بهيكل السفينة الرئيسي بواسطة حبال طولها 450 متراً، وتعمل كثقل موازن للجاذبية الاصطناعية القائمة على القصور الذاتي . [ 25 ]
  • تستخدم سلسلة "ذا إكسبانس" كلاً من الجاذبية الدورانية والجاذبية الخطية في محطات الفضاء وسفنها الفضائية المختلفة. ومن الجدير بالذكر أن محطة تيكو وسفينة الجيل LDSS ناوو تستخدمان الجاذبية الدورانية. أما الجاذبية الخطية فتُوفّرها "محرك إبستين" الخيالي، الذي تسبب في وفاة مُصمّمه سولومون إبستين خلال رحلته التجريبية الأولى نتيجةً لإصابات ناجمة عن الجاذبية الشديدة.
  • في المسلسل التلفزيوني " من أجل البشرية جمعاء" ، يتميز فندق الفضاء بولاريس ، الذي أعيد تسميته لاحقًا إلى فينيكس بعد أن اشترته شركة هيليوس إيروسبيس وحولته إلى مركبة فضائية لمهمتها الخاصة بالمريخ، بهيكل يشبه العجلة يتم التحكم فيه بواسطة محركات دفع لخلق جاذبية اصطناعية، بينما يعمل محور مركزي في انعدام الجاذبية كمحطة إرساء.

التسارع الخطي

التسارع الخطي هو طريقة أخرى لتوليد جاذبية اصطناعية، وذلك باستخدام قوة دفع محركات المركبة الفضائية لخلق وهم التعرض لقوة جاذبية. فالمركبة الفضائية التي تتسارع بتسارع ثابت في خط مستقيم ستبدو وكأنها تتعرض لقوة جاذبية في الاتجاه المعاكس للتسارع، حيث أن قوة دفع المحركات ستدفع المركبة الفضائية لأعلى باتجاه الأجسام والأشخاص الموجودين بداخلها، مما يخلق شعورًا بالوزن. ويعود ذلك إلى قانون نيوتن الثالث : فالوزن الذي يشعر به الشخص واقفًا في مركبة فضائية تتسارع خطيًا ليس قوة جاذبية حقيقية، بل هو مجرد رد فعل الجسم نفسه وهو يدفع بهيكل المركبة في المقابل. وبالمثل، فإن الأجسام التي كانت ستطفو بحرية داخل المركبة الفضائية إذا لم تكن تتسارع "ستسقط" باتجاه المحركات عندما تبدأ في التسارع، كنتيجة لقانون نيوتن الأول : سيبقى الجسم العائم في حالة سكون، بينما تتسارع المركبة الفضائية نحوه، وسيبدو للمراقب الموجود بداخلها أن الجسم "يسقط".

لمحاكاة الجاذبية الاصطناعية على الأرض، يمكن بناء المركبات الفضائية التي تستخدم جاذبية التسارع الخطي على غرار ناطحة سحاب، حيث تُشكل محركاتها "الأرضية" السفلية. إذا تسارعت المركبة الفضائية بمعدل 1 g - قوة جاذبية الأرض - فسوف يندفع الأفراد الموجودون بداخلها إلى داخل الهيكل بنفس القوة، وبالتالي سيتمكنون من المشي والتصرف كما لو كانوا على الأرض. 

يُعدّ هذا النوع من الجاذبية الاصطناعية مرغوبًا فيه لأنه يُمكنه عمليًا خلق وهم مجال جاذبية منتظم وموحد الاتجاه في جميع أنحاء المركبة الفضائية، دون الحاجة إلى حلقات دوارة ضخمة، والتي قد لا تكون مجالاتها منتظمة، ولا أحادية الاتجاه بالنسبة للمركبة، وتتطلب دورانًا مستمرًا. كما يتميز هذا النوع بسرعة عالية نسبيًا: إذ يُمكن لمركبة فضائية تتسارع بمعدل 1g ( 9.8 م /ث² ) في النصف الأول من الرحلة، ثم تتباطأ في النصف الآخر، أن تصل إلى المريخ في غضون أيام قليلة. [ 26 ] وبالمثل، فإن رحلة فضائية افتراضية باستخدام تسارع ثابت قدره 1g لمدة عام واحد ستصل إلى سرعات نسبية ، مما يسمح برحلة ذهابًا وإيابًا إلى أقرب نجم، وهو بروكسيما سنتوري . ولذلك، تم اقتراح التسارع الخطي طويل الأمد ذي الدفع المنخفض للعديد من المهمات بين الكواكب. فعلى سبيل المثال، يمكن نقل حمولات ثقيلة (100 طن ) إلى المريخ في غضون 27 شهرًا ، مع الاحتفاظ بنحو 55% من كتلة المركبة الفضائية عند وصولها إلى مدار المريخ، مما يوفر تدرجًا منخفضًا في الجاذبية للمركبة الفضائية طوال الرحلة. [ 27 ]   

مع ذلك، لا يخلو هذا النوع من الجاذبية من التحديات. ففي الوقت الراهن، تتطلب المحركات العملية الوحيدة القادرة على دفع مركبة بسرعة كافية لبلوغ سرعات تُضاهي جاذبية الأرض صواريخ تعمل بالتفاعلات الكيميائية ، والتي تُطلق كتلة تفاعلية لتوليد قوة الدفع، وبالتالي لا يمكن أن يستمر التسارع إلا طالما توفر الوقود للمركبة. كما ستحتاج المركبة إلى التسارع باستمرار وبسرعة ثابتة للحفاظ على تأثير الجاذبية، وبالتالي لن يكون لها جاذبية أثناء سكونها، وقد تتعرض لتقلبات كبيرة في قوى التسارع إذا تسارعت المركبة فوق أو تحت قيمة 1g . علاوة على ذلك، بالنسبة للرحلات المباشرة، مثل عبور الأرض والمريخ، ستحتاج المركبات إلى التسارع باستمرار لنصف الرحلة، ثم إيقاف محركاتها، والقيام بانقلاب 180 درجة، ثم إعادة تشغيل محركاتها، ثم البدء في التباطؤ نحو الوجهة المستهدفة، مما يتطلب من كل ما بداخل المركبة أن يشعر بانعدام الوزن، وربما تثبيته بإحكام طوال مدة الانقلاب. 

يمكن لنظام دفع ذي دافع نوعي عالٍ جدًا (أي كفاءة عالية في استخدام كتلة التفاعل التي يجب حملها واستخدامها للدفع أثناء الرحلة) أن يُسرّع ببطء، مُنتجًا مستويات مفيدة من الجاذبية الاصطناعية لفترات طويلة. وتُقدّم أنظمة الدفع الكهربائية المتنوعة أمثلة على ذلك. ومن الأمثلة على هذا النوع من الدفع طويل الأمد، منخفض الدفع ، وعالي الدافع، والذي استُخدم عمليًا في المركبات الفضائية أو يُخطط لاستخدامه في الفضاء على المدى القريب، محركات هول وصواريخ البلازما المغناطيسية ذات الدافع النوعي المتغير (VASIMR). يوفر كلا النظامين دافعًا نوعيًا عاليًا جدًا ولكن دفعًا منخفضًا نسبيًا، مقارنةً بصواريخ التفاعل الكيميائي الأكثر شيوعًا. ولذلك، فهما مناسبان تمامًا لعمليات الإطلاق طويلة الأمد التي تُوفّر كميات محدودة، ولكن طويلة الأمد، من مستويات الجاذبية الاصطناعية (مللي جزيء) في المركبات الفضائية.

في عدد من حبكات الخيال العلمي، يتم استخدام التسارع لإنتاج جاذبية اصطناعية للمركبات الفضائية بين النجوم ، والتي يتم دفعها بوسائل نظرية أو افتراضية حتى الآن .

يُستخدم تأثير التسارع الخطي هذا بشكل روتيني لإدارة السوائل المبردة في ظروف انعدام الجاذبية لعمليات إطلاق الصواريخ في المرحلة العليا من الصاروخ في الفضاء بعد الإطلاق (اللاحقة) . [ 28 ] 

تُوفّر الأفعوانيات ، وخاصةً الأفعوانيات التي تنطلق من وضعية الانطلاق أو تلك التي تعتمد على الدفع الكهرومغناطيسي ، تسارعًا خطيًا يُشبه الجاذبية، وكذلك المركبات ذات التسارع العالي نسبيًا، مثل السيارات الرياضية . يُمكن استخدام التسارع الخطي لتوفير لحظات انعدام الوزن في الأفعوانيات وغيرها من الألعاب المثيرة.

محاكاة جاذبية القمر

في يناير 2022، أفادت صحيفة "ساوث تشاينا مورنينج بوست" أن الصين أنشأت منشأة بحثية صغيرة ( قطرها 60 سنتيمترًا ) لمحاكاة جاذبية القمر المنخفضة باستخدام المغناطيس . [ 29 ] [ 30 ] ويُقال إن هذه المنشأة استُلهمت جزئيًا من أعمال أندريه جيم (الذي تقاسم لاحقًا جائزة نوبل في الفيزياء عام 2010 لأبحاثه حول الجرافين ) ومايكل بيري ، اللذين تقاسما جائزة إيغ نوبل في الفيزياء عام 2000 لاكتشافهما الرفع المغناطيسي لضفدع. [ 29 ] [ 30 ] 

آليات تخمينية أو خيالية

في الخيال العلمي، يُلاحظ وجود جاذبية اصطناعية (أو إلغاء للجاذبية) أو "الجاذبية الموازية" [ 31 ] [ 32 ] في المركبات الفضائية التي لا تدور ولا تتسارع. وحاليًا، لا توجد تقنية مؤكدة قادرة على محاكاة الجاذبية بخلاف الدوران أو التسارع الفعليين. وقد ظهرت ادعاءات عديدة على مر السنين بوجود مثل هذا الجهاز. فقد ادعى المهندس الروسي يوجين بودكليتنوف ، منذ أوائل التسعينيات، أنه صنع جهازًا كهذا يتكون من موصل فائق الدوران يُنتج " مجالًا مغناطيسيًا جاذبيًا " قويًا. وفي عام 2006، ادعى فريق بحثي ممول من وكالة الفضاء الأوروبية أنه ابتكر جهازًا مشابهًا أظهر نتائج إيجابية في إنتاج الجاذبية المغناطيسية، على الرغم من أنه لم يُنتج سوى 0.0001 غرام . [ 33 ] 

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 يونغ، لورانس؛ ياجيما، كازويوشي؛ بالوسكي، ويليام، محرران. (سبتمبر 2009). أبحاث الجاذبية الاصطناعية لتمكين استكشاف الإنسان للفضاء (ملف PDF) . الأكاديمية الدولية للملاحة الفضائية . ISBN 978-2-917761-04-5تمت أرشفة هذا الملف من النسخة الأصلية (PDF) بتاريخ 13 أكتوبر 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 فبراير 2022 .
  2. ↑ شتراوس، صموئيل (يوليو 2008). "طب الفضاء في مختبر الطفو المحايد التابع لوكالة ناسا ومركز جونسون للفضاء". طب الطيران والفضاء والبيئة . 79 (7): 732-733 . ISSN 0095-6562 . LCCN 75641492. OCLC 165744230. PMID 18619137 .    
  3. ↑ كليمنت، جيل؛ تشارلز، جون ب.؛ نورسك، بيتر؛ بالوسكي، ويليام هـ. (15 فبراير 2015). برنامج البحوث البشرية، عنصر التدابير المضادة لصحة الإنسان: تقرير الأدلة - الجاذبية الاصطناعية (تقرير فني). ناسا . hdl : 2060/20150009486 . مؤرشف (PDF) من الأصل في 12 مارس 2024.
  4. 1 2 3 فيلتمان، راشيل (3 مايو 2013). "لماذا لا نمتلك جاذبية اصطناعية؟" . مجلة الميكانيكا الشعبية . الرقم الدولي الموحد للدوريات 0032-4558 . رقم OCLC 671272936. مؤرشف من الأصل في 1 يناير 2022. تم الاطلاع عليه في 23 فبراير 2022 .  
  5. كليمنت ، جيل ر .؛ بوكلي، أنجيليا ب.؛ بالوسكي، ويليام هـ. (17 يونيو 2015). "الجاذبية الاصطناعية كإجراء مضاد للتخفيف من التدهور الفسيولوجي أثناء مهمات الفضاء طويلة الأمد" . مجلة فرونتيرز في علم الأعصاب النظمي . 9 : 92. doi : 10.3389 /fnsys.2015.00092 . ISSN 1662-5137 . PMC 4470275. PMID 26136665 .   
  6. ↑ ستون، رالف و. (أغسطس 1970). نظرة عامة على الجاذبية الاصطناعية (ملف PDF) . الندوة الخامسة حول دور أعضاء التوازن في استكشاف الفضاء. المعهد الطبي الجوي البحري، بينساكولا، فلوريدا: ناسا . ص 25. hdl : 2060/19740010641 . OCLC 4200952. SP-314. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 15 أبريل 2024.  
  7. ↑ ديفيس، بي إل؛ كافانا، بي آر؛ بيري، جيه إي (سبتمبر 1994). "الحركة في محطة فضائية دوارة: توليف للبيانات الجديدة مع المفاهيم الراسخة". المشية والوضعية . 2 (3): 157-165 . doi : 10.1016/0966-6362(94)90003-5 . ISSN 0966-6362 . PMID 11539277 .  
  8. 1 2 لارسون، كارل ألفريد (أكتوبر 1969). معايير تثبيت محطة الفضاء الدوارة للجاذبية الاصطناعية (ملف PDF) (تقرير فني). ناسا . hdl : 2060/19690029825 . NASA-TN-D-5426. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 15 أغسطس 2024.
  9. ↑ هيشت، هـ.؛ براون، إي. إل.؛ يونغ، إل. آر.؛ وآخرون . (2-7 يونيو 2002). "التكيف مع الجاذبية الاصطناعية عند سرعات دوران عالية". الحياة في الفضاء من أجل الحياة على الأرض . 23 (1). وقائع "الحياة في الفضاء من أجل الحياة على الأرض". الندوة الأوروبية الثامنة لأبحاث علوم الحياة في الفضاء. الاجتماع الدولي السنوي الثالث والعشرون لفيزيولوجيا الجاذبية: ص 1-5. رمز Bibcode : 2002ESASP.501..151H . PMID 14703662 .  
  10. ^ جاتلاند ، كينيث (1976). المركبة الفضائية المأهولة، المراجعة الثانية . نيويورك، نيويورك، الولايات المتحدة الأمريكية: ماكميلان. ص 180 – 182. ISBN  978-0-02-542820-1.
  11. ↑ كليمنت، جيل؛ بوكلي، أنجي، محرران. (28 مايو 2007). الجاذبية الاصطناعية . مكتبة تكنولوجيا الفضاء. نيويورك: سبرينغر . doi : 10.1007/0-387-70714-X . eISSN 2542-8896 . ISBN  978-0-387-70714-3ISSN 0924-4263​​ 
  12. ↑ "انعدام الوزن عائق أمام البقاء على قيد الحياة في الفضاء". رسالة الأخبار العلمية . 86 (7): 103. 4 أبريل 1964. JSTOR 3947769 . 
  13. ↑ تشابيل، بيل (24 أبريل 2017). "رائدة الفضاء بيغي ويتسون تحطم الرقم القياسي لوكالة ناسا لأطول فترة قضتها في الفضاء" . NPR . تم الاطلاع عليه في 4 أبريل 2018 .
  14. 1 2 3 ديفيد، ليونارد (4 أبريل 1992). "الجاذبية الاصطناعية والسفر إلى الفضاء". العلوم البيولوجية . 42 (3): 155-159 . doi : 10.2307/1311819 . JSTOR 1311819 . 
  15. ↑ "يؤدي السفر الفضائي المطول إلى تشوهات في الدماغ والعين لدى رواد الفضاء" .
  16. ↑ كريغ هـ. ويليامز؛ ليونارد أ. دودزينسكي؛ ستانلي ك. بوروفسكي؛ ألبرت ج. جوهاس (مارس 2005). "تحقيق "2001: أوديسة الفضاء": الدفع النووي الاندماجي الكروي الموجه" (ملف PDF) . كليفلاند، أوهايو: ناسا . تم الاطلاع عليه في 28 سبتمبر 2011 .
  17. 1 2 نوتيلوس – إكس: مركبة استكشاف الفضاء متعددة المهام. مؤرشفة في 4 مارس 2011 على موقع Wayback Machine ، بقلم مارك إل. هولدرمان، ندوة مستقبل عمليات الفضاء (FISO) ، 26 يناير 2011. تم الاطلاع عليها في 31 يناير 2011.
  18. ↑ مركبة ناسا نوتيلوس-إكس: مركبة استكشاف متعددة المهام تتضمن جهاز طرد مركزي، سيتم اختباره في محطة الفضاء الدولية. مؤرشفة في 25 فبراير 2011، في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine) ، أخبار المركبات الفضائية القابلة لإعادة الاستخدام والنقل الفضائي ، 28 يناير 2011. تم الاطلاع عليها في 31 يناير 2011.
  19. ↑ "مراجعة الجمعية الوطنية لعلم الفلك: قضية المريخ" . www.nss.org . مؤرشف من الأصل في 11 يناير 2018. تم الاطلاع عليه في 4 أبريل 2018 .
  20. ↑ مجلة مارس الفصلية، مؤرشفة في 21 أبريل 2017، على موقع Wayback Machine، صفحة 15 - توم هيل
  21. ↑ كورزون، آشلي م.؛ فاغنر، إريكا ب.؛ وآخرون. (2007). قمر ​​صناعي بيولوجي لقياس جاذبية المريخ: الهندسة والعلوم والتعليم . المؤتمر الدولي الثامن والخمسون للملاحة الفضائية .
  22. ↑ "برنامج الأقمار الصناعية البيولوجية لقياس جاذبية المريخ يُغلق" . www.spaceref.com . 24 يونيو 2009. تم الاطلاع عليه في 4 أبريل 2018 .{{cite web}}: CS1 maint: deprecated archiveal service ( link )
  23. ↑ فيرنر، ديبرا (15 سبتمبر 2022). "شركة فاست سبيس لتطوير محطة فضائية ذات جاذبية اصطناعية" . سبيس نيوز . تم الاطلاع عليه في 17 سبتمبر 2023 .
  24. ↑ الجاذبية الاصطناعية، هيوستن، لدينا بودكاست، NASA.gov. بقلم غاري جوردان وبيل بالوسكي. 26 مارس 2021. تم الاطلاع عليه في 11 فبراير 2024.
  25. ↑ كيانغ، جيسيكا (22 أبريل 2021). "مراجعة: آنا كندريك تضيع، ثم تجد نفسها، في الفضاء في فيلم الخيال العلمي الذكي "المسافر الخفي"" . لوس أنجلوس تايمز . تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 أبريل 2021. "
  26. ↑ كليمنت، جيل؛ بوكلي، أنجيليا ب. (2007). الجاذبية الاصطناعية . سبرينغر نيويورك. ص 35. ISBN  978-0-387-70712-9.مقتطف من الصفحة 35
  27. ↑ أداء نظام VASIMR VX-200 وقدراته على المدى القريب في مجال الطاقة الشمسية المنفصلة لرحلة غير مأهولة إلى المريخ. مؤرشف في 11 مارس 2011 على موقع Wayback Machine ، بقلم تيم غلوفر، ندوة مستقبل عمليات الفضاء (FISO)، الصفحات 22 و25، 19 يناير 2011. تم الاطلاع عليه في 1 فبراير 2011.
  28. ↑ جون جوف وآخرون (2009). "مستودعات وقود واقعية قصيرة المدى" ( ملف PDF) . المعهد الأمريكي للملاحة الجوية والفضائية . تاريخ الاسترجاع: 7 فبراير 2011. تطوير تقنيات لمعالجة السوائل في بيئة انعدام الجاذبية، والتي تندرج عادةً ضمن فئة معالجة الوقود المستقر. أظهرت الأبحاث التي أُجريت على المراحل العلوية المبردة، والتي تعود إلى صاروخي ساتورن إس-4 بي وسنتور، أن توفير تسارع طفيف (يصل إلى 10⁻⁴ إلى 10⁻⁵ من تسارع الجاذبية الأرضية ) للخزان يمكن أن يجعل الوقود يتخذ التكوين المطلوب، مما يسمح بتنفيذ العديد من مهام معالجة السوائل المبردة الرئيسية بطريقة مشابهة للعمليات الأرضية. أبسط تقنيات الترسيب وأكثرها نضجًا هي تطبيق قوة دفع على المركبة الفضائية، مما يجبر السائل على الاستقرار عند أحد طرفي الخزان.  
  29. ١ ٢ " الصين تبني "قمرًا اصطناعيًا" يحاكي انعدام الجاذبية باستخدام المغناطيس" . Futurism.com . Recurrent Ventures. ١٢ يناير ٢٠٢٢. تم الاطلاع عليه في ١٧ يناير ٢٠٢٢. ومن المثير للاهتمام أن هذا المرفق استُلهم جزئيًا من بحث سابق أجراه الفيزيائي الروسي أندرو جيم، حيث قام بتعويم ضفدع باستخدام مغناطيس. وقد حاز جيم على جائزة إيغ نوبل في الفيزياء عن هذه التجربة، وهي جائزة ساخرة تُمنح للأبحاث العلمية غير التقليدية. من الرائع أن تجربة غريبة كهذه، تتضمن تعويم ضفدع، قد تؤدي إلى شيء يُقارب غرفة انعدام الجاذبية الحقيقية.
  30. 1 2 تشين، ستيفن (12 يناير 2022). "الصين تبني قمرًا اصطناعيًا يحاكي ظروف انعدام الجاذبية على الأرض" . صحيفة ساوث تشاينا مورنينج بوست . تاريخ الاسترجاع: 17 يناير 2022. يُقال إنه الأول من نوعه، وقد يلعب دورًا محوريًا في مهمات الصين القمرية المستقبلية . وقد استُلهم تصميمه من تجارب رفع ضفدع في الهواء، حيث دعم المجال المغناطيسي سطح القمر.
  31. ↑ مدار التصادم ، 1942، بقلم جاك ويليامسون
  32. ↑ نقطة زرقاء باهتة : رؤية لمستقبل البشرية في الفضاء، بقلم كارل ساجان ، الفصل 19
  33. ↑ "نحو اختبار جديد للنسبية العامة؟" . Esa.int. مؤرشف من الأصل في 28 ديسمبر 2017. تم الاطلاع عليه في 6 أغسطس 2013 .