الفضاء

رحلة الفضاء: كيف يعمل انعدام الوزن؟

لقد رأينا في كثير من الأحيان صور لرواد الفضاء ،العائمة ، على سبيل المثال ، داخل محطة الفضاء الدولية. ماذا يمكنني أن أقول - فيلم "الجاذبية" ليس مجرد "أوسكار" تلقى. يمكن العثور على دليل على وجود أماكن تغيب فيها الجاذبية على هذا النحو في كل مكان. ولكن على الرغم من أن انعدام الوزن يبدو مضحكا ، وربما لم يرفض كل منا الفرصة لتجربته لأنفسنا ، فإن جسم الإنسان لا يعامله جيدًا. الرأس يطن و تقلص عضلات الساق. على المدى الطويل ، تضعف العضلات وتصبح العظام هشة. هذه الآثار يمكن أن تسبب أضرارا جسيمة لجسمك ، وخاصة إذا كنت في رحلة طويلة إلى المريخ.

في هذه المقالة سوف نأخذك على متن الطائرةمحطة الفضاء الدولية وإخبارك بما تفعله انعدام الوزن في جسمك ، والتغييرات التي يمكن أن تحدث ، وما يجب القيام به لمنع أو عكس هذه الآثار الجانبية.

تلبية الجاذبية الصغرى

تخيل أنك ترتدي بدلة فضاء واستلق على ظهرك في سطح رحلة المركبة الفضائية. تستلقي على ظهرك لعدة ساعات بينما يستعد الطيارون ومركز التحكم في الطيران للإطلاق. عادة ، عندما تقف مستقيمة ، فإن الجاذبية تسحب الدم لأسفل ، بحيث تتجمع بركه بالكامل عند قدميك. ومع ذلك ، نظرًا لأنك مستلقٍ على ظهرك ، يتم توزيع الدم بطرق مختلفة في جسمك ، بما في ذلك التراكم في رأسك ، لأن ساقيك مرفوعتان. رأسي ثقيل بعض الشيء ، كما لو كنت قد استيقظت للتو.

محركات الصواريخ تشتعل وتشعرالتسارع. يتم دفعك إلى الكرسي عند خلع الجهاز. تزيد الجاذبية مع زيادة سرعة السفينة ثلاث مرات (في بعض الوقايات الدوارة ، يمكنك تجربة هذا المستوى من التسارع). ضغط صدرك ، يصبح التنفس صعبًا بعض الشيء. بعد ثماني دقائق ونصف تجد نفسك في الفضاء وتبدأ في تجربة شعور مختلف تمامًا: انعدام الوزن.

المصطلح الصحيح لانعدام الوزن هوالجاذبية الصغرى. أنت لست انعدام الوزن ، لأن الجاذبية الأرضية تبقيك والطائرة في المدار. أنت في حالة من السقوط الحر ، كما لو كنت قفزت للتو من طائرة ، إلا أنك تسقط أفقيا ولا تسقط. لنفترض أنك تقف على مقياس ، وأنها تظهر وزنك ، حيث الجاذبية يسحب كل من أنت والمقاييس. نظرًا لأن المقاييس موجودة على الأرض ، فإنها تتصدى للأعلى بقوة متساوية - وهذه القوة هي وزنك. ولكن إذا قفزت من جرف ، واقفت على مقياس ، فسوف تجذبك أنت والمقاييس بالجاذبية. لن تضغط على الموازين ، ولن تمارس ضغطًا عليك. وزنك سيكون صفر. هذا هو قانون نيوتن.

منذ المركبة الفضائية وجميع الكائنات في ذلكالسقوط بسرعة واحدة - كل شيء غير ثابت يطفو. إذا كان لديك شعر طويل ، فسوف يطفو حول وجهك. إذا سكبت الماء من كوب ، فسوف يتجمع في قطرة كروية كبيرة ، يمكن تقسيمها إلى قطرات أصغر. سوف تسبح الزلابية والحلويات نفسها في فمك إذا دفعتها على طول المسار المرغوب. عند جلوسك على كرسي ، لن تعرف أنك جالس ، لأن جسمك لن يضغط على الكرسي. إذا كنت لا تمسك ، فسوف تطفو بعيدا. علاوة على ذلك ، إذا كنت لا تمسك بالحائط أو الأرض بيدك أو قدمك ، فلن تكون قادرًا على التزحزح - لا يوجد شيء يمكنك الابتعاد عنه. لهذا السبب ، في أي مركبة فضائية هناك دائما العديد من الدرابزين للأذرع والساقين.

ما هو طعم الجاذبية الصغرى؟

عندما تجد نفسك في حالة انعدام الوزن لأول مرة ، ستشعر بما يلي:

- غثيان

- الارتباك ؛

- صداع

- فقدان الشهية ؛

- الإمساك ؛

- شيء آخر ...

كلما بقيت في الظروفالجاذبية الصغرى ، أضعف عضلاتك وعظامك. ستحدث هذه الأحاسيس عن تغييرات مختلفة في أنظمة جسمك. دعونا نلقي نظرة فاحصة على كيفية تفاعل الجسم مع انعدام الوزن.

مرض كوني

الغثيان والارتباك الذي الأذواق مثلمص الشعور في المعدة عندما "تطير" السيارة أسفل المسار أو تنقلك على الرصيف. فقط على متن السفينة سوف يستمر هذا الشعور لعدة أيام. هذا الشعور بالمرض الكوني ، وضعف الحركة ، عندما يتلقى دماغك معلومات متضاربة من الأعضاء الدهليزي الموجودة في أذنك الداخلية. ترى عينيك أين تتجه للأعلى وللأسفل في السفينة ، لكن نظام الدهليز لديك يعتمد على الجاذبية ، ويحدد الاتجاهات التي لا تعمل في حالة انعدام الوزن. لذلك ، يمكن لعينيك أن تخبر الدماغ أنك تتحرك من أعلى إلى أسفل ، لكن عقلك لن يفهم. هذا يسبب الارتباك والغثيان ، مما قد يؤدي إلى فقدان الشهية والقيء. لحسن الحظ ، بعد بضعة أيام ، يتكيف الدماغ ويبدأ في الاستجابة للإشارات البصرية فقط. أقراص تساعد أيضا.

وجه منتفخ وأرجل الدجاج

تحت الجاذبية الصغرى ، وجهك سوفمنتفخ ، والجيوب الأنفية - طاقتها ، والتي سوف تسبب الصداع وضعف الحركة. على الأرض ، يمكن الشعور بذلك إذا وقفت رأسًا على عقب - يندفع الدم إلى رأسك.

على الأرض ، الجاذبية ترسم دمك ،نتيجة لذلك ، تتراكم أحجامها الكبيرة في عروق الساقين. بمجرد أن تجد نفسك في الجاذبية الصغرى ، سينتقل الدم من ساقيك إلى صدرك ورأسك. الوجه منتفخ ، والساقان ، على العكس من ذلك ، سينخفضان في الحجم.

عندما يمر الدم إلى الصدر ، والقلبيزيد في الحجم ويضخ المزيد من الدم مع كل نبضة. تستجيب الكلى لهذا التدفق الدموي المتزايد من خلال إنتاج المزيد من البول ، كما لو كنت قد شربت كوبًا كبيرًا من الماء. بالإضافة إلى ذلك ، فإن زيادة تدفق الدم تقلل من مستوى إفراز الغدة النخامية للهرمون المضاد لإدرار البول (ADH) ، مما يقلل من العطش. لن ترغب في شرب كمية كبيرة من الماء على الأرض. معًا ، سيساعد هذان العاملان صدرك ورأسك على التخلص من السوائل الزائدة في غضون بضعة أيام ، وسيصبح تدفق سوائل الجسم طبيعيًا (للظروف الكونية). عند العودة إلى الأرض ، سوف تشرب أكثر وتشعر بالتعب ، لكنها سوف تمر.

فقر الدم الكوني

كما الكلى إزالة الزائدةالسائل ، كما أنها تقلل من إفراز الإريثروبويتين - وهو الهرمون الذي يحفز إنتاج خلايا الدم الحمراء بواسطة خلايا نخاع العظام. ويصاحب الانخفاض في إنتاج خلايا الدم الحمراء انخفاض في حجم البلازما ، وبالتالي فإن الهيماتوكريت (النسبة المئوية لحجم الدم الذي تحتله أجسام الدم الحمراء) هي نفسها على الأرض. عند العودة إلى الأرض ، سيزداد مستوى الإريثروبويتين ، وكذلك عدد خلايا الدم الحمراء.

ضعف العضلات

عندما تكون في الجاذبية الصغرى ،يفترض جسمك وضع "الجنين": تنحني قليلاً ، وتفترض ذراعيك وساقيك أيضًا حالة شبه منحنية. في هذا الموقف ، لا تستخدم العديد من العضلات ، وخاصة تلك التي تساعدك في الحفاظ على وضعك (عضلات مضادة للجاذبية). أثناء بقائك على متن محطة الفضاء الدولية ، تتغير عضلاتك. يتناقص وزنهم ، مما يؤدي إلى "أرجل الدجاج". لم يعد جسمك بحاجة إلى عضلات تتقلص ببطء ، كتلك المستخدمة في وضع الوقوف. هناك حاجة إلى ألياف سريعة القطع للتنقل بشكل أسرع حول المحطة. كلما بقيت في محطة الفضاء الدولية ، كلما قلت كتلة العضلات. إن فقدان كتلة العضلات يضعفك ، وهذا ، بالمناسبة ، مشكلة خطيرة للرحلات الطويلة ، خاصة بعد العودة إلى الأرض.

هشاشة العظام

على الأرض ، تدعم عظامك وزن الجسم. حجم ووزن العظام متوازنان بعناية. تحت الجاذبية الصغرى ، لم تعد عظامك بحاجة إلى دعم جسمك ، لذا فإن جميع عظامك ، خاصة تلك التي تحمل ، حول الوركين والفخذين وأسفل الظهر ، تستخدم أقل من الأرض. يتم تقليل حجم ووزن العظام في انعدام الوزن بنحو 1 ٪ شهريا. نتيجة لذلك ، قد ينهار ببساطة عند العودة إلى الأرض. ليس من المعروف نسبة العظام التي يجب استعادتها بعد العودة إلى الأرض ، لكنها بالتأكيد لا تساوي 100. هذه المشكلة هي التي تحد من الوقت الذي تقضيه في الفضاء.

بالإضافة إلى ضعف العظام ، فإن تركيز الكالسيوم في الدم يؤدي إلى أمراض الكلى ، والتي تحتاج إلى إزالة هذه الكالسيوم الزائدة. حصى الكلى قد تتشكل.

المضادة


ما الذي يمكن القيام به لتسهيل إقامتك فيظروف الجاذبية الصغرى؟ بالنسبة للأشياء غير الحية ، يجب تخزين كل كائن في محطة أو سفينة في خزانة ، أو ربطه أو تثبيته على الحائط باستخدام شريط فيلكرو.

على سبيل المثال ، إذا كنت تأكل في الجاذبية الصفرية ،يجب أن تقف بحزم على قدميك ، ويجب أن تعلق صينية الوجبة بحزام. كما تعلمون ، يتم تخزين الطعام عادة في أنابيب وتكون كتلة شبه سائلة ، وبعض الأرز أو الصفيحة ، التي يمكن أن يتم إخراجها بسهولة من الأنبوب ، ولن تطفو بعيدًا. المعدات المحمولة ، مثل الكمبيوتر المحمول ، مرتبطة بك أو بجدار السفينة.

دعونا نتذكر أنه على متن المحطة الفضائية الدولية جسمنافي الأساس يخضع لثلاثة تغييرات: فقدان السوائل ، وفقدان الأنسجة العضلية وفقدان كتلة العظام. ما الذي يجب عمله لتقليل هذه الخسائر؟

فقدان السوائل

واحدة من التدابير المضادة لفقدان السوائل هوجهاز يسمى "الضغط السلبي في الجزء السفلي من الجسم" (NBT) الذي يعمل مثل مكنسة كهربائية لخفض الخصر مع الاحتفاظ السوائل في ساقيك. يمكن توصيل هذا الجهاز بالمحاكاة ، على سبيل المثال ، في حلقة مفرغة. مرة واحدة في اليوم ، يمكنك ممارسة التمارين مع ODNT لمدة 30 دقيقة ، والحفاظ على نظام القلب والأوعية الدموية في حالة قريبة من الأرض.

بالإضافة إلى ذلك ، قبل أن تعود إلى الأرض ، يمكنك أن تشربالكثير من الماء أو محلول الإلكتروليت للمساعدة في استعادة السوائل المفقودة في الجسم. هذا سوف يحذر من الإغماء بعد الخروج من المركبة الفضائية.

فقدان العضلات والعظام

اكتشفت ناسا و Roscosmos أن أفضل طريقةلتقليل فقد العضلات وكتلة العظام في الفضاء - هذا تمرين دائم. يقومون بتدريب العضلات ، ومنع تدهورها وخلق عبء على العظام ، ومحاكاة الوزن. كل يوم لمدة ساعتين على أجهزة مختلفة في الأشرطة الخاصة - ويمكنك تقليل فقدان العضلات وكتلة العظام.

ومع ذلك ، يدرك العلماء أن هناك حاجة إلى المزيدالبحث لتحديد التدابير المضادة الجودة. وكلاهما على متن المحطة الفضائية الدولية وعلى الأرض ، بمساعدة الناس والحيوانات. نتائج البحث يمكن أن تمهد الطريق لرحلات طويلة ، على سبيل المثال ، إلى المريخ.

كيفية محاكاة الجاذبية الصغرى على الأرض؟

هناك العديد من النماذج البشرية والحيوانية لنمذجة ودراسة الجاذبية الصغرى على الأرض.

إمالة الرأس

الرجل يستلقي على السرير ويميل رأسه إلى الأسفل.حوالي 5 درجات من الخط الأفقي. يستنسخ المنحدر إزاحة سوائل الجسم التي تحدث في ظروف الجاذبية. بالإضافة إلى ذلك ، لا تستخدم العظام الحاملة والعضلات ، مما يسبب ضمور.

الغوص في المجمع

وضع العنصر في حمام دافئ بالماء لفترة طويلة من الزمن. يعيد طفو الماء توزيع السوائل في الجسم ويسهل حمل العظام والعضلات ، مما يخلق ظروف الجاذبية الصغرى.

معلقة بواسطة ذيل الفئران

يتم تعليق الفئران عن طريق ذيول في أقفاص لفترات طويلة من الزمن. هذا الموقف يثير إزاحة السوائل وتوقف الأطراف الخلفية ، مما يؤدي إلى تدهور العضلات والعظام.

الجاذبية الاصطناعية

تحلق على متن طائرة تطير بهامسار مكافئ صعودا وهبوطا ، وخلق فترات 30 ثانية من الجاذبية الصغرى في كل ذروة. تستخدم ناسا هذه التقنية لتدريب رواد الفضاء ، وتوفر أيضًا فرصة للجميع لتجربة هذا الإحساس.