Книга: Популярный звездочет

Явление невесомости

Явление невесомости

Невесомость – это состояние, при котором сила взаимодействия тела с опорой тела, возникающая под влиянием гравитационного притяжения, действием других массовых сил, в частности силы инерции, возникающей при ускоренном движении тела, отсутствует. Иногда можно слышать другое название этого явления – микрогравитация. Это определение неверно для околоземного полета. Гравитация (сила притяжения) остается прежней. Но при полете на больших расстояниях от небесных тел, когда их гравитационное влияние пренебрежимо мало, действительно возникает микрогравитация.

Для лучшего понимания сути невесомости рассмотрим летящий по баллистической траектории самолет. Такие применяются в США и в России с целью тренировки космонавтов. В пилотской кабине на тонкой нитке подвешен грузик, который обычно тянет нитку вниз (если самолет находится в покое или в равномерном прямолинейном движении). Когда нить, на которую подвешен грузик, не натянута, тогда имеет место состояние невесомости. От пилота требуется управлять самолетом так, чтобы нить не была натянута. Для достижения этого эффекта самолет должен иметь постоянное ускорение g, направленное вниз. По-другому это называется созданием нулевой перегрузки. Длительно такую перегрузку (до 40 секунд) можно создать, если выполнить специальную фигуру пилотажа (она не имеет названия). Траектория этой фигуры напоминает петлю Нестерова, в которой перегрузка направлена к центру петли. Такая перегрузка может вызвать у экипажа ощущение увеличения веса. Если произвести петлю Нестерова в перевернутом положении, с креном 180°, в кабине создастся отрицательная перегрузка. Экипажем это может восприниматься как «висение на ремнях вниз головой». Нечто среднее между этими двумя фигурами и представляет собой фигура для получения длительной невесомости.

В условиях невесомости на борту орбитального корабля многие физические процессы (конвекция, горение и т. д.) протекает по-другому. Отсутствие силы тяжести, в частности, требует особой конструкции таких систем как душ, туалет, системы разогрева пищи, вентиляции и т. д. В исключение образования застойных зон, где может скапливаться углекислый газ, и с целью обеспечения равномерного смешивания теплого и холодного воздуха, на МКС, например, установлено большое количество вентиляторов. От космонавтов требуется обретение нужных навыков и привычек в процессах приема пищи, личной гигиены, работы с оборудованием, в том числе обычных бытовых действий.

Конструкция жидкостного ракетного двигателя неизбежно учитывает влияние невесомости. Жидкие компоненты топлива в баках имеют свойства образовывать жидкие сферы. По этой причине подача жидких компонентов из баков в топливные магистрали может стать невыполнимой. Для преодоления этого эффекта применяется специальная конструкция баков (с разделителями газовой и жидкой сред), а также – процедура осадки топлива перед стартом двигателя. Такая процедура состоит во включении вспомогательных двигателей корабля на разгон; создаваемое ими небольшое ускорение осаживает жидкое топливо на днище бака, откуда механизм подачи направляет топливо в магистрали.

Синдром космической адаптации – наблюдаемая реакция у большинства космонавтов при переходе из условий земной гравитации к условиям невесомости (в первую очередь – при выходе орбитальной машины на орбиту). При длительном (в несколько недель и более) пребывании человека в космосе отсутствие гравитации начинает вызывать в организме определенные изменения, которые могут носить негативный характер. Последствия переживания невесомости – стремительное атрофирование мышц: мускулатура фактически выключается из деятельности человека, в итоге падают все физические характеристики организма. Кроме того, следствием резкого уменьшения активности мышечных тканей является сокращение потребления организмом кислорода, и из-за возникающего переизбытка гемоглобина может понизиться деятельность костного мозга, синтезирующего его (гемоглобин). Так же существует вероятность того, что ограничение подвижности нарушит фосфорный обмен в костях, что приведет к снижению их прочности.

Весьма часто исчезновение веса путают с исчезновением гравитационного притяжения. Это не совсем так. Рассмотрим следующий пример на МКС. На высоте 350 км (высота нахождения станции) ускорение свободного падения имеет значение 8,8 м/с2, что всего лишь на 10 % меньше, чем на поверхности планеты Земля. Состояние невесомости на МКС возникает за счет движения по круговой орбите с первой космической скоростью.