La nave Hermes de "The Martian" cuenta con un gran Sección en forma de rueda que gira en su viaje entre la Tierra y Marte. siglo 20 Imagina que estás dentro de un vehículo, u otra máquina, girando tan rápido que la fuerza presiona tu cuerpo contra la pared o el asiento. A medida que gira más y más rápido, la presión que lo fuerza contra la pared aumenta (y, a la inversa, disminuye a medida que el giro se ralentiza). El peso se siente como la fuerza de la gravedad que mantiene su cuerpo conectado a la tierra.
Si eres como la mayoría de la gente, su experiencia más dramática con este tipo de fuerza giratoria es probablemente de un paseo en un parque de diversiones, específicamente un Rotor Ride clásico que ha producido una gran alegría (y sí, vómito) desde mediados del siglo XIX.
Pero un puñado de personas incluidos astronautas y pilotos militares, experimentar el mismo fenómeno en una centrifugadora clasificada para humanos, una máquina que gira para producir estas altas "fuerzas G, "también llamada aceleración. Experimentan esta fuerza G a bordo de aviones de alto rendimiento durante los giros a alta velocidad, y durante los lanzamientos al espacio y cuando las naves espaciales se ralentizan rápidamente cuando vuelven a entrar en la atmósfera de la Tierra.
Si alguna vez ha montado una versión moderna del Rotor Ride como esta alrededor de 1950, has experimentado un tipo de gravedad artificial. FPG / Totalmente propiedad / Getty Images
En un sentido muy real, este tipo de rotación produce gravedad, gravedad artificial para ser precisos. Proporciona peso a su cuerpo, peso que sus huesos y músculos no pueden distinguir del peso que la Tierra, u otro planeta, proporciona debido a su gran masa.
Como consecuencia, por décadas, Los escritores de ciencia ficción han imaginado naves espaciales giratorias que crean gravedad artificial para los astronautas durante las fases más largas de las misiones espaciales. Estas fases son cuando no son muy pesadas debido a que la nave acelera para ganar velocidad, o desacelerando en la atmósfera, pero ingrávido debido al deslizamiento de la embarcación, negando los efectos de la gravedad.
Dos ejemplos de tal gravedad artificial en la ciencia ficción son la película de 2015 "The Martian" y la épica de 1968 "2001:A Space Odyssey". "The Martian" presenta una nave interplanetaria, el Hermes, con una gran, Sección en forma de rueda que gira en su viaje entre la Tierra y Marte. A medida que la cámara se acerca, notas que "arriba" para los astronautas dentro del Hermes es siempre hacia el centro de la rueda, mientras "abajo, " el piso, "es el borde. La Estación Espacial V en" 2001:Una Odisea del Espacio "es una estación giratoria que genera una gravedad artificial igual a la de la luna.
Aparte de la mera comodidad, hay buenas razones por las que necesitamos la gravedad artificial en misiones espaciales de larga distancia. Para uno, en la ingravidez, nuestro cuerpo cambia de formas que podrían ser dañinas cuando los astronautas llegan a sus destinos, como Marte, o regresan a la Tierra. Los huesos pierden contenido mineral (se ablandan, volviéndose vulnerable a la fractura); atrofia de los músculos (se encogen y debilitan); los fluidos se desplazan hacia la cabeza y también se excretan del cuerpo, provocando cambios en el sistema cardiovascular y los pulmones; el sistema nervioso está fuera de control; y en los últimos años, los investigadores de la medicina espacial han descubierto lo que podría ser un daño ocular permanente en algunos astronautas. Agregue a esa investigación que sugiere que la gravedad puede ser necesaria para que los humanos tengan un embarazo normal en el espacio y casi parece una obviedad que cualquier nave espacial que lleve humanos alrededor del sistema solar debería rotar. o tener alguna parte del barco que lo haga.
¿La NASA y otros están investigando esta posibilidad?
La respuesta es sí. Desde la década de 1960, Los científicos de la NASA han estado considerando la posibilidad de la gravedad artificial mediante rotación. Sin embargo, el esfuerzo, La financiación y el entusiasmo general han aumentado y disminuido a lo largo de las décadas. Hubo un aumento en la investigación en la década de 1960 cuando la NASA estaba trabajando para enviar al hombre a la luna (el presupuesto de la NASA en ese momento era casi el 5 por ciento del de todo el gobierno federal, diez veces más de lo que es hoy).
Si bien la NASA no ha hecho hincapié en la investigación sobre la gravedad artificial durante el último medio siglo, Los científicos tanto dentro como fuera de la agencia espacial están estudiando una variedad de situaciones. Los ratones que giran en una pequeña centrífuga a bordo de la Estación Espacial Internacional sobrevivieron sin problemas y los humanos que van a la Tierra están aprendiendo a adaptarse en salas giratorias. Hay uno en el Laboratorio de Orientación Espacial Ashton Graybiel en la Universidad Brandeis y el Instituto DLR de Medicina Aeroespacial en Colonia, Alemania, es el hogar de la centrífuga de brazo corto DLR, Módulo 1. Es el único de su tipo en el mundo que investiga los efectos de la gravedad alterada, especialmente en lo que respecta a los riesgos para la salud que ocurren en microgravedad.
La centrífuga de brazo corto DLR, Módulo 1 en:centro de investigación envihab del Instituto DLR de Medicina Aeroespacial en Colonia, es una unidad especial y la única de su tipo en el mundo, ofreciendo posibilidades mejoradas para investigar los efectos de la gravedad alterada, especialmente como una contramedida a los riesgos para la salud que ocurren en condiciones de microgravedad. Centro Aeroespacial Alemán / DLR
Pero si la necesidad de la gravedad artificial es tan clara, ¿Por qué preocuparse por la investigación en el espacio? o en la tierra? ¿Por qué los ingenieros simplemente no se ponen a trabajar diseñando barcos giratorios, como el Hermes?
La respuesta es que la gravedad artificial requiere una compensación, porque todo ese giro crea problemas. Como en el Rotor Ride, mover la cabeza mientras gira tan rápido provoca náuseas. Girar también impacta el líquido en su oído interno y cualquier otra parte del cuerpo que mueva mientras está en un ambiente giratorio.
Y esa nausea Los problemas de desorientación y movimiento empeoran cuanto más rápido gira (el número de revoluciones por minuto [RPM]). Pero la cantidad de gravedad artificial que se puede producir depende tanto de las RPM como del tamaño de lo que esté girando.
Para experimentar una determinada cantidad de gravedad, por ejemplo, la mitad de la cantidad habitual que sientes en la Tierra, la longitud del radio de rotación (la distancia desde que estás parado en el suelo hasta el centro de lo que esté girando) determina qué tan rápido Necesito girar. Construya una nave en forma de rueda con un radio de 225 metros (738 pies) y producirá la gravedad total de la Tierra (conocida como 1G) girando a solo 1 RPM. Eso es lo suficientemente lento como para que los científicos estén muy seguros de que nadie se sentiría mareado ni desorientado.
Aparte de que el suelo es un poco curvo, las cosas a bordo de una nave así se sentirían bastante normales. Pero construir y volar una estructura tan enorme en el espacio implicaría numerosos desafíos de ingeniería.
Esto significa que la NASA y cualquier otra agencia u organización espacial que pueda enviar personas alrededor del sistema solar en el futuro deben conformarse con una menor cantidad de gravedad. una rotación más rápida (más RPM), o ambas. Dado que no hay un laboratorio en la luna donde la gravedad de la superficie sea aproximadamente el 16 por ciento de la de la superficie de la Tierra, lo que lo convierte en un gran lugar para investigar los efectos de la baja gravedad, a diferencia de la ingravidez, simplemente no hay datos suficientes para saber cuánta gravedad pueden necesitar los humanos para misiones espaciales a largo plazo o colonias espaciales. Estos datos son necesarios, al igual que los datos sobre cuánta rotación los humanos pueden tolerar razonablemente, y esa es la razón fundamental para la investigación en curso de la gravedad artificial.
Ahora eso es genialLa Universidad de Colorado, Boulder está estudiando formas de diseñar sistemas giratorios que podrían caber en una habitación de una futura estación espacial o base lunar. Los astronautas podrían meterse en estas habitaciones solo unas pocas horas al día para obtener su dosis diaria de gravedad.
