Нагрузка 6g центрифуга что это
Вопрос создания искусственной силы тяжести был актуален на протяжении всей истории освоения космоса, тем более принципы её создания известны человечеству уже давно.
Впервые искусственную гравитацию (искусственную силу тяжести) обосновал и рассчитал ещё Константин Эдуардович Циолковский. Это было необходимым условием при разработке орбитальных станций и аппаратов для межзвёздных полётов.
Искусственная сила тяжести упоминается в его работах: в книге «Грезы о Земле и небе» (1895 г) и в повести «Вне Земли» (1920 г). Искусственная сила тяжести упоминается в его работах: в книге «Грезы о Земле и небе» (1895 г) и в повести «Вне Земли» (1920 г).Согласно идеям Циолковского, искусственная гравитация должна создаваться во вращающеёся вокруг своей оси торообразной космической станции.
И этому есть наглядное подтверждение, ведь при вращении любого тела в инерциальной системе отсчёта возникают силы инерции, совокупность которых принято называть «центробежной силой». Центробежная сила воздействует на объекты, «прижимая» их к периферии вращающегося тела, тем самым создавая эффект гравитационного притяжения.
Собственно, вот и весь рецепт создания искусственной силы тяжести, который известен уже более 100 лет.
"Хали-гали", "Паратрупер", нам с тобою было супер. "Супер-восемь", "Хали-гали", мы с тобой весь день летали, летали. Вот она - "центробежная сила".Но что-то с реализацией этой вполне осуществимой идеи мы немного затянули. Одно дело - реализовать искусственную гравитацию путём интерференции гравитационных волн, или изменения плотности поля Хиггса (чего сегодня человечество делать не умеет, хотя теоретически обосновывать может), и совсем другое дело - создать условный «волчок», который прост до безобразия, но который поможет с комфортом проводить время на околоземной орбите без риска пострадать от последствий долгого нахождения в невесомости. Многим непонятно, в чём тут проблема.
И правда - в чём?
Эксперименты по созданию искусственной гравитации на орбите Земли действительно были запланированы. Этим вопросом занимался лично Сергей Павлович Королёв, особенно много внимания он уделил этому в своих проектах полёта к Марсу.
К концу 1964 года было подготовлено всё техническое описание эксперимента, а к 1966 году были изготовлены необходимые узлы и агрегаты. Началась подготовка к эксперименту, в котором будет создана искусственная сила тяжести на орбите Земли.
На космическом корабле «Восток» предполагалась отработка методов создания искусственной гравитации в связке с отработанной ступенью ракета-носителя. На космическом корабле «Восток» предполагалась отработка методов создания искусственной гравитации в связке с отработанной ступенью ракета-носителя.Однако преждевременная кончина Королёва не позволила этим планам воплотиться в жизни, впрочем, как и многим другим.
Но эксперименты на земле продолжались: при помощи вращающейся камеры "МВК-1" проводились эксперименты по изучению воздействия на человека вращающейся среды, начатые ещё в 1960-х годах.
Далее стартовал более грандиозный эксперимент - «Орбита», в ходе которого на центрифуге с плечом длиной 20 м был смонтирован целый жилой отсек, рассчитанный на двух человек, которым предстояло провести там до 35 суток.
Конструкция центрифуги была такова, что её не нужно было останавливать для пополнения запасов. Учёные могли посещать испытуемых в любое время, снимать показания и проводить эксперименты. Исследования проводились с 1965 по 1973 годы.
Фотография жилой кабины, отклонённой от вертикали во время вращения стенда «Орбита»Однако подобные работы проводились не для создания эффекта искусственной гравитации, с которым и так было всё понятно, а для исследования как физического, так и психического воздействия центробежной силы на здоровье человека.
Эксперименты однозначно показывали, что нахождение человека во вращающейся среде приводит к возникновению в вестибулярном аппарате эффекта укачивания. При высокой скорости вращения начинают развиваться клинической формы болезни движения, в результате чего человек теряет координацию и становится недееспособным. В первую очередь страдает наш вестибулярный аппарат.
Эксперимент «Орбита» дал много ценной информации касательно воздействия непрерывного вращение на самочувствие людей, на их здоровье, работоспособность и разного рода психологические акценты
(например, взаимодействие друг с другом).
То есть в нашем распоряжении имеются наработки для обоснования и создания кораблей и станций, внутри которых искусственная гравитация будет достигаться за счёт вращения всей конструкции. Однако, учитывая энергозатраты и инженерные решения, которые требуются для создания близкого аналога центрифуги «Орбита», становится очевидно, что сегодня такое конструктивно невозможно, потому что современная космическая инженерия не достигла такого уровня, чтобы выводить на орбиту или строить там столь сложные динамические конструкции.
Но это не мешает разного рода компаниям играть на чувствах инвесторов, не понимающих суть проблемы. Например, американская компания "Orbital Assembly Corporation" заявила, что к 2028 году построит орбитальный отель с искусственной гравитацией на 400 человек. Инвесторы несите ваши денежки, это беспроигрышный вариант! Но это не мешает разного рода компаниям играть на чувствах инвесторов, не понимающих суть проблемы. Например, американская компания "Orbital Assembly Corporation" заявила, что к 2028 году построит орбитальный отель с искусственной гравитацией на 400 человек.Решить эту проблему была призвана центрифуга следующего поколения - «Юпитер-2».
Установка «Юпитер-2» появилась в 1989 году. Она представляла собой металлический цилиндр диаметром 4,6 метра и высотой 2,2 м, внутри которого созданы условия для активного и достаточно комфортного пребывания одновременно двух испытуемых.
На этой установке были подтверждены результаты, полученные в эксперименте «Орбита», а именно - зависимость самочувствия человека от частоты вращения центрифуги, а не от радиуса, описываемого ею в ходе вращения.
Например, практически никому не удавалось выдержать частоту вращения выше 12 об/мин. Это была настоящая пытка для человека. Даже для более-менее сносной переносимости частоты вращения около 9 об/мин требовалось принимать большой спектр фармакологических процедур и препаратов, однако и это зачастую не помогало.
При частоте вращения 6 об/мин подготовленные испытуемые уже могли адаптироваться к условиям за несколько часов, а затем провести в такой обстановке до нескольких суток.
Работоспособность и общее самочувствие человека резко начинало ухудшаться про частоте вращения выше 4 об/мин.
Инструктаж испытуемого в модуле "Юпитер-2". Интересный плакат с орбитальными станциями на заднем плане.По итогу этих экспериментов выяснили ещё одну особенность человеческого организма, помещённого в непривычные условия. Речь о перепаде в величине силы тяжести, когда стопы ног условно притягиваются сильнее, чем голова. Так стало ясно, что для имитации земной силы тяжести направление действия перегрузок в невесомости должно быть вдоль продольной оси тела от головы к ногам.
Именно такое расположение тела человека создаёт гидростатическое давление крови, аналогичное тому, что испытывает человек, стоящий на Земле. Поэтому, для минимизации последствий негативного влияния на организм невесомости, можно в качестве профилактической терапии использовать центрифуги даже с относительно малым диаметром корпуса.
Для того, чтобы человек в условиях вращения не испытывал каких-либо эффектов, а его физическое и психологическое состояние в космосе не было отличимо от состояния в земных условиях, требуется частота вращения меньше 4 об/мин и максимальный перепад в силе тяжести по всему телу не более 3%.
Для этого требуется увеличивать радиус всей конструкции. А это большие динамические нагрузки на конструкцию. Сегодня создать такие конструкции возможно только на Земле, в космосе создание даже медленно вращающейся центрифуги малого диаметра технически затруднительно.
Конструкция для имитации земных условий существования и схожей силы тяжести должна быть со следующими характеристиками: диаметр - 412 метров, частота вращения - 2,08 об/мин.
- Более подробно о расчётах этой конструкции я писал в статье: « Реальная фантастика: искусственная гравитация ».
Разумеется, создать нечто подобное ещё долго будет невозможно. Скорее всего, к тому времени, когда начнётся постройка в космосе первой космической станции с искусственной гравитацией аналогичной по величине земной сите тяжести, на Луне уже будут базы с несколькими поселениями и тысячами колонистов.
Тренировки с высокой перегрузкой проводят авиаторы и космонавты , которые подвергаются высоким уровням ускорения (« G »). Он разработан для предотвращения потери сознания, вызванной g (G-LOC), ситуации, когда действие g- сил отодвигает кровь от мозга до такой степени, что сознание теряется. Инциденты потери сознания из-за ускорения привели к несчастным случаям со смертельным исходом с самолетами, способными выдерживать высокие g в течение значительных периодов времени.
Ценность обучения была хорошо известна в течение десятилетий, начиная с 1970-х годов, и была предметом большого количества исследований и литературы, а обучение способствовало увеличению переносимости G у пилотов как по величине, так и по продолжительности. Тренировка включает центрифугу, маневры анти-перегрузки (AGSM) и физиологию ускорения.
СОДЕРЖАНИЕ
Обзор
Как г -forces увеличение, визуальные эффекты включают потерю цветового зрения ( « серо-аут »), с последующим туннельным зрением (где периферийное зрение теряется, сохраняя только центр видения). При дальнейшем увеличении g- силы произойдет полная потеря зрения при сохранении сознания. Эти эффекты связаны с уменьшением притока крови к глазам до того, как кровоток к мозгу будет потерян, потому что дополнительное давление внутри глаза ( внутриглазное давление ) противодействует кровяному давлению . Обратный эффект имеет опыт передовых пилотажные маневров при отрицательном г -forces, где избыток крови двигается в направлении мозга и глаз «красный из» .
Человеческое тело имеет различные допуски для перегрузок в зависимости от направления ускорения. Люди могут выдерживать положительное ускорение вперед при более высоких перегрузках, чем они могут выдерживать положительное ускорение вверх. Это потому, что когда тело ускоряется с такой высокой скоростью, кровь устремляется из мозга, что приводит к потере зрения.
Дальнейшее увеличение перегрузок вызовет G-LOC, при котором сознание потеряно. Это вдвойне опасно, потому что при восстановлении после уменьшения g наступает период дезориентации в несколько секунд, в течение которого летательный аппарат может нырнуть в землю. Сообщается, что за G-LOC приходят сны , короткие и яркие.
В г пороговых значений , при которых возникают эти эффекты зависят от подготовки, возраста и пригодности личности. Неподготовленный человек не используется в г -straining маневр может погаснуть от 4 до 6 г , особенно если это тянут внезапно. Американские горки обычно не подвергают пассажиров воздействию более 3 граммов. Сильный удар по лицу может вызвать локальные удары в сотни g, но не может привести к явному ущербу; однако постоянные 15 g в течение минуты могут быть смертельными. Обученный, подтянутый человек, одетый в костюм g и практикующий маневр натяжения, может с некоторыми трудностями выдержать нагрузку до 9 g без потери сознания.
Человеческое тело значительно больше возможностей выжить G-силы, которые перпендикулярны к позвоночнику . Это не так в 0G, когда вы сбиваетесь с толку; Это маневр «глазными яблоками вниз», сила которого равна силе затемнения, когда кровь приливает к ногам, и эта сила параллельна позвоночнику. В общем, когда перегрузка толкает тело вперед (в просторечии известное как `` глазные яблоки внутрь ''), проявляется гораздо более высокая толерантность, чем когда перегрузочная сила толкает тело назад (`` глазные яблоки наружу ''), поскольку появляются кровеносные сосуды в сетчатке. более чувствительны к этому направлению.
Ранние эксперименты показали, что нетренированные люди способны переносить 17 г глазных яблок внутрь (по сравнению с 12 г глазными яблоками наружу) в течение нескольких минут без потери сознания или очевидного долгосрочного вреда.
G-костюмы
G-костюм носят авиаторы и астронавты, которые подвержены высоким уровням ускорения («G»). Он разработан, чтобы предотвратить затемнение и g-LOC (потерю сознания, вызванную гравитацией) из-за скопления крови в нижней части тела под G, что лишает мозг крови.
Обучение человека центрифуге
Человеческие Центрифуги исключительно большие Центрифуги , что тест на реакцию и толерантность пилотов и космонавтов на ускорение выше тех , испытывали в земной «s тяжести .
В Великобритании обучение High-G проводится в учебно-испытательном центре High-G в RAF Cranwell с использованием центрифуги для человека, созданной AMST. Здесь обучаются студенты Королевских ВВС , Королевского флота и Британской армии . Обучение также предоставляется иностранным студентам.
KBRwyle на базе Brooks City-Base в Сан-Антонио , штат Техас , использует человеческую центрифугу. Центрифуга в Бруксе используется для обучения экипажей ВВС США и ВМС США устойчивому полету с высокой перегрузкой.
Для будущих длительных космических полетов было предложено использовать большие центрифуги для имитации ощущения гравитации . Воздействие симулированной гравитации предотвратит или уменьшит декальцификацию костей и атрофию мышц, которые поражают людей, подвергающихся длительным периодам свободного падения . Пример этого можно увидеть на борту космического корабля Discovery в фильме « 2001: Космическая одиссея» .
Центрифуги, предназначенные для людей, производятся AMST Systemtechnik в Австрии (Austria Metall SystemTechnik), Latécoère во Франции, Wyle Laboratories и ETC в США.
Вы используете Internet Explorer устаревшей и не поддерживаемой более версии. Чтобы не было проблем с отображением сайтов или форумов обновите его до версии 7.0 или более новой. Ещё лучше - поставьте браузер Opera или Mozilla Firefox.
Обсудить и задать вопросы можно в этой теме.
melky
новичок
Что такое перегрузка? Вот, например, говорят - на пилота действовала перегрузка 3g. И что это значит? Это много или мало? И вообще, как это понять?
Я конечно понимаю что вопрос дурацкий, но у кого я ни спрашивал, ответа так и не получил и спросить больше не у кого.
Динамик
Перегрузка - это величина, показывающая, во сколько раз действующая на объект сила превышает нормальную силу тяжести. Обычно ее разлагают на три составляющие: нормальную (вверх), продольную и боковую. Для нормальной нормальное (т.е. в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения) значение равно 1, поскольку его вносит сила тяжести. Для остальных - 0. Если перегрузка 3g (обычно неявно подразумевают именно нормальную перегрузку, т.к. (в авиации) именно она может принимать большие значения), это означает, что на человека действует сила, втрое большая его собственного веса (в покое). Нулевая полная перегрузка означает невесомость.
Много или мало - зависит от многих факторов - прочности конструкции, выносливости человека, времени действия перегрузки, темпа ее нарастания и т.п. Падая с забора, вы можете без последствий испытать перегрузку 100g, но очень кратковременно, в то время как от продолжительного воздействия 7-8g вы уже потеряете сознание, а при периодическом воздействии некоторым и 1.1g хватит (укачивание).
"g" пишут, в основном, для удобства, чтобы показать, что это единицы силы тяжести. Перегрузка безразмерна. Если величину перегрузки домножить на g=9.8, получим уже ускорение в м/с 2 .
аксакал
Определение перегрузки дано выше правильно - отношение сил.А вот точно надо говорить о перегрузке в 5 единиц, 6 единиц и т.п. - это безразмерная величина. А 5g и т.п. - это уже ускорение, действующее на тело, т.к. g = 9.81. м/(с*с).
гость
А что до конкретных цифр.
Обычный неподготовленный человек теряет сознание при длительном воздействии пятикратной перегрузки (пока речь веду о перегрузки "голова-ноги"). У меня на длительной четырёхкратной уже был весь спектр - потемнение в глазах, ослабление цветового восприятия, сужение поля зрения.
Потеря сознания идёт из-за оттока крови от головного мозга. Если компенсировать недостачу кислорода повышением его концентрации в дыхательной смеси (вплоть до дыхания чистым кислородом) и уменьшить отток крови, надевая сильно сжимающий ноги и живот противоперегрузочный костюм, то сознание человек сохраняет до перегрузок 7..9.
Если наклонить спинку кресла (хотя бы градусов на 30), то вертикальная перегрузка ещё уменьшается на cos(30)= 0.7 от полной. Это позволяет функционировать на перегрузкаъ уже до 12 единиц. Ну а улучшенные ППК, давление в которых зависит от перегрузки и регулируемый состав дыхательной смеси позволяют вытянуть и 14 единиц. Ходят слухи, что новые лёгкие машины ОКБ Сухого расчитываются именно на 14. (С-54 .. С-56).
Это речь о длительных перегрузках. Кратковременные переносятся легче. Те же спортсмены на пилотажках, порой, выходят на перегрузки до 20.
При катапультировании пилот испытывает перегрузку 18..22. Что весьма чревато. В 8 случаях из 10 происходят смещений позвонков и т.п. Тем не менее, 98% катапультировавшихся с креслом К-36 впоследствии возвращаются в строй.
Отрицательные перегрузки переносятся гораздо хуже. Кровь приливает под давлением к мозгу, начинают лопаться сосуды в глазах и мозге, давая микроинсульты. В общем, длительно невозможно находиться на перегрузке больше -3.
Космонавтам проще. Они на взлёте испытывают перегрузки "грудь-спина", которые человек переносит проще. Шестёрка там штатный режим. Когда в 1980-х на старте сработала САС (система аварийного спасения, выводящая модуль экипажа на безопасную высоту), то экипаж испытывал длительные перегрузки за 30 единиц без особых последствий.
Ну а рекорд длительного воздействия, кажется, 42 единицы. На центрифуге.
Боковые перегрузки человек переносит очень плохо, хуже, чем "голова-ноги", но они встречаются очень редко.
Из различных источников приходят различные данные об испытанной экипажем "Союза-10" перегрузке, вызванной работой спасательной системы после аварии ракеты-носителя. По различным данным, она составляла от 6g до 20g.
Так глава Института медико-биологических проблем РАН Олег Орлов заявил, что "экипаж покинул спускаемый аппарат, самочувствие оценивается как хорошее, каких-то последствий нештатной ситуации медики не наблюдают". Доктор также заявил, что космонавтам не потребуется специальная госпитализация. По его словам, перегрузка была около 6g, что для космонавтов знакомо - примерно такие же перегрузки они испытывают на тренажерах в ходе подготовки к полетам.
Он рассказал, что экипаж перенес перегрузки в 6g без дополнительных проблем при аварийной посадке, поскольку выносливость к подобным перегрузкам проверяется при отборе в космонавты и в ходе предполетных тренировок.
"Они натренированы, знают, как при этом себя вести, какие ощущения могут быть. Поэтому эта перегрузка хоть и была нештатной, но не доставила им каких-то дополнительных проблем", - считает специалист.
"Даже 8g не является для космонавтов экстраординарной, это штатная перегрузка, которую организм должен выдерживать не просто без потерь для здоровья, но и без потери работоспособности",- заявил РБК летчик-космонавт Андрей Борисенко.
"Космонавтов швырнуло, поболтало. Но они в скафандрах. В этот раз высота полета была не очень большая. На трансляции после отделения первой ступени было видно перегрузку равную 8g. Такая же перегрузка, вероятно, была при приземлении спускового аппарата",- добавил испытатель космической техники Андрей Емельянов.
В свои очередь академик российской Академии космонавтики Александр Железняков констатитровал, что "на тренировках они крутятся и на 8g и на 10g". Также он напомним, что "в 1975 году был аналогичный инцидент с запуском «Cоюза», космонавты испытывали 20-кратные перегрузки".
Однако, чуть ранее СМИ сообщили, что состояние космонавтов аварийного «Союза» «не вполне хорошее». При этом источники прессы в ЦУП и космической отрасли также сообщали - в определенный период времени" экипаж "Союза-10" испытал "закритические" перегрузки. "Их значения, если посчитают нужным, сообщат представители NASA или "Роскосмоса".
"В течении нескольких миллисекунд после автоматического запуска системы спасения корабля "Союз" экипаж испытал перегрузки около 17g",- писали источники, добавляя - это были "доли секунды", а не минуты - как в 1975 году.
Напомним, что при запуске "Союза 18/1" 1975 году не запустились двигатели третьей ступени. Тогда впервые в истории космонавтики сработала система аварийного спасения экипажа - САС. Спускаемый аппарат начал аварийный спуск на Землю с высоты примерно 170 километров.
"Космонавты Василий Лазарев и Олег Макаров впервые в истории мировой космонавтики критическую перегрузку в 21,3 g. Они испытали кратковременную остановку сердца, но вернулись живыми. Лазарев больше никогда не летал в космос и умер в 1990 году. Макаров слетал на орбиту еще дважды, но в итоге, проведя 20 лет в клиниках, ушел из жизни в 2003 году - не перенес четвертого инфаркта",- напоминает автор телеграм-канала "Былое и дремы".
В NASA заявили, что испытанные экипажем "постоянные" перегрузки действительно находились в пределах 6g-8g, однако миллисекундные перегрузки, по мнению экспертов были значительно выше.
Напоследок поясним, что перед запуском "Союза-10" сотрудники космической отрасли не выявили никаких проблем. Правда, после ЧП «Роскосмос» начал массово удалять твиты об успешном запуске - в отличие от NASA.Поступившая в СМИ самая первая версия заключается "в плохом креплении одного из блоков".
Россия приостановила пилотируемые запуски, а также не сможет пока вернуть находящийся на МКС экипаж - впрочем, у него есть запасы питания на полгода
Читайте также: