כבידה מלאכותית

כבידה מלאכותית היא יצירת תחושת כבידה בחלל החיצון או בנפילה חופשית. כאשר מנסים לייצר כבידה מלאכותית מנסים לחקות את התחושה של הכבידה, אך לא תמיד הכוח המשרה את התחושה הוא כוח המשיכה הגרביטציוני. כבידה מלאכותית רצויה במסעות ארוכים בחלל על מנת להקל את התנועה ולמנוע את ההשפעות הבריאותיות של חוסר משקל.

שיטות

כבידה מלאכותית ניתן ליצור במספר דרכים:

תאוצה

החללית יכולה, בתאוריה, להאיץ באופן רצוף ומתמשך בקו ישר, ובכך לאלץ עצמים בתוך הכלי להרגיש כוח בכיוון ההפוך לכיוון התאוצה. רוב הרקטות מאיצות בקצב כזה שמפיק כוח כבידה של כמה ג'י, אבל יכולים לשמור עליה רק למספר דקות עקב אספקת דלק מוגבלת. בתאוריה, מערכת הנעה עם מתקף ספציפי (Specific impulse) מאוד גבוה ויחס דחף־משקל גבוה, תוכל להאיץ ולהפיק רמות סבירות של כבידה מלאכותית לתקופה ארוכה של זמן. בנוסף, האצה קבועה תספק זמני טיסה קצרים סביב מערכת השמש. חללית המאיצה (ואז מאיטה) ב־1 ג'י תגיע למאדים ב־2–5 ימים, תלוי במרחק היחסי (בינו לבין כדור הארץ). במספר עלילות של מדע בדיוני, תאוצה משמשת ליצירת כבידה מלאכותית בחלליות בין־כוכביות, המונעות באמצעות מערכות הנעה תאורטיות או היפותטיות. בפועל, רעיון זה הוא מעבר לגבול יכולותיה של הטכנולוגיה היום ולא בר מימוש בכלים הנוכחיים.

מסה

דרך נוספת בה אפשר להשיג כבידה מלאכותית היא על ידי התקנת ליבה צפופה במיוחד בתוך החללית, כך שהיא תייצר שדה כבידה מספיק חזק שימשוך את כולם כלפי פנימה. באופן טכני, זו לא כבידה מלאכותית אלא כבידה אמיתית. כמות גדולה של מסה נדרשת על מנת להפיק כמות קטנה של משיכה מורגשת. אסטרואיד גדול יכול ליצור כמה אלפיות ג'י ובהוספת מערכת הנעה מסוג כלשהו הוא יכול להיות בסיס לחללית, אם כי הכבידה שייצר תהיה נמוכה מאוד לכל צורך מעשי. בנוסף, המסה תצטרך לנוע עם החללית, ואם על החללית להאיץ באופן ניכר, הדבר יגדיל את צריכת הדלק באופן ניכר. בגלל הסיבות האלה, שיטה זו לא יעילה ליצירת כבידה מלאכותית ודי חסרת תועלת לטיסות מאוישות במערכת השמש.

כוחות גאות

במסלול הקפה סביב כוכב לכת, ניתן להשיג כבידה מלאכותית קטנה מכוחות הגאות; על ידי שתי חלליות אחת מעל השנייה (או חללית ומסה אחרת), המקושרות ברצועה או מוט. ראו גם: tidal stabilization.

מגנטיות

מדענים יצרו אפקט דומה לגרביטציה באמצעות דיאמגנטיות. דבר זה דורש מגנטים המפיקים שדות מגנטיים כבירים. עד כה, מתקנים מסוג זה הצליחו לגרום לצפרדע קטנה לרחף (ובכך ליצור 1 ג'י שמבטל את הכבידה של כדור הארץ), אך לא יותר מזה, וגם זה דרש מערכת ששוקלת אלפי ק"ג ונמצאת במצב של מוליכות־על עם מערכת קירור והקפאה שדורשת הספק של 6 מגה וואט.
שדות מגנטיים כה חזקים הם מעל הרמה המותרת, ובטיחות השימוש בשדות כאלה על בני אדם במקרה הטוב איננה ברורה ובמקרה הרע מסוכנת. בנוסף, זה ידרוש להימנע מהנחת חומרים לא־דיאמנגטיים ליד השדות המגנטיים החזקים. עוד חסרונות של שימוש במגנטיות בחללית מתוארים כאן: http://www.madsci.org/posts/archives/2005-04/1112370655.Ph.r.html
ברם, מתקנים שמשתמשים בדיאמגנטיות יכולים להוכיח את עצמם כמעבדות מצוינות להדמיית תנאי כבידה נמוכה, כאן על פני כדור הארץ. שימו לב שהצפרדע ריחפה כנגד כבידת כדור הארץ, דבר המדמה מצב הקרוב למיקרוגרביטציה. ניתן ליצור כוחות נמוכים יותר כדי לדמות תנאים של כבידה על פני הירח או המאדים עם אורגניזמים קטנים כ"שפני ניסיון".

מחולל כבידה/גרביטומגנטיות

במדע בדיוני, כבידה מלאכותית (או ביטול כבידה) נמצאת בחללית שאיננה מסתובבת או מאיצה. נכון להיום, אין שום שיטה להפיק כבידה מלבד שימוש במסה. למרות זאת, היו הרבה טענות לשיטות חלופיות שכאלה במהלך השנים. יוג'ין פודקלטנוב, מהנדס רוסי, טען בתחילת שנות ה־90 של המאה ה־20 שהמציא מתקן המחולל גרביטציה באמצעות מוליך־על מסתובב המפיק שדה גרביטומגנטי, אך לא היה לכך שום אישוש מקבוצות מחקר אחרות ואף התקבלו תוצאות סותרות. ב־2006, קבוצת מחקר שמומנה בידי ESA טענה שייצרה מתקן דומה שהדגים תוצאות דומות ביצירת שדה גרביטומגנטי, אף על פי שהשדה שנוצר היה בעוצמה של 100 מיליוניות ג'י בלבד.

כבידה על ידי סיבוב

בסרט 2001: אודיסאה בחלל, צנטריפוגה מסתובבת בחללית "דיסקברי 1" מספקת כבידה מלאכותית. האסטרונאוטים הולכים בה בתוך המעגל; רגליהם כלפי הצד החיצוני וראשם כלפי המרכז, כאשר הרצפה והתקרה מעוקמים כלפי מעלה. נעשה שימוש בסט צילומים עגול ומסתובב לפחות במקרה אחד כדי לעשות את האפקט הזה, כאשר השחקנים תמיד בתחתית, כאשר הם הלכו הסט הסתובב כדי שהשחקנים ישארו בתחתית ולא יפלו כאשר הם הולכים במעלה הסט המסובב. בסרט גם הוצגה תחנת חלל מסתובבת.
בנובלה של לארי ניבן "עולם הטבעת" (Ringworld) הופיע בית גידול ענקי הסובב סביב כוכב, דבר שיצר כבידה מלאכותית על ידי סיבוב. ניבן גם מתייחס לכוח קוריוליס, כאשר הגיבורים רואים מה שנראה כעין ענקית מעל האופק. כאשר הם מתקרבים הם מגלים שזה בעצם הוריקן, אבל מסתובב סביב ציר המקביל לקרקע ולא בניצב לה. הוריקנים גדולים בכדור הארץ מסתובבים בדרך שהם מסתובבים בגלל אפקט קוריוליס. מספר סיפורים של "החלל הידוע" (Known Space) ו"מלחמות מאן-קזין" (Man-Kzin Wars) משתמשים גם הם בכבידה מלאכותית על ידי סיבוב, לפני אימוץ "מקטב הגרביטציה" שיוצר שדות כבידה מלאכותיים.
ביקום של גנדאם, ישנם בתי גידול חלליים הדומים לגלילי אוניל, הנקראים קולוניות. קולוניות אלה הן הבט חשוב של העלילה. הן מסתובבות כדי לייצר כבידה מלאכותית.
בסדרת האנימה "קאובוי ביבופ", הביבופ שולט באזור טבעתי שמייצר כבידה מלאכותית ולעיתים קרובות נראה בשימוש (כאשר שאר הספינה לא מסתובבת).
בספר Rendezvous with Rama והמשכיו (מאת ארתור סי. קלארק) מופיעים מבני חייזרים הדומים לבתי הגידול של אוניל, שמייצרים כבידה של 1 ג'י במחלקת הקרקע שמאפשרת חיים. העלילה משתמשת באופן ניכר בהבדלים בחוזק הכבידה המלאכותית ככל שהעצמים מתקרבים למרכז הגליל המסתובב.
בסדרת הטלוויזיה בבילון 5, ברית הארץ עושה שימוש נרחב בכבידה מלאכותית על ידי סיבוב, בתחנות החלל שלה ובמספר חלליות צבאיות גדולות, וכן בספינות טיולים אזרחיות. ספינות הטיולים יכולות לשנות את קצב הסיבוב באופן הדרגתי בעת הטיסה כדי להתאים את עצמן לכבידה בכוכב היעד, ובכך לעזור לנוסעים להתרגל לכבידה בייעד אליו הם נוסעים.
בסיפורים המבוססים על אלפא קנטאורי, משחק המחשב של סיד מייר, האיחוד מספק כבידה מלאכותית על ידי סיבוב, למרות שהמשחק מרמז לטכנולוגיות פחות שגרתיות המפותחות בהמשך.
בטרילוגיה הגאיאנית ("טיטן", "מכשף" ו"שד") של ג'ון וארלי העולם "גאיה", שהוא טורוס בקוטר 1300 ק"מ, מסתובב בקצב של סיבוב כל 61 דקות, מפיק כבידה בעוצמה של רבע ג'י.
במשחק המחשב "Halo: Combat Evolved" (מאת Bungie), הזירה העיקרית בה מתרחשת העלילה היא עולם טבעת מלאכותי שיוצר כבידה מלאכותית על ידי סיבוב שנשלט על ידי מחשב. עולם זה, הנקרא "Halo" (או "Installation 04") הוא בקוטר 10,000 ק"מ והוא בסופו של דבר נהרס בידי הכוחות ששומרים עליו בפעולה. פיצוץ גרעיני מחליש חלק של עולם הטבעת וכוחות צנטרפוגליים קורעים את הטבעת לחלקים.