Le navire Hermès de "The Martian" présente un grand, section en forme de roue qui tourne lors de son voyage entre la Terre et Mars. 20ième siècle Imaginez que vous êtes à l'intérieur d'un véhicule - ou d'une autre machine - qui tourne si vite que la force presse votre corps contre le mur ou le siège. Au fur et à mesure que vous tournez de plus en plus vite, la pression qui vous force contre le mur augmente (et inversement, elle diminue à mesure que la rotation ralentit). Le poids ressemble à la force de gravité qui maintient votre corps à la terre.
Si vous êtes comme la plupart des gens, votre expérience la plus dramatique avec ce type de force tournante est probablement celle d'un manège de parc d'attractions - en particulier un tour de rotor classique qui a produit beaucoup de joie (et oui de vomi) depuis le milieu du 19ème siècle.
Mais une poignée de personnes, y compris les astronautes et les pilotes militaires, faire l'expérience du même phénomène dans une centrifugeuse à capacité humaine, une machine qui tourne pour produire ces "forces G" élevées, " aussi appelée accélération. Ils ressentent cette force G à bord d'avions hautes performances lors de virages à grande vitesse, et pendant les lancements dans l'espace et lorsque les engins spatiaux ralentissent rapidement lorsqu'ils rentrent dans l'atmosphère terrestre.
Si vous avez déjà piloté une version moderne du Rotor Ride comme celle-ci vers 1950, vous avez fait l'expérience d'un type de gravité artificielle. FPG/En propriété exclusive/Getty Images
Dans un sens très réel, ce type de rotation produit de la gravité - une gravité artificielle pour être précis. Il fournit un poids à votre corps - un poids que vos os et vos muscles ne peuvent pas distinguer du poids que la Terre, ou une autre planète, fournit en raison de sa masse.
Par conséquent, depuis des décennies, les auteurs de science-fiction ont imaginé des vaisseaux spatiaux rotatifs qui créent une gravité artificielle pour les astronautes pendant les phases les plus longues des missions spatiales. Ces phases sont celles où elles ne sont pas extra-lourdes en raison de l'accélération du navire pour prendre de la vitesse, ou en décélération dans l'atmosphère, mais en apesanteur à cause du cabotage de l'embarcation, annulant les effets de la gravité.
Deux exemples d'une telle gravité artificielle dans la science-fiction sont le film de 2015 "The Martian" et l'épopée de 1968 "2001:A Space Odyssey". "Le Martien" présente un vaisseau interplanétaire, l'Hermès, avec un grand, section en forme de roue qui tourne lors de son voyage entre la Terre et Mars. Pendant que la caméra zoome, vous remarquez que "haut" pour les astronautes à l'intérieur de l'Hermès est toujours vers le centre de la roue, tandis que "bas, " le plancher, " est la jante. La Station spatiale V dans "2001:A Space Odyssey" est une station tournante qui génère une gravité artificielle égale à celle de la gravité de la lune.
Au-delà du simple confort, il y a de bonnes raisons pour lesquelles nous avons besoin de la gravité artificielle pour les missions spatiales à longue distance. Pour un, en apesanteur, notre corps change d'une manière qui pourrait être nocive lorsque les astronautes arrivent à destination - comme Mars - ou reviennent sur Terre. Les os perdent du contenu minéral (ils se ramollissent, devenir vulnérable à la fracture); les muscles s'atrophient (ils rétrécissent et s'affaiblissent); les fluides se déplacent vers la tête et sont également excrétés du corps, provoquer des changements dans le système cardiovasculaire et les poumons; le système nerveux est détraqué; et ces dernières années, des chercheurs en médecine spatiale ont découvert ce qui pourrait être des lésions oculaires permanentes chez certains astronautes. Ajoutez à cela des recherches suggérant que la gravité peut être nécessaire pour que les humains aient une grossesse normale dans l'espace et il semble presque évident que tout vaisseau spatial transportant des humains autour du système solaire devrait tourner, ou avoir une partie du navire qui le fait.
La NASA et d'autres étudient-ils cette possibilité ?
La réponse est oui. Depuis les années 1960, Les scientifiques de la NASA ont envisagé la possibilité d'une gravité artificielle par rotation. Cependant, l'effort, le financement et l'enthousiasme général ont augmenté et diminué au fil des décennies. Il y a eu un essor de la recherche dans les années 1960 lorsque la NASA travaillait à envoyer l'homme sur la lune (le budget de la NASA à cette époque était de près de 5 % de celui de l'ensemble du gouvernement fédéral, soit 10 fois ce qu'il est aujourd'hui).
Alors que la NASA n'a pas mis l'accent sur la recherche sur la gravité artificielle au cours du dernier demi-siècle, les scientifiques à l'intérieur et à l'extérieur de l'agence spatiale étudient une série de situations. Des souris tournant dans une petite centrifugeuse à bord de la Station spatiale internationale ont survécu sans problème et les humains liés à la Terre apprennent à s'adapter dans des salles de rotation. Il y en a un au laboratoire d'orientation spatiale Ashton Graybiel de l'université Brandeis et au DLR Institute of Aerospace Medicine à Cologne, Allemagne, abrite la centrifugeuse à bras court DLR, Module 1. C'est le seul de son genre au monde à rechercher les effets de la gravité altérée, en particulier en ce qui concerne les risques pour la santé qui surviennent en microgravité.
La centrifugeuse à bras court DLR, Module 1 au centre de recherche :envihab du DLR Institute of Aerospace Medicine à Cologne, est une unité spéciale et unique en son genre au monde, offrant des possibilités améliorées pour la recherche des effets de la gravité altérée, en particulier comme contre-mesure aux risques pour la santé qui surviennent dans des conditions de microgravité. Centre aérospatial allemand/DLR
Mais si le besoin de gravité artificielle est si clair, pourquoi s'embêter avec la recherche dans l'espace, ou sur Terre ? Pourquoi les ingénieurs ne se mettent-ils pas simplement au travail en concevant des navires tournants, comme l'Hermès ?
La réponse est que la gravité artificielle nécessite un compromis, parce que tout ce filage crée des problèmes. Comme sur le Rotor Ride, bouger la tête pendant que vous tournez aussi vite provoque des nausées. La rotation a également un impact sur le liquide dans votre oreille interne et sur toute autre partie du corps que vous déplacez pendant que vous êtes dans un environnement en rotation.
Et cette nausée, les problèmes de désorientation et de mouvement s'aggravent plus vous tournez vite (le nombre de tours par minute [RPM]). Mais la quantité de gravité artificielle qui peut être produite dépend à la fois des RPM et de la taille de tout ce qui tourne.
Pour ressentir une quantité donnée de gravité - par exemple la moitié de la quantité habituelle que vous ressentez sur Terre - la longueur du rayon de rotation (la distance entre vous debout sur le sol et le centre de tout ce qui tourne) détermine la vitesse à laquelle vous besoin de tourner. Construisez un engin en forme de roue avec un rayon de 738 pieds (225 mètres) et vous produirez la pleine gravité terrestre (appelée 1G) tournant à seulement 1 RPM. C'est suffisamment lent pour que les scientifiques soient sûrs que personne ne serait nauséeux ou désorienté.
A part le sol un peu courbé, les choses à bord d'un tel vaisseau sembleraient assez normales. Mais construire et piloter une structure aussi énorme dans l'espace impliquerait de nombreux défis d'ingénierie.
Cela signifie que la NASA et toutes les autres agences ou organisations spatiales susceptibles d'envoyer des personnes autour du système solaire à l'avenir doivent se contenter d'une gravité plus faible, une rotation plus rapide (plus de RPM) - ou les deux. Puisqu'il n'y a pas de laboratoire sur la Lune où la gravité de surface est d'environ 16 pour cent de celle de la surface de la Terre, ce qui en fait un endroit idéal pour rechercher les effets de la faible gravité, contrairement à l'apesanteur, il n'y a tout simplement pas assez de données pour savoir de combien de gravité les humains peuvent avoir besoin pour des missions spatiales à long terme ou des colonies spatiales. De telles données sont nécessaires, tout comme les données sur la quantité de rotation que les humains peuvent raisonnablement tolérer, et c'est la raison d'être des recherches en cours sur la gravité artificielle.
Maintenant c'est coolL'Université du Colorado, Boulder étudie des moyens de concevoir des systèmes tournants qui pourraient tenir dans une pièce d'une future station spatiale ou base lunaire. Les astronautes pouvaient ramper dans ces pièces quelques heures par jour pour obtenir leur dose quotidienne de gravité.
