ایده چرخش فضاپیما برای ایجاد شتابی مشابه شتاب گرانش زمین

فرض کنید در فضایی هستید که جاذبه وجود ندارد. بیایید فرضیه خود را کمی دقیق تر کنیم: مدار پایین زمین. محیطی که ریزگرانش در آن حاکم است. اصطلاح «ریزگرانش» در واقع نامی است که ما به محیط «بی وزن» می دهیم. حال سوال این است که اگر سفینه فضایی فرضی شما یک آسانسور بزرگ داشت که مدام به سمت بالا شتاب می گرفت چه می شد؟ اگر شتاب این بالابر با میدان گرانشی روی سطح زمین یکسان بود، وزن شما دقیقاً مانند روی زمین احساس می‌شد.

مشکل این است که در عمل، برای اینکه فضاپیما به طور مداوم شتاب بگیرد، باید پیشرانش را همیشه روشن نگه دارد. بدیهی است که چنین ایده ای به مقادیر فوق العاده ای از سوخت موشک نیاز دارد. علاوه بر این، باید در نظر داشت که امکان خاموش کردن موتورها وجود ندارد. زیرا شتاب سفینه فضایی را به صفر خواهد رساند. ناسالم، ما می خواهیم جاذبه مصنوعی داشته باشیم!

فرض کنید خودرویی با سرعت 20 متر بر ثانیه به سمت غرب حرکت می کند. این خودرو به چرخش خود ادامه می دهد به طوری که پس از یک ثانیه با سرعت 20 متر بر ثانیه به سمت شمال حرکت می کند. در اینجا با وجود اینکه خودرو با همان سرعت حرکت می کند، به دلیل تغییر جهت، شتابی را تجربه کرده است. اگر شعاع (R) مسیری که خودرو در این پیچ طی کرده و سرعت آن (v) را بدانیم، می‌توانیم میزان شتاب را محاسبه کنیم.

شتاب به عنوان نرخ تغییر سرعت تعریف می شود. برای مثال، اگر خودرویی در یک ثانیه از 10 متر بر ثانیه به 20 متر بر ثانیه شتاب دهد، آن خودرو شتاب 10 متر بر ثانیه خواهد داشت. در اینجا باید توجه داشته باشیم که سرعت در واقع یک بردار است. یعنی سرعت نه تنها اطلاعاتی در مورد سرعت حرکت یک جسم، بلکه در مورد “جهت” حرکت آن به ما می دهد.

بخوانید  هفت فناوری متحول کننده در سال 2023

آنها در The Expanse با اختراع Epstein Thruster که نوعی موشک همجوشی است، این مشکل را حل کردند. چنین ایده ای در دنیای واقعی بیشتر شبیه جادو است. ما انسان‌های امروزی به روشی غیر از شتاب خطی برای تولید گرانش مصنوعی با ابزارهای فعلی خود نیاز داریم.

حرکت دایره ای

البته می دانیم که وزن واقعی فرد در طی این مراحل هرگز نوسان نداشت. وزن واقعی ما معیاری از نیرویی است که گرانش به بدن وارد می کند. وزن واقعی به عنوان نتیجه تعامل بین جرم یک فرد (m) و جرم زمین و فاصله آن از مرکز زمین تعریف می شود. بر روی زمین، نیروی گرانش برابر با 9.8 نیوتن بر کیلوگرم است. همچنین می دانیم که جرم و وزن چیزهای متفاوتی هستند و در سیاره ای با گرانش متفاوت، وزن فرد متفاوت خواهد بود.

سوار شدن به آسانسور هیچ یک از عوامل ذکر شده در بند بالا را تغییر نمی دهد و تنها چیزی که تغییر می کند وزن ظاهری است. این ممکن است کمی عجیب به نظر برسد. اما واقعیت این است که چنین اثری برای فضاپیماها بسیار مفید است.

شتاب خطی

ایده سفینه فضایی با بالابر بی نهایت غیرعملی است. یک راه حل ساده تر، افزایش سرعت کل فضاپیما است. چنین شتابی گرانش مصنوعی ایجاد می کند. اگر از طرفداران علمی تخیلی هستید، احتمالاً به خاطر دارید که این روش در واقع روش اصلی مورد استفاده در سفینه های فضایی مجموعه علمی تخیلی The Expanse بود.