Как пережить перегрузку космических путешествий

В частичной статье Клэр Уилсон (частичной, потому что я не являюсь подписчиком) мы узнаем:

(a) Летчики-истребители, которые тренируются на центрифугах, чтобы научиться контролировать мышцы и кровяное давление, чтобы повысить свою толерантность к перегрузке.

(b) Максимальная перегрузка, выдерживаемая к 2010 году, составляла 31,25G, что требовало от пострадавшего пребывания в резервуаре с водой под давлением, потому что человеческие мышцы не могут равномерно воздействовать на тело с достаточной силой, чтобы в достаточной степени контролировать кровоток.

Ваши модификации должны делать то же самое: «внешне» повышать давление в организме и «внутри» повышать кровяное давление. Кроме того, поскольку суть крови заключается в распределении кислорода и питательных веществ, вы можете увеличить плотность кислорода и питательных веществ в крови, чтобы для питания мозга требовалось меньше крови (особенно кислорода).

Таким образом, ваши модификации могут включать:

(а) Сеть подкожной мускулатуры, предназначенная для увеличения давления на тело. Модификация должна принудительно закрыть челюсть (якобы вокруг кислородного сопла) и закрыть носовые пазухи, уши и глаза, чтобы защитить их. Назначение мускулатуры — доставлять кровь к верхней части тела. Мускулатура вокруг черепа предназначена для увеличения способности черепа противостоять повышенному внутреннему давлению.

б) повышение артериального давления. Артериальное давление повышается по многим причинам. Среди них: пониженная проницаемость кровеносных сосудов (кровь не может выйти из системы распределения), повышенная ригидность кровеносных сосудов (сосуды не могут сокращаться или расширяться, чтобы модулировать кровяное давление) или, что еще хуже, они сжимаются (сокращаются). сердце качает сильнее (больше крови на насос) или быстрее (больше насосов в секунду).

(c) Повышение чистоты кислорода для астронавта является необходимостью, но увеличение поглощения кислорода легкими может существенно помочь. Не менее существенно помогло бы увеличение способности красных кровяных телец переносить кислород.

Наконец, существует проблема прямого воздействия перегрузки на мозговую ткань. Природа мозговой ткани плохо поддается внутреннему подкреплению, но мы можем позаимствовать у нашего бесстрашного испытуемого, используя резервуар с водой под давлением. Увеличьте объем черепа, но не объем мозга, освобождая место для защитной жидкости, которую тело может использовать по команде, чтобы удерживать мозг вместе.

У этих кораблей Факелов есть скорость и ускорение, чтобы совершить путешествие с Марса на Землю туда и обратно за неделю.

Среднее расстояние между Землей и Марсом составляет 1,5 а.е., или 224 396 806 000 метров. Половина недели — это 3,5 дня или 302 400 секунд. Каждый отрезок пути наполовину тратится на ускорение и наполовину на замедление, поэтому мы можем рассчитать, насколько быстро нам нужно разогнаться, чтобы пройти половину пути за половину времени. Таким образом, наше уравнение для расчета необходимого ускорения:

112 198 403 000 м = 0,5 (а) (151 200 с) ^ 2

112 198 403 000 м = а * 11 430 720 000 с^2

9,8 м/с^2 = а

Таким образом, при описанных вами параметрах полета вам вообще не нужно беспокоиться о перегрузках - требуемое ускорение составляет всего 1G, поэтому ваш экипаж будет чувствовать себя так, как будто они находятся в условиях нормальной земной гравитации. 3G с устойчивым ускорением, выполнимым с помощью ускоренных кушеток, сократит время в пути с 3,5 дней до чуть менее полутора дней.

Я знаю, что это не дает прямого ответа на ваш вопрос, но это не похоже на то, что вам нужно сумасшедшее ускорение 100 + G для начала. Ограничивающим фактором нашей способности исследовать Солнечную систему является не ускорение, а дельта-V. С очень высоким или неограниченным дельта-V (т. е. очень высокой скоростью выхлопа от вашей технологии привода, довольно простой технологической рукой), позволяющей вам бесконечно ускоряться, ускорения в несколько G более чем достаточно, чтобы добраться туда, куда вам нужно. скорость сюжета.

Редактировать: вопрос был изменен после того, как это было написано, чтобы теперь говорить Земля -> Марс -> Церера «туда и обратно» (по-видимому, обратно на Землю после) за одну неделю, а не просто с Земли на Марс и обратно. Это не сильно меняет ответ, а только усложняет математику — ускорение 3G завершит поездку за пять с половиной дней.

Постоянное ускорение позволяет быстро добраться до нужного места, а каждое четырехкратное увеличение расстояния только удваивает время в пути. С ускорением 3G и неограниченным дельта-V полет от Земли до Плутона занимает менее одной недели .

В этом ответе намеренно проигнорирован параметр, указанный в вопросе о том, что эти корабли имеют «максимальную скорость» 0,001c, потому что при 100G корабль достигнет своей «максимальной скорости» за пять минут, и даже при сравнительно спокойном 1G это займет всего восемь с половиной часов. Если мы преднамеренно отключим двигатели при достижении половины максимальной скорости на каждом участке пути, 100G-кораблю потребуется более восьми с половиной дней, чтобы добраться от Земли до Марса, а затем еще восемь с половиной дней, чтобы вернуться, поэтому это не соответствует требованию одной недели. Корабль 1G совершит такое же путешествие примерно за девять дней в любом направлении, разница даже меньше, чем при игнорировании предела дельта-V.

Разница между однозначным ускорением G и ускорением 100+G становится значимой только для межзвездных расстояний и дельта-V с высокой долей c. Ни для чего в пределах Солнечной системы просто нет необходимости в таком высоком ускорении.

Вы не можете

Анон уже ответил на это в какой-то степени, но это хуже, чем они заявили, в основном из-за стрессов, связанных с вашим описанием. Проблема заключается не только в скоплении крови — пострадают настоящие ткани.

100 Gs — это приблизительное ускорение, которое испытывает ваш мозг, когда вы на скорости 40 км/ч врезаетесь головой в стену. Кратковременно это может вызвать сотрясение мозга и определенно нанесет ущерб. Постоянная сила в 100G , приложенная к немодифицированному мозгу внутри черепа, независимо от того, укреплен ли череп, чтобы выдержать давление, раздавит его в сальсу. На самом деле, хотя я не знаю внешних границ, я сильно подозреваю, что никакой биологический мозг, как мы его понимаем в настоящее время, не может выдержать 100G в течение любого разумного промежутка времени.

Но дело не только в мозге — ваши глаза тоже будут раздавлены. Как и буквально все ваши внутренности, особенно сверхчувствительные фабрики гамет — яички и яичники. К тому времени, когда вы уберете/усилите все это (даже несмотря на ограничение мозга), то, о чем вы говорите, уже не будет в какой-то степени напоминать человека.

И даже этого было бы недостаточно. Имейте в виду, что в таких случаях, как автомобильная авария, человек испытывает перегрузку в 100G. Даже если предположить, что кушетка для разгона с очень хорошей подкладкой, устойчивая сила в 100G сломает кости. 300-1000G начнут разрушать опоры конструкций, поэтому трудно представить, чтобы какое- либо биологическое вещество не превратилось в прекрасный мармелад.

Лучший ответ Кетгута - такие ускорения не нужны .

Машинисты выигрывают — просто преобразуйте мозги в цифру и загрузите в твердотельное оборудование. В качестве бонуса компьютерному мозгу может потребоваться гораздо меньше приспособлений, чем биологическому мозгу и его вспомогательным системам (т. е. их телам), что резко снижает как сложность, так и массу вашего корабля-факела. Кроме того, с ростом распространенности и возможностей ИИ следующая фаза эволюции человека должна быть в состоянии конкурировать с огромной вычислительной мощностью, которую может себе позволить компьютерное оборудование, так что это разумное направление для движения даже в целом.

Анамисты могли пойти по тому же пути и превратить человеческое тело в разумный аморфный гель, состоящий из сложно взаимосвязанных микроструктур. Уберите важность целостности макроструктуры (и, предположительно, сделайте эти микроструктуры гораздо более устойчивыми к высоким продолжительным силам, что намного более управляемо), и вашу проблему живучести решить будет намного проще.

Единственным полуправдоподобным способом выживания людей при высоких ускорениях (и это относится к вылету из двигателя массы или нахождению на борту корабля-факела) было бы погружение человека в несжимаемую жидкую среду, которая заполняет все открытые пространства. и полости в теле. Подвешивание в насыщенной кислородом жидкости, подобной этой, позволило бы человеку пережить высокие ускорения, поскольку вся структура тела будет поддерживаться, и не будет пустот или пустых мест, которые силы ускорения могли бы использовать в качестве слабых мест в структуре человеческого тела.

По понятным причинам нельзя было просто засунуть человека, погруженного в жидкость, в бутылку, а затем нажать на дроссели космического корабля. Жидкость должна постоянно контролироваться и должным образом насыщаться кислородом, а любые отходы должны удаляться и отфильтровываться, поэтому в камере должны быть очень сложные насосы высокого давления и фитинги для работы в условиях высокой «G».

Это может показаться правдой, учитывая условия ОП, независимо от того, является ли человек внутри контейнера генетически модифицированным, киборгом или даже обычным человеком. Только полностью реализованная загрузка, живущая в твердотельной виртуальной реальности, оптимизированная для работы в условиях высоких перегрузок, скорее всего, не потребует дополнительных систем жизнеобеспечения.

Однако даже полное погружение в жидкость имеет пределы :

Погружение в жидкость позволяет уменьшить физическую нагрузку перегрузок. Силы, действующие на жидкости, распределяются как всенаправленные давления. Поскольку жидкости практически невозможно сжать, они не меняют плотность при больших ускорениях, например, при маневрах в воздухе или космических путешествиях. Человек, погруженный в жидкость той же плотности, что и ткань, испытывает силы ускорения, распределенные по всему телу, а не приложенные к одной точке, например к сиденью или ремням безопасности. Этот принцип используется в новом типе перегрузочного костюма, называемого перегрузочным костюмом Libelle, который позволяет пилотам самолетов оставаться в сознании и функционировать при ускорении более 10 G, окружая их водой в жестком костюме.

Защита от ускорения путем погружения в жидкость ограничена разной плотностью тканей тела и иммерсионной жидкости, что ограничивает полезность этого метода примерно от 15 до 20 G. [55] Расширение защиты от ускорения свыше 20 G требует заполнения легких жидкостью с плотностью, близкой к воде. Космонавт, полностью погруженный в жидкость, с жидкостью во всех полостях тела, не почувствует большого эффекта от экстремальных перегрузок, потому что силы на жидкость распределяются одинаково и во всех направлениях одновременно. Однако эффекты будут ощущаться из-за различий в плотности между различными тканями тела, поэтому верхний предел ускорения все же существует.

Жидкостное дыхание для защиты от ускорения никогда не может быть практичным из-за сложности поиска подходящей дыхательной среды с плотностью, близкой к плотности воды, которая совместима с тканью легких. Перфторуглеродные жидкости в два раза плотнее воды, поэтому они не подходят для этого применения.[2]

Пока мы ограничены органическим мозгом, кажется, что верхний предел ускорения будет @ 20 g.

Enter - Скромный дятел

Дятел из семейства Picidae — один из немногих сложных организмов, которые превосходят требования этого вопроса по всем параметрам, обладая способностью оставаться в сознании, находясь под перегрузкой до 1200 G , да, как в двенадцати последующих двумя нулями. Это впечатляет и все такое, но как он может оставаться в сознании при количестве, в 25 раз превышающем количество, необходимое для убийства человека ?

1. Череп дятла бывает толстым и губчатым и сосредоточен вокруг задней части и лба.
2. Подъязычные кости во много раз крупнее и обхватывают череп, образуя единую пращевидную кость, которая удерживает череп на месте.
3. Мозгу меньше места, где он мог бы вращаться, и мозг прилегает к черепу.

Эти модификации человека могут позволить гонщикам этих кораблей-факелов работать с заданными параметрами.

Это не работает

Если не разрешить изменить физиологию мозга, то это невозможно.

Что заставляет людей падать в обморок при высоких перегрузках?

- Кровоток задерживается в ногах и нижних конечностях, вызывая кислородное голодание мозга. Или, наоборот, тот же эффект возникает, когда слишком много крови поступает в мозг и скапливается, что при достаточно высоких значениях G может вызвать аневризмы.

Чтобы решить эту проблему , вам необходимо укрепить круговую систему, чтобы противостоять давлению и поддерживать циркуляцию. Поскольку вы не можете изменить физиологию мозга, произойдет следующее: у вас будет скопление крови и, в конечном итоге, разрыв в задней части областей мозга, обращенных к силе.

Лично вы могли бы оправдать использование нано- или микромашин для усиления структуры кровообращения мозга как минимально инвазивное и легко обратимое изменение физиологии мозга. Хотя при перегрузке 100G без каких-либо структурных улучшений он прижимается к черепу, сравнимому с ударом о землю после падения с Эмпайр Стейт Билдинг. Понятия не имею, как нервы могут справиться с этим, обычно это кровь в мозгу, которая наносит наибольший ущерб.

Для смеха: я подумал об использовании достаточно сильного магнита для управления молекулами воды. Но точность, необходимая для выполнения этой работы, сама по себе была бы безумной, не говоря уже о том, что частицы железа были бы удалены из крови, что снова вызвало бы кислородное голодание, если не разрушение клеток.

Помимо проблемы с мозгом, микромашины можно использовать для укрепления системы кровообращения, а также других костей и органов, чтобы они не взрывались и не разрушались сверх безопасных допусков.

Я согласен с тем, что 1G идеально подходит не только для путешествий по Солнечной системе, но и может приблизить вас к скорости света за год. Иммерсионное решение интересное, и оно будет действовать как перегрузочный костюм боевого пилота, но я не вижу, чтобы оно позволяло преодолевать силы разрушения костей, подобные крушению при 100 g. Кроме того, это было бы эквивалентно нахождению под водой на тысячу футов.

Я думаю, что магнитное поле анонимного плаката предназначено не только для «хихиканья». Это должен быть практичный подход для кратковременных высоких G. Он использует тот факт, что многие атомы слабо отталкиваются магнитным полем (диамагнитным).

Вода и углерод отталкиваются, составляя значительную часть всех форм жизни на основе углерода. Лягушка левитировала с сильным магнитным полем, которое соответствовало только 1 Гс:

https://www.youtube.com/watch?v=A1vyB-O5i6E

Теперь анон также упомянул, что частицы железа удаляются из тела. В основном они находятся в гемоглобине крови. Как долго он может выдерживать 10G? Я не знаю. Возможно, 100 G не будут слишком проблематичными для периода времени, необходимого для набора скорости. В описании указано, что максимальная скорость составляет 0,001 c. Как упоминал CatGut, при 100G для набора скорости потребуется всего 5 минут. Такое ускорение было бы хорошо для того, чтобы убежать от чего-то.

Другой момент для размышления. Автомобили и самолеты имеют ограничение максимальной скорости. Почему вы хотите сказать, что есть ограничение максимальной скорости? Космические корабли в соответствии с ньютоновской механикой будут ограничены тем, сколько энергии у них есть, и сколько массы они могут отбросить за собой (в зависимости от вашего определения корабля-факела). Вы всегда можете двигаться быстрее, выполняя гравитационную помощь вокруг планеты.

Сильное магнитное поле под членом экипажа столкнулось бы с законом обратных квадратов, где удвоение заданного расстояния от источника привело бы к одной четверти силы. Члены экипажа должны были находиться внутри какой-то магнитной катушки. Космический корабль, разгоняющийся до 100 G, может быть компенсирован магнитной силой 99 G, что дает членам экипажа комфортную гравитацию в 1 G, подобную ускорению.

Предполагая, что у вас есть научно-фантастический сеттинг, в котором у вас смехотворно высокие ускорения, наиболее очевидным решением будет оцифровка пассажиров и экипажа.

Однако, если вы должны ускорить человеческое тело, но разрешить модификации, то решением этой проблемы является разновидность погружения в жидкость, когда тело погружается, а порты помещаются в другие герметичные стенки или стенки полости тела с низкой скоростью переноса жидкости, чтобы позволить быстрое выравнивание давления. Иммерсионная жидкость должна иметь плотность, максимально близкую к средней плотности мягких тканей или чуть больше. Мягкие ткани с более низкой плотностью можно было бы искусственно сделать более плотными, добавив массу с наноскопическим уровнем детализации, чтобы распределить ее как можно более равномерно.

Там, где у нас есть значительно более плотные твердые ткани, такие как кость, они должны быть переплетены и частично заменены прочным легким веществом, таким как углеродное волокно, на микроскопическом уровне. В кости будут встроены многочисленные гнезда, а порты размещены в коже, чтобы при ускорении кости можно было механически прикрепить к внешней конструкции, чтобы предотвратить дифференциальное движение внутри тела.

Чтобы еще больше выровнять разницу плотностей между жидкостями тела и твердыми структурами, значительное количество кислорода-16 в воде в организме можно заменить кислородом-18, а при необходимости водород можно заменить дейтерием.

С укрепленными и закрепленными костями и максимально выровненной плотностью существует вероятность того, что люди смогут выдерживать очень высокие ускорения в иммерсионных резервуарах с жидкостью, потенциально порядка сотен g.

Кровь должна быть искусственно насыщена кислородом, а питательные вещества должны подаваться внутривенно, а мозг должен быть подключен к установке виртуальной реальности с прямой нейронной связью, чтобы предотвратить блокировку психологической травмы внутри ускорительного резервуара, а также для управления кораблем. поскольку закрепление и иммобилизация всех костей предотвратит ручное управление.

Модификации тела, такие как пирсинг или хирургические имплантаты, такие как замена суставов, желудочные бандажи и кардиостимуляторы, должны быть удалены или закреплены вместе с костями субъекта - представьте себе последствия приложения ускорения 500 g + к незакрепленной серьге с разницей масс в несколько граммов - a В таких условиях золотая серьга весом 5 г может фактически весить не менее 2,3 кг и нанести значительный ущерб.

Человеческое желе:

По сути, вам нужно сделать человеческое тело более плотным и однородным, сделать его менее современным мешком с грязной водой и твердыми структурными элементами и сделать его более твердым, густым желе, который менее сжимаем и содержит меньше полостей. Это изменение человеческой стороны, вы затем помещаете этого нового и улучшенного человека в высоковязкий, чрезвычайно плотный воздушный шар с жидкостью. Жидкость должна соответствовать новому корпусу по жесткости, но при этом иметь плотность, достаточно низкую, чтобы обеспечить плавучесть, это даст вам максимально возможную защиту от перегрузок. Я не знаю, как далеко вы могли бы зайти с такой системой, в наши дни мы ограничены плотностью и вязкостью, близкими к воде, и можем обеспечить около 20G защиты нагрузки .предлагает аналогичную систему, которая, насколько я помню, использует лишь слегка повышенную вязкость и плотность и большое давление и защищает от ускорения до нескольких сотен g во время боев, управляемых компьютером.

Наша хрупкость — очевидная проблема.

Мы полностью зависим от переноса жидкости, и наши тела, вероятно, подверглись бы центробежному разделению воды и масла на клеточном уровне! Мы должны были бы полностью исправить нашу мягкость и должным образом укрепить себя. Это, скорее всего, лишает возможности оставаться в сознании. Судьбоносным вариантом было бы изучение мгновенной мгновенной заморозки (акцент на «мгновенной») — усовершенствованной формы криогенеза, которая, вероятно, сама по себе несет в себе некоторые риски.