Утяжеленная одежда в условиях низкой гравитации

Я помню, как давным-давно читал интервью с одним астронавтом, где его спросили, каково это — перемещать объекты в условиях микрогравитации в космосе.

Астронавт сказал, что объекты, даже большие, не были тяжелыми, но казались массивными.

Чтобы получить ощущение, похожее на то, что вы, возможно, испытали на Земле, я думаю, вы можете вспомнить, каково это — толкать или тянуть плавучую лодку. Вы не чувствуете его вес, но вы чувствуете его массу.

Если в космосе вы носите взвешенную одежду, вы увеличиваете свою инерцию: в среде с низкой гравитацией, такой как поверхность Луны, вы могли бы иметь в шесть раз больше массы, чем на Земле, и двигаться с таким же усилием, например. Это уравновесило бы уменьшенное гравитационное притяжение. В условиях микрогравитации это не сработает, потому что сколько бы вы ни увеличивали свою массу, вы все равно умножаете ее на 0.

Тем не менее, это ничего не сделало бы с физиологическими эффектами гравитации и ее отсутствием, что является основной причиной беспокойства о наличии гравитации в космосе.

Это зависит от того, какие аспекты земной гравитации вы пытаетесь смоделировать. Здесь есть два разных процесса: фактическое движение и энергия, которую космонавт тратит на движение (и вся связанная с этим физиология).

(Обратите внимание, что для простоты я предполагаю среду с низкой гравитацией и пригодной для дыхания атмосферой, поэтому астронавту не нужно носить скафандр.)

Для движения лишний вес не сильно поможет, если вообще поможет. Проблема в том, что все массы падают с одинаковой скоростью в заданном гравитационном поле, поэтому, если вы находитесь в лунной гравитации, вам все равно придется использовать ту же скачущую походку, которую вы видели в видеороликах астронавтов Аполлона. Их костюмы весили 180 фунтов/81 кг, что примерно равнялось их собственному весу.

Я сомневаюсь, что это сильно поможет, если вообще поможет, с тягой. В отличие от примеров с прижимной силой гоночного автомобиля, добавление массы для увеличения тяги также увеличивает массу, необходимую для ускорения, сводя на нет преимущества. (Только мое мнение: если кто-то может показать обратное, я передумаю :-))

Где это собирается помочь, так это в физиологии. Ношение этого лишнего веса означает, что ваш космонавт получает больше упражнений и больше сил воздействует на кости и т. Д., Таким образом избегая остеопороза, который является проблемой в долгосрочных миссиях с невесомостью (и, предположительно, с низкой гравитацией). Сравните это с путешествием в течение недели или двух: когда вы возвращаетесь домой и снимаете рюкзак, вы, как правило, подпрыгиваете во время ходьбы.

В условиях низкой гравитации резистивное оборудование лучше, чем массовое.

В среде с низкой гравитацией (например, на Луне) вы захотите оптимизировать объем, используемый оборудованием. Одна проблема с созданием чего-то более массивного заключается в том, что вы пропорционально увеличиваете его объем. Например, вам нужно примерно в 6 раз больше массы, чтобы иметь эквивалентный вес Земли, объем, который займет масса, будет в 6 раз больше объема эквивалентного веса Земли. Итак, после определенного момента вы захотите перейти к чему-то, что выдает (настраиваемую) постоянную силу, независимо от окружающей среды, против которой люди должны работать своими мышцами.

Итак, предполагая, что ваша цель состоит в том, чтобы предотвратить или свести к минимуму потерю мышечной массы и костей, тогда вам следует взять листок из книги НАСА и их режима упражнений на МКС. Они разработали специальное оборудование для упражнений, чтобы максимально предотвратить эти проблемы (хотя в условиях микрогравитации невозможно предотвратить их бесконечно). Астронавтам необходимо тренироваться по 8 часов каждый день, чтобы противодействовать этим эффектам.

Принцип, который они используют, заключается в применении резистивного устройства, которое выдает известную постоянную (калибруемую) силу, против которой работают астронавты. Некоторые примеры этого:

• Беговая дорожка COLBERT : использует набор эластичных ремней и пружин, чтобы подтянуть космонавта к беговой дорожке.
• ARED ( ссылка № 2 ): обеспечивает силовую тренировку по поднятию тяжестей, имитирующую использование свободных весов на Земле. Он использует вакуумные цилиндры для создания этой симулированной силы.
• MARES ( ссылка № 2 ): используется для контролируемого измерения и количественной оценки уровня потери мышечной массы у космонавтов.

У Smarter Every Day есть отличное видео на эту тему.

На земле люди уже иногда носят утяжелители при занятиях спортом. Это было бы абсолютно возможно сделать в условиях более низкой гравитации. Но это не было бы эквивалентно просто жизни на земле, и я предполагаю, что люди не стали бы этим заниматься, разве что в качестве подготовки к путешествию к телу с более высокой гравитацией.

Л. Датч уже объяснил главную причину, по которой это будет сильно отличаться от жизни на земле. Если бы вы были на Луне, но по всему вашему телу были бы распределены вольфрамовые грузы, чтобы дать вам земной вес, тогда ваша масса была бы в шесть раз больше, что было бы очень заметно. Как только вы тронетесь с места, остановиться будет в шесть раз труднее. Пока вы не привыкнете к этому, вы, вероятно, будете делать такие вещи, как разбивать свой бургер о лицо из-за импульса веса запястья на вашей руке.

Вы всегда можете пойти на компромисс с массой больше, чем ваша земная масса, но меньше, чем ваш земной вес, или вы можете просто научиться справляться с лишней массой. Но я ожидаю, что люди не будут этого делать, потому что гораздо приятнее ходить без обременений. Представьте, что вы росли здесь, на Земле, но вынуждены носить тяжелые веса всю свою жизнь на тот случай, если вы когда-нибудь захотите отправиться в наши колонии воздушных шаров в атмосфере Юпитера.

Также возникает вопрос, насколько хорошо это на самом деле будет имитировать физиологию жизни в более сильном гравитационном поле, и ответ заключается в том, что мы действительно не узнаем, пока у нас не будет базы на Луне какое-то время. Было много неожиданных побочных эффектов микрогравитации, и они еще многого не знают о том, как с ними бороться. Кажется очевидным, что ношение тяжестей укрепит ваши скелетные мышцы и, возможно, ваши кости, связки и сухожилия. Но сердцу по-прежнему не нужно было бы работать так, как слышно, чтобы перекачивать кровь из ваших ног, и разница давлений между головой и ногами все равно была бы меньше. Мы знаем, что это имеет значение в невесомости, и, следовательно, это может также иметь значение, по крайней мере, в 1/6 g.

Предполагая, что смысл груза в том, чтобы убедиться, что владелец избегает атрофии мышц, связанной с длительным космическим полетом...

Лучшим решением, вероятно, является не тяжелая ткань, а скорее покрытие тела, которое сопротивляется движению всех суставов пользователя.

Вот некоторые возможные варианты...

1. Соответствующий костюм (например, гидрокостюм), изготовленный из материала, который обычно сопротивляется любому движению. Это, пожалуй, самый простой и удобный вариант для владельца.
2. Установка скоб в ключевых точках (колено, локоть, плечи, бедра, лодыжки и т. д.), которые препятствуют движению. Этот вариант может не тренировать все необходимые мышцы и может потребовать от владельца надевать много вещей каждый день.
3. Продвинув вариант 2 немного дальше, создав полный костюм (например, доспехи или космический костюм) с сопротивлением во всех точках движения. Если персонажам в любом случае понадобятся скафандры или доспехи, то это хороший вариант.

когда речь идет только о средах с низкой гравитацией. некоторые аспекты, такие как износ мышц и потеря плотности костей, должны быть замедлены или остановлены более тяжелой одеждой в условиях низкой гравитации. другие, такие как проблемы с кровообращением или скоплением жидкости, могут отсутствовать.

если честно, многое еще предстоит исследовать. мы не знаем, например, какая минимальная сила тяжести необходима для решения всех этих проблем.

Помогло бы с бегом.

Рассмотрим гоночные автомобили Формулы-1.

http://formula1-dictionary.net/downforce.html

Чтобы быть быстрее, вам нужна сила, но есть предел тому, сколько энергии вы можете поставить на землю. Чтобы увеличить этот предел, необходимо приложить к колесам усилие на землю. Увеличение веса может сделать это, но вес ухудшает управляемость и требует большей мощности. Итак, нам нужен некоторый виртуальный вес, мы называем его прижимной силой и получаем его от обтекания автомобиля воздушным потоком. Крыло может заставить самолет летать, но если мы перевернём его вверх ногами, оно может заставить машину НЕ летать.

У этих автомобилей есть крылья, которые прижимают их к земле, чтобы они могли улучшить трение с землей и использовать это для движения вперед.

Обычно люди бегают недостаточно быстро, чтобы их толкали вниз крыльями. Вы можете использовать весы. Буквально вчера я говорил о беге под водой. Трудно получить тягу, потому что подводные люди, построенные как я, весят не больше или меньше из-за плавучести. Отталкивание от дна, как правило, оставляет вас на полпути, и вам не на что отталкиваться.

Если я нагружаюсь грузовыми ремнями, чтобы компенсировать свою плавучесть, то я могу бегать по дну, и основным препятствием для движения вперед становится сопротивление воды.

В условиях микрогравитации вы могли бы нагружаться поясами с отягощениями или утяжеленной одеждой (надеюсь, на вас надеты утяжеленные штаны...), чтобы компенсировать свой крошечный вес, точно так же, как я надеваю пояса с отягощениями в бассейне, чтобы компенсировать свой крошечный вес. У вас все еще будет инерция с этими весами, поэтому заранее планируйте остановку. Их легко сделать и они не требуют никаких технологий, но, как и в случае с гоночными автомобилями, утяжеленные штаны ухудшают управляемость и требуют большей мощности.

Лучше бы фанаты! Если вы находитесь в условиях микрогравитации, но в атмосфере, вы можете направить вентиляторы на вашей подвеске вверх и толкнуть их вниз против атмосферы: вентиляторы с прижимной силой, как у автомобилей есть крылья с прижимной силой. Вентилятор, направленный вниз под углом 45 градусов, даст вам прижимную силу, а также прямой вектор, так что вы сможете кататься на роликах по всей длине космической станции на большой скорости. Вентиляторы могут переворачиваться вперед и действовать как тормоза, когда вам нужно остановиться. Лучшие болельщики могут вращаться и указывать вниз, что позволяет вам прыгать на огромные расстояния и каждый раз забрасывать мяч.