Мог ли когда-нибудь самолет имитировать марсианскую гравитацию перпендикулярно полу самолета?

Хорошо, поскольку соглашение, кажется, таково, что это по теме, и я пилот, я сделаю снимок. Быстрый ответ — да, потому что моделируемая гравитация создается подъемной силой самолета, а другие силы уравновешиваются.

Более длинный ответ немного сложнее: можете ли вы смоделировать марсианскую гравитацию с помощью самолета, абсолютно да. Вот как выглядит параболический профиль полета:

Самолет поднимается на крутой набор высоты, затем пилоты начинают рывок, который ускоряет самолет вниз со скоростью 9,8 мс2. На видео рвотной кометы вы увидите, как в этот момент люди отрываются от пола. Толчок продолжается до тех пор, пока самолет не начнет круто снижаться и не наберет скорость для следующей итерации. Именно переход самолета от крутого подъема к крутому спуску создает имитацию невесомости, а не пикирование по другую сторону параболы.

Силы, действующие на самолет в этой точке, выглядят следующим образом:

Восходящая сила, ощущаемая пассажирами внутри, перпендикулярна углу снижения или набора высоты (называемому углом атаки, который представляет собой угол наклона крыла при относительном ветре). Это всегда точка «вверх» по отношению к самолету, а не по отношению к направлению силы тяжести. Таким образом, чтобы иметь марсианскую гравитацию, пилоты должны будут летать по профилю, создающему постоянное нисходящее ускорение 6,1 мс2 (марсианская гравитация равна 3,7 мс2, поэтому 9,8 - 3,7 = 6,1), а не 9,8 мс2, что так же просто, как оказывать меньшее давление на клюшку вперед. Во время этой параболической дуги крылья создают подъемную силу 3,7 м2.

Вы можете подумать, что более медленное отталкивание означает больше времени в марсианской гравитации, чем в невесомости, однако это не так просто. Как пилоту, моей главной заботой было бы поддерживать безопасную скорость полета, крутой набор высоты вывел бы меня за кривую лобового сопротивления, а более медленный толчок позволил бы сбрасывать большую скорость. Возможно, мне придется увеличить скорость полета или сократить время маневра, но это можно сделать.

Вот непараболический подход:

Самолет, способный поддерживать прямой и горизонтальный полет на высоте 90 км со скоростью 22 596 км/ч или 6276 м/с, будет ощущать 37,83% земной гравитации по нормали к полу самолета, то есть гравитации Марса, пока она не иссякнет. топлива. Во время полета с двигателем он будет облетать Землю каждые 1 час 47 минут.

Для этого North American X-15 не хватало максимальной скорости примерно на 15 000 км/ч.

( источник )

Когда Разрушители мифов готовились к миссиям Аполлона, они совершили лунную гравитационную прогулку на самолете, летящем по параболе. С их точки зрения это выглядело так, будто пол самолета был ровным, и в противном случае он был бы совершенно бесполезен для их целей. (Проблема заключалась в прыжковом передвижении, которое использовали астронавты. Очевидно, у Разрушителей мифов не было настоящих космических скафандров, но у них была тяжелая и ограничивающая движения имитация скафандра, и они нашли прыжковое движение естественным и более легким, чем обычная ходьба. )

Самолеты — не единственные устройства, которые могут создавать частичную гравитацию. Также можно использовать падающую башню. Большинство из них поддерживают только траектории свободного падения, но лифт Эйнштейна Ганноверского технологического института может двигаться по траекториям с любым ускорением от 0,1 до 1G .

Помимо основной цели экспериментов в условиях микрогравитации возможны и другие эксперименты с гипогравитацией в диапазоне 0-1 g и гипергравитацией в диапазоне 1-5 g.

Для выполнения теста тестовая установка помещается в вертикально перемещаемую вакуумную камеру, называемую гондолой, которая сделана из пластика, армированного углеродным волокном... Линейный двигатель используется для ускорения этих двух компонентов через краткую фазу ускорения...

Для испытаний на гипогравитацию линейный двигатель остается прикрепленным к экспериментальной гондоле и контролирует ее кривую ускорения.

Полезная нагрузка этой башни составляет 1000 кг.

Есть несколько способов, которыми я хотел бы описать ответ на этот вопрос.

Апелляция к интуиции

Параболическая дуга самолета изменяет только кажущуюся гравитацию, которую ощущает кто-то, падающий на него, но не саму траекторию. По сути, вы чувствуете силу, которую испытали бы на самолете Martian-G, летящем в том же профиле.

Если бы вы сидели в кресле этого самолета, вы бы почувствовали, как вас вдавливают в спинку сиденья, когда самолет набирает высоту, и вжимают в ремни безопасности, когда самолет ныряет.

Чтобы смягчить эти силы, вам нужно, чтобы самолет замедлялся при наборе высоты и ускорялся при пикировании. Этот профиль ускорения/замедления будет зависеть от положения во время маневра.

Мне не совсем понятно, что это означает в отношении практичности маневра; вам нужно будет начать с высокой стороны, вероятно, чтобы минимизировать время торможения, но также нужен самолет, который мог бы тратить оставшееся время на ускорение в пикировании, не превышая V_ne.

Как меня учили в инженерной школе

Диаграмма свободного тела (которую я могу нарисовать позже) покажет, что нормальная сила, создаваемая полом самолета, обязательно будет иметь компонент, направленный «вне» параболической дуги, то есть направленную назад силу на восходящей стороне дуги. , и направленная вперед сила на нисходящей стороне дуги.

Хотя подразумеваемый ответ тот же. Самолет должен замедляться, чтобы сумма кажущихся сил была перпендикулярна полу во время набора высоты, и ускоряться, чтобы сумма кажущихся сил была перпендикулярна полу во время снижения. (... эту часть ответа, по общему признанию, можно было бы улучшить, но сейчас уже поздно.)