Что помешало учёным создать искусственную гравитацию
В фантастических фильмах на орбите обычно можно увидеть огромные вращающиеся станции, где герои ходят по полу так же уверенно, как на Земле. Казалось бы, физика процесса понятна: раскрути корабль и центробежная сила заменит притяжение. Однако первые же опыты показали, что искусственная гравитация порождает больше проблем, чем решает. Разбираемся, что не так с этой технологией и можно ли решить её проблемы.
Эксперимент Gemini 11
Первая реальная попытка создать искусственную тяжесть на орбите состоялась в сентябре 1966 года. Астронавты Пит Конрад и Ричард Гордон на корабле Gemini 11 должны были соединить свой аппарат с разгонной ступенью Agena 30-метровым тросом и раскрутить эту связку.
Проблемы начались сразу. Ричард Гордон вышел в открытый космос, чтобы закрепить трос, и это превратилось в адский труд. Из-за жёсткого скафандра и отсутствия удобных поручней астронавт быстро выбился из сил. Это показало, что даже простые механические операции в невесомости требуют колоссального напряжения.
Когда трос всё же закрепили и корабли начали расходиться, возник «эффект скакалки». Трос не натянулся в струну, а начал вибрировать и вращаться по сложной траектории. Корабли дёргало, система была нестабильной. Потребовалось 20 минут работы двигателями, чтобы хоть как-то успокоить эту конструкцию.
Трос, соединяющий корабль Agena с Gemini
В итоге экипажу удалось создать мизерную гравитацию — всего 0,00015 g. Человек её не чувствовал, но мелкие предметы в кабине начали медленно падать «вбок» вдоль линии троса. Эксперимент быстро свернули, чтобы не тратить драгоценное топливо на стабилизацию.
Тошнота вместо комфорта
Пока астронавты мучились с тросами, на Земле проводили эксперименты с людьми. В 1960-х годах в лабораториях ВМС США построили «Комнату медленного вращения» (Slow Rotation Room). Добровольцы жили в ней неделями.
Выяснилось, что жить во вращающемся цилиндре практически невозможно. Испытуемые не могли ходить прямо — их ноги заплетались, походка становилась пьяной из-за сил Кориолиса. Но главным врагом стало внутреннее ухо.
Вестибулярный аппарат людей привык к линейному движению. Во вращающейся комнате любой поворот головы вызывает «перекрёстное ускорение». Жидкость во внутреннем ухе начинает двигаться неестественно, и мозг получает сигнал, будто человек кувыркается. Результат мгновенный: потеря ориентации и тяжёлая морская болезнь.
Внутри корабля с искусственной гравитацией. Фильм «Марсианин»
Исследования показали: чтобы человек не страдал от рвоты при каждом кивке, скорость вращения должна быть не выше 1–2 оборотов в минуту. Но чтобы при такой скорости создать нормальную гравитацию, радиус станции должен составлять сотни метров. Построить такую станцию при существующих технологиях слишком дорого.
Проблема градиента
Даже если удастся построить небольшую вращающуюся станцию радиусом 10–15 метров, возникнет физическая ловушка. Сила центробежного ускорения зависит от расстояния до центра вращения. Для человека на такой станции разница гравитации между головой и ногами будет критической. В ногах будет привычная 1 g, а на уровне головы — всего 0,8 g или меньше.
Это создает опасный физиологический парадокс:
- Сердце сбивается с ритма, так как барорецепторы (датчики давления в сосудах) получают противоречивые сигналы.
- При беге в одну сторону человек становится «тяжелее», а при беге в обратную — «легче».
Такой градиент превращает жизнь на станции в бесконечный аттракцион, который быстро изматывает организм.
Стресс от гравитации
Самый убедительный ответ на вопрос, полезна ли искусственная гравитация, дали советские эксперименты на биоспутниках «Космос-782» и «Космос-936» в 1970-х годах. Учёные отправили на орбиту крыс: одна группа летала в невесомости, а другая жила в маленьких центрифугах.
Результаты озадачили биологов. У крыс в центрифуге кости и мышцы сохранились лучше, но общее состояние животных было ужасным. Они испытали глубочайший стресс. Из-за тесноты и вращения их вестибулярный аппарат постоянно сходил с ума. Это привело к мощному выбросу гормонов стресса и подавлению иммунитета — у «гравитационных» крыс уменьшились тимус и селезёнка. Оказалось, что искусственная гравитация в тесном пространстве хуже для организма, чем невесомость.
Что в итоге?
Неудачи первых экспериментов показали: нельзя просто раскрутить корабль и надеяться на лучшее. Законы физики требуют либо гигантских станций диаметром в сотни метров, либо новых подходов. Современная наука склоняется к компромиссу. Вместо того чтобы вращать весь корабль, инженеры предлагают использовать центрифуги короткого радиуса как тренажёры. Астронавт проводит в ней 30–60 минут в день, интенсивно крутя педали. Это не создаёт комфорта, но даёт необходимую нагрузку сосудам и костям, позволяя пережить полёт к Марсу без разрушительных последствий для здоровья.