17
Aug
2022

การขึ้นและลงของแรงโน้มถ่วงเทียม

สถานีอวกาศขนาดยักษ์ที่หมุนได้ซึ่งสร้างแรงโน้มถ่วงเทียมของตัวเองได้รับการคาดหมายมานานหลายทศวรรษ แล้วทำไมไม่มีใครสร้าง?

การใช้ชีวิตในอวกาศไม่ดีสำหรับคุณ

นักบินอวกาศทุกคนที่กลับมายังโลกจากสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) พยายามอย่างเต็มที่ที่จะยิ้มให้กล้อง แต่พยายามดิ้นรนเพื่อยืน ลองนึกภาพว่าภารกิจในอนาคตสู่ดาวอังคารจะเป็นอย่างไร หลังจากหลายเดือนรวมตัวกันในแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์ (หรือไมโคร) นักบินอวกาศคนแรกที่ก้าวเข้าสู่พื้นผิวดาวอังคารแทบจะไม่สามารถจัดการกับการโซเซอย่างไม่เป็นระเบียบได้นับประสาการก้าวกระโดดครั้งใหญ่

Sharmila Bhattacharya นักชีววิทยาของ Nasa กล่าวว่า “มีผลกระทบที่แตกต่างกันมากมาย “ความหนาแน่นของกระดูกลดลง ทำให้สูญเสียกล้ามเนื้อและอาจส่งผลต่อการมองเห็น” การศึกษาเมื่อเร็ว ๆ นี้ของเธอชี้ให้เห็นว่ายานอวกาศยังทำให้ระบบภูมิคุ้มกันอ่อนแอลง

เพิ่มความยากลำบากในการทรงตัว, การอดนอน, การชะลอตัวของระบบหัวใจและหลอดเลือด, ไม่ต้องพูดถึงอาการท้องอืดมากเกินไป; เมาอวกาศ วิงเวียน และเซื่องซึมเล็กน้อย และคุณเริ่มเข้าใจขนาดของปัญหา การทดลองของ Bhattacharya ร่วมกับการทดลองอื่นๆ อีกนับไม่ถ้วนที่ดำเนินมาเป็นเวลากว่าห้าสิบปี ระบุว่าอาการเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นผลมาจากการมีชีวิตอยู่โดยปราศจากแรงโน้มถ่วง

ดูเหมือนว่ามนุษย์ไม่ได้วิวัฒนาการมาเพื่อชีวิตในอวกาศ

ด้วยเหตุนี้ จึงมีการริเริ่มอย่างต่อเนื่องหลายอย่างเพื่อพยายามทำความเข้าใจและลดผลกระทบของภาวะไร้น้ำหนัก ตัวอย่างเช่น องค์การอวกาศยุโรป (European Space Agency) ได้ทำการศึกษาเรื่องการพักผ่อนบนเตียงโดยตรวจสอบผลกระทบต่ออาสาสมัครที่ไม่ได้ทำกิจกรรมเป็นเวลา 21 วัน และภารกิจร่วมระหว่างนาซ่า/รัสเซียกับสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) ที่จัดขึ้นเป็นเวลา 1 ปีในปีหน้า ได้รับการออกแบบมาเพื่อนำทฤษฎีล่าสุดเกี่ยวกับการต่อสู้กับภาวะไร้น้ำหนัก เช่น การออกกำลังกายที่ดีขึ้นและระบบโภชนาการมาทดสอบ

อย่างไรก็ตาม หากมนุษยชาติต้องเดินทางไปยังดาวอังคาร ดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดี ดาวเสาร์ หรือที่อื่นๆ เราอาจต้องการวิธีแก้ปัญหาที่รุนแรงกว่านี้ และหนึ่งในนั้นรวมถึงแผนการฟื้นคืนชีพทั้งหมดยกเว้นที่ Nasa ทิ้งในปี 1970: ยานอวกาศที่มีแรงโน้มถ่วงเทียมของตัวเอง

‘โบราณอย่างสมบูรณ์’

การออกแบบสถานีอวกาศในช่วงแรกๆ ล้วนสันนิษฐานว่าแรงโน้มถ่วงเทียมที่สร้างขึ้นโดยล้อหมุนขนาดมหึมา จะเป็นบรรทัดฐานในอนาคต ยกตัวอย่างจากวารสาร Journal of the British Interplanetary Society ฉบับปี 1949 ที่ เขียนโดย HE Ross ซึ่งวาดภาพ “สถานีเติมน้ำมัน” ระหว่างทางไปดวงจันทร์ การออกแบบประกอบด้วยสามส่วน ค่อนข้างมีป้ายกำกับว่า “ชาม ขนมปัง และแขน”

ชามนี้เป็นกระจกขนาดยักษ์อย่างมีประสิทธิภาพ ออกแบบมาเพื่อรวมแสงแดดที่ให้ความร้อนกับน้ำเพื่อผลิตไอน้ำสำหรับการผลิตกระแสไฟฟ้า ใช่แล้ว สถานีอวกาศพลังไอน้ำ ซาลาเปาซึ่งดูเหมือนเบเกิลมากกว่า ตั้งอยู่หลังกระจก แขนยื่นออกมาที่ด้านข้างของขนมปังและเชื่อมโยงกับพอร์ตเชื่อมต่อ

เมื่อมีล้อหมุนในอวกาศ แรงโน้มถ่วงเทียม หรือตามที่ Ross พูดให้แม่นยำกว่านั้น “เอฟเฟกต์แรงโน้มถ่วงหลอก” จะทำงานในลักษณะนี้: ตัวขับดันหมุนขนมปัง/เบเกิลรอบแกนของมัน ทำให้เกิดแรงสู่ศูนย์กลาง ใครก็ตามที่อยู่ในวงล้อกลวงนี้จะได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงเช่นเดียวกัน ราวกับว่าพวกเขากำลังถูกดึงเข้าหาตัวเรือที่โค้งด้านนอก ปริมาณแรงโน้มถ่วงเทียมที่สร้างขึ้นนั้นขึ้นอยู่กับขนาดของล้อและความเร็วในการหมุน ยิ่งวงล้อใหญ่และหมุนเร็วเท่าไร เอฟเฟกต์ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ผลลัพธ์ที่ได้แสดงให้เห็นอย่างยอดเยี่ยมในภาพยนตร์ปี 2544 ที่นักบินอวกาศวิ่งเหยาะๆ ไปรอบๆ ภายในยานอวกาศ

ในช่วงท้ายของโครงการ Apollo Moon ในช่วงปลายทศวรรษ 1960 นาซ่าได้รับมอบหมายให้ศึกษาจากอุตสาหกรรมเกี่ยวกับสถานีอวกาศในอนาคต การออกแบบทั้งหมดระบุว่าแรงโน้มถ่วงเทียมเป็นสิ่งจำเป็น

David Baker บรรณาธิการนิตยสาร Spaceflight และอดีตวิศวกรของ Nasa ที่ทำงานเกี่ยวกับแนวคิดดังกล่าว กล่าวว่า “การศึกษาสถานีอวกาศแบบเก่าเหล่านี้ดูโบราณไปอย่างสิ้นเชิง “ภารกิจของ Skylab [ในช่วงกลางทศวรรษ 1970] พิสูจน์ว่าจุดรวมของการมีสถานีอวกาศคือการทำวิจัยเรื่องแรงโน้มถ่วงต่ำ ดังนั้นเราจึงละทิ้งแนวคิดเรื่องแรงโน้มถ่วงเทียม”

“แต่ตอนนี้” เขากล่าว “พวกเขาน่าจะกลับมาดูอีกครั้ง”

พื้นที่ทำให้พอง

ฉันพบว่ารายงานของ Baker’s 1971 เกี่ยวกับโครงการนี้ซ่อนอยู่ที่ชั้นบนสุดของ British Interplanetary Society Library ในลอนดอน หนึ่ง “ฐานอวกาศ” ของ McDonnell-Douglas ประกอบด้วยชุดโมดูลทรงกระบอก ฐานประกอบด้วยส่วนแรงโน้มถ่วงเทียมที่แยกต่างหาก ทำให้ลูกเรือมีแรงดึงดูดราวครึ่งหนึ่งที่พวกเขาจะได้รับจากโลก

การออกแบบที่แข่งขันกันจาก North American Rockwell มีความทะเยอทะยานมากกว่าและมีแกนกลางที่มีกระบอกสูบสี่สูบยื่นออกมาจากซี่ล้อ แต่ละโมดูลประกอบด้วยพื้นที่ใช้สอยและพื้นที่ทำงาน เช่นเดียวกับแนวคิดของรอสส์ในปี 1949 จะหมุนรอบแกนกลางเพื่อสร้างแรงโน้มถ่วงเทียม

แม้ว่าการออกแบบทั้งสองนี้จะมีขนาดใหญ่มาก โดยเป็นที่อยู่อาศัยระหว่าง “ผู้ชาย” 12 ถึง 50 คน โดยมีห้องโดยสารส่วนตัว โต๊ะ เก้าอี้ที่นุ่มสบาย และแม้แต่ห้องผู้ป่วย – แนวคิดพื้นฐานก็ฟังดูดี อันที่จริงแล้ว พวกมันไม่ได้ต่างจากข้อเสนอในปี 2011ที่รู้จักกันในชื่อ Nautilus-X หรือ Multi Mission Space Exploration Vehicle ซึ่งเสนอโดยกลุ่มสมาคมจาก Nasa สถาบันการศึกษาและอุตสาหกรรม

ยานอวกาศมูลค่า 3.7 พันล้านดอลลาร์นี้ออกแบบมาสำหรับคนหกคนและมีลักษณะคล้ายกับสถานีอวกาศที่บินได้ซึ่งมีแผงโซลาร์เซลล์ขนาดใหญ่และท่อเชื่อมต่อหลายชุด อย่างไรก็ตาม ข้อแตกต่างที่สำคัญคือ รอบศูนย์กลางของเรือมีล้อกลวงที่ใหญ่กว่า ล้อนี้จะมีลักษณะเหมือนยางในของจักรยาน ทำจากวงแหวนแข็งหลายชุดที่เชื่อมต่อกันด้วยส่วนเป่าลมที่มีผนังนุ่ม โครงสร้างคล้ายคลึงกันกับโมดูลที่ Nasa เพิ่งสั่งซื้อจากการบินและอวกาศของ Bigelowโดยมีจุดประสงค์เพื่อแก้ไขให้กับ ISS ในปี 2015

มีเหตุผลที่ดีว่าทำไมเรือลำนี้จึงดูคล้ายกับ ISS ตาม Mark Holderman หนึ่งในทีมที่อยู่เบื้องหลังการออกแบบ “Nautilus-X จะถูกประกอบในวงโคจร… [โดยใช้] ทักษะและบทเรียนที่เรียนรู้จากการประกอบสถานีอวกาศนานาชาติ”

การออกแบบของเรือลำนี้เกิดขึ้นในปี 2011 จากทีม Technology Applications & Assessment Team (TAAT) ของโครงการกระสวยอวกาศ (TAAT) ซึ่งเป็นกลุ่มที่จัดตั้งขึ้นเพื่อพิจารณาภารกิจในอวกาศของมนุษย์ในระยะสั้น ซึ่งสามารถสร้างหรือขยายการใช้เทคโนโลยีที่มีอยู่ได้ ทีมงานจินตนาการถึงการสร้างต้นแบบที่เชื่อมต่อกับ ISS เพื่อพิสูจน์แนวคิด ก่อนที่จะสร้างเรือขนาดเต็ม 

โฮลเดอร์แมนกล่าวว่า “มัน… น่าจะเป็นยานอวกาศตัวจริงตัวแรกที่ให้แรงโน้มถ่วงเทียมแก่ลูกเรือ “Nautilus-X ได้รับการออกแบบมาเพื่อเป็นพื้นฐานวิวัฒนาการสำหรับยานอวกาศที่จะนำลูกเรือ 9 ถึง 12 คนไปยังดาวอังคารในที่สุด”

ในที่สุด โครงการถูกยกเลิกเนื่องจากลำดับความสำคัญที่เปลี่ยนไปและการขาดเงินทุนที่หน่วยงานอวกาศ

ความคิดป่วย

ดังนั้น ด้วยงบประมาณที่น้อยลงเรื่อยๆ หน่วยงานด้านอวกาศอาจต้องการใช้เส้นทางที่ง่ายกว่าและถูกกว่า หากเป็นกรณีนี้ พวกเขาสามารถคัดลอกวิธีการทดลองในภารกิจราศีเมถุนของนาซ่าในช่วงกลางทศวรรษ 1960 โดยที่นักบินอวกาศยืดสายโยงระหว่างแคปซูลของพวกเขากับโมดูลเชื่อมต่อแบบไร้คนขับ และปล่อยให้ร่างทั้งสองหมุนรอบกันและกัน ทฤษฎีนี้เหมือนกับการหมุนถังไปรอบๆ ที่ส่วนท้ายของเชือกซึ่งสร้างแรงสู่ศูนย์กลางในถัง

หรือสำหรับหน่วยงานด้านอวกาศที่มีงบประมาณจำกัด อาจมีตัวเลือกที่ถูกกว่านั้นด้วยซ้ำ ตัวอย่างเช่น นักวิจัยที่ MIT ได้ทำการทดลองหลายชุดโดยใช้เครื่องหมุนเหวี่ยงขนาดเล็ก – โต๊ะหรือเก้าอี้หมุนได้อย่างมีประสิทธิภาพ แนวคิดคือการบินบางสิ่งที่คล้ายคลึงกันบน ISS โดยนักบินอวกาศผูกตัวเองกับอุปกรณ์และหมุนตัวเองไปมาเพื่อจำลองแรงโน้มถ่วง แม้ว่าการตั้งค่านี้จะทำให้ผู้คนเมารถ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพวกเขาขยับศีรษะ) การทดลองแนะนำว่าการนั่งบนพวงมาลัยเป็นประจำสามารถชดเชยผลเสียบางประการของการไร้น้ำหนักได้

แต่โต๊ะหมุนแทบจะเป็นวงล้อขนาดยักษ์ในอวกาศ โชคดีสำหรับทุกคนที่มีความฝันเกี่ยวกับเรือที่สง่างามลำนั้นในปี 2544: A Space Odyssey ทั้งหมดไม่สูญหาย เบเกอร์เชื่อว่าอาจมีวิธีอื่นในการสร้างยานอวกาศแรงโน้มถ่วงเทียมลำแรก “โรงแรมในอวกาศจำเป็นต้องมีแรงโน้มถ่วงเทียมอย่างแน่นอน” เขากล่าว “เนื่องจากคน 50% ป่วยจากอวกาศ ถ้าเรามีโรงแรมในวงโคจรโลก แรงโน้มถ่วงเทียมจึงเป็นสิ่งจำเป็น”

ด้วยการระเบิดของการเดินทางในอวกาศเชิงพาณิชย์ แนวคิดนี้อาจไม่ได้ไกลอย่างที่คิดแม้แต่เมื่อทศวรรษที่แล้ว อันที่จริง บริษัทที่จัดหาโมดูลสถานีอวกาศแบบพองได้ตัวแรกของ Nasa นั้นเป็นเจ้าของโดย Robert Bigelow เจ้าสัวของโรงแรม ซึ่งพูดถึงความปรารถนาของเขาที่จะขยายอาณาจักรอสังหาริมทรัพย์ของเขาไปสู่วงโคจร

ดังนั้น บางทีวันหนึ่ง เราอาจจบลงด้วยสถานีอวกาศรูปล้อพองขนาดยักษ์ แม้ว่าจะเป็นนักท่องเที่ยวในอวกาศที่เป็นเศรษฐีมากกว่านักสำรวจดาวอังคารก็ตาม

หน้าแรก

Share

You may also like...

Leave a Reply

Your email address will not be published.