Yapay yerçekimi

Yapay yerçekimi, sahte (sözde) yerçekimi olarak da bilinir, bariz yer çekiminin teoride artış veya azalışı, özellikle uzayda ayrıca da dünyada. Bu olay başka kuvvetler kullanılarak pratikte başarıya ulaşabilir, özellikle de merkezcil kuvvet ve doğrusal ivme ile. 

Yapay yerçekiminin yaradılışı uzun süreli uzay yolculuğu şeklinde veya bir alışkanlık olarak düşünülebilir, hareketliliği kolaylaştırmak için, uzayda değişken yönetim için ve uzun sürede ağırlıksızlığın ters etkilerini önlemek için.

Yapay yerçekimini üretmek için bir dizi yöntem önerildi ve hatta daha büyük sayıda gerçek ve hayali kuvvetler kullanılarak yapılan bilimkurgu yaklaşımları var.
Pratikte uzay boşluğunda uygulanan yapay yerçekimi, insanoğlu için henüz inşa edilmedi. Bunun başlıca sebebi, merkezcil kuvvet oluşturması için büyük boyutlu bir uzay aracı üretilmesi gerekliliğidir.

Yerçekiminin gereklilikleri 
Yer çekimi kuvveti dışında, bazı insanlarda ve hayvanlarda uzaya adaptasyon sorunu oluşur, genellikle birkaç gün sonra adaptasyon sağlanır, fakat uzun bir süre sonra kemik yoğunluğu azalır ve bazı azalışlar kalıcı hal alır. Henüz ay üzerinde yeterli zaman harcanmadı aya ait yerçekimi yeterli mi değil mi karar vermek için.

Dr.Alfred Smith tarafından Kaliforniya üniversitesinde sınırlı miktarda deney yapıldı, iki ayaklılar grubunda olmasından dolayı tavuklar kullanılmıştır ve fareler yüksek yerçekimi kuvveti ile uzun bir süre yüksek santrifüj etkisine maruz kalmışlardır.

Sıçanlar 2 hafta boyunca Rusya'nın biyosatolit görevleri sırasında devamlı olarak 1 g'lik bir yapay yerçekimine maruz kaldı.Bu hayvanlarda 0 g'dekilere göre daha fazla kas ve kemik kaybı bulunmuştur.Astronotlar uzay uçuşu görevleri sırasında birkaç dakikalığına 0.2 ve 1 g seviyelerindeki yapay yerçekimine maruz kalmışlardır, dönen sandalyeler ve doğrusal kazakları kullanırken. İç kulak seviyesinde g seviyesi 0.5 g'den düşük iken onlar uzaysal yönelimiyle ilgili hiçbir farklılık algılayamadılar.

Yapay yerçekiminin üretilmesi için metotlar 
Yerçekimi birçok yolla taklit edilebilir:

Rotasyon 

Rotasyon yapan bir uzay aracı gövdesinin içindeki yerçekimi algısını üretecektir. Rotasyon halindeki hiçbir madde uzay aracının gövdesine doğru gitmeyecektir, böylece görünüşte yerçekimsel çekim dışarı doğru olur. Sıklıkla değinilen merkezkaç kuvveti, aslında ‘çekim’ nesnenin uzay aracı içinde durağanlığının görünümüdür, doğrusal düzlemdeki  yolculuk bunun sebebidir. Uzay aracının gövdesi nesnenin daire içindeki yolculuğu için gerekli olan merkezcil kuvveti sağlar. Sonuç olarak, Newton’un üçüncü yasası gereğince, yerçekimi, nesnenin gövdedeki tepki gücüyle, gövdedeki merkezcil kuvvetin etkileşiminin sonucu hissedilir.

Doğal ortamıyla birlikte dönen insanların bakış açısından, eğer yapay yerçekimi şu etkileri takip ederse rotasyon durumunda bazı davranışları gerçek yerçekimiyle benzer olur:
 Merkezkaç kuvveti: Gerçek yerçekiminin aksine, bu merkeze doğru çekilir, rotasyonel referans sistemindeki bu sahte kuvvet rotasyonun ekseninden uzaklara iten dönel bir yerçekimi verir. Yapay yerçekimi rotasyonun merkezinden uzaklığında orantılı bir şekilde seviyelenir. Küçük bir yarıçap ile dönüşte, kafa üzerindeki hissedilen yerçekimi miktarıyla ayağının üzerindeki hissedilen yerçekimi miktarı çok farklıdır. Bu hareket oluşabilir ve nesnedeki değişimi kullanışsız kılabilir. Newton’un üçüncü yasasına göre, fizik dahili uyarınca, yavaş rotasyon veya yüksek rotasyon yarıçapı bu problemleri azaltabilir veya eleyebilir.
 Bu koriyolis etkisi referans noktasındaki rotasyona göre hareket eden nesnenin hareketindeki  bariz kuvveti verir. Bu bariz kuvvet devinimin doğru açısında ve rotasyon ekseninde hareket eder. Eğer bir astronot yapay yerçekimi alanında rotasyonun içindeyse rotasyon eksenine veya ondan uzağa doğru giderse, o kişi kendini devrin yönünden uzağa veya ona doğru iten bir kuvvet hisseder. Bu kuvvetler iç kulakta hareket eder ve baş dönmesine, mide bulantısına ve oryantasyon bozukluğuna sebep olur. Rotasyon periyodunun uzanımı koriyolis kuvvetini ve onun etkisini azaltır. Bu genellikle bilinen 2rpm veya daha azı zıddı olmayan koriyolis efekti oluşur, insanlar 23 rmp adaptasyon oranı kadar fazla.  Bu henüz daha bilinmiyor ama eğer koriyolis etkisindeki yüksek seviyesinde alışmışlığın olasılığı artışına çok maruz kalınır. Koriyolis kuvvetinin bu mide bulantısı teşviki etkisi ayrıca hafifletilebilir de kafadaki hareketleri kısıtlamak aracılığıyla.
Yapay yerçekiminin bu formu bize ek sistem sorunlarını verir:[kaynak belirt]
 Kinetik enerji: Gereken zamanda dönme parçaları veya tüm doğal yerleşim alanlarının gerekli olduğu enerjidir.Bu gerekli olan itme sistemi ve yukarı veya aşağı doğru itmenin veya bir motor ve bazı karşı kütle çeşitleri gereklilik gösterir ters yönde dönüş için. 
 Rotasyondan dolayı oluşan uçuştan korunmak için aşırı güçte yapı gereklidir. Ancak,nefes atmosferini önce ve tekrar tutabilmek için gerekli olan bir miktar yapı (1 atm 1 metrekarede 10 ton kuvvet) birçok yapı için nispeten ılımlıdır.
 Eğer yapının kısımları kasten dönmezse, sürtünme ve benzer olarak tork birleşimdeki dönüş oranına sebep olacak, sürtünmeden dolayı oluşan kayıpların telafi edilmesi için motor ve güç kullanılacak.
 Döndürülen durağın aykırı arayüzey parçaları arasında bir birleriyle ilgili büyük vakum sızdırmaz eksenel mühürler gerekli.

Oluşturulan uzay aracının teknik zorlukları diğer önerilen yaklaşımlara göre daha azdır..[original research?] Teorideki uzay aracı yapay yerçekimi kullanılarak dizayn edilecek. Bu yerçekimi esas problemleri ve avantajlarıyla birlikte birçok seçeneğe sahiptir.Devinim kuvvetini azaltmak yaşanabilir seviye için, 2 rpm dönüm oranı veya daha azı gereklidir. 1 g üretmek için, rotasyon yarıçapı 224 m (735 ft) vaya daha fazla olmalıdır, bu da büyük bir uzay gemisi yapar. Kütleyi azaltmak için,çap boyunca desteklenen hiçbir şey olmamalı ancak uzay aracının iki kısımı kablolarla bağlantılı, muhtemelen doğal yaşam modülü ve uzay aracının bütün diğer kısımları mukabil ağırlık içerir.Bu henüz bilinmiyor eğer kısa bir zaman diliminde yüksek yerçekimine maruz kalınırsa, bu normal yerçekimine maruz kalındığı kadar sağlığa yararlıdır.Bu da ayrıca bilinmiyor Ayrıca düşük seviyeli yerçekimi  hafifliğin sağlık üzerindeki etkileri için nasıl olumsuz etkiler yaratır daha bilinmiyor. Yapay yerçekiminin 0.1 g olması için yarıçapın 22 m (74 ft) olmalı. Bunun gibi, yarıçap 10 m iken, yerçekimi üretmek için yaklaşık 10 rpm gereklidir veya 2 g üretmek için 14 rpm gereklidir. Eğer kısaca yüksek yerçekimine maruz kalırsan, bu ağırlıksızlığın sağlık üzerindeki etkilerini çürütebilir, öyleyse küçük santrifüj egzersiz bölgesi olarak kullanılabilir.

Lunaparklarda birtakım oyuncaklar santrifüj rotasyonel kuvvet sağlar. Hız treni de ayrıca yapar, her ne zaman bu aletler inip yükselirse, üstünden geçerse veya iç içe döngüler şeklini alırlarsa. Bu aletler tam tepeye çıktığında, zaman sıfırlanır veya negatif yerçekimi hissedilir buna  hava-zaman denir.Bu bölünebilen  "yüzdürücü hava saatidir" (sıfır yerçekimi için) ve "püskürtücü hava zamanı" (negatif yerçekimi için).[original research?]

Doğrusal ivme 
Doğrusal ivme, düşük seviyede dahi, kullanışlı yararlar için verimli g-kuvveti sağlar.. Herhangi bir uzay aracı doğrusal düzlemde devamlı olarak ivmelenebilir, uzay aracının içindeki kuvvetli objeler ters yönde ivmelenir.[kaynak belirt]

Çoğu kimyasal reaksiyon roketleri verimli oranda ivmelenebilir çoğu zaman yerçekimi kuvvetini üretmek için fakat bu sınırlanmış tedarik yakıtlarından dolayı sadece birçok dakikada devamlı ivmedir.[original research?]

Büyük bir özel itme ile birlikte olan bir yürütme sistemi uzun bir zaman dilimi içerisinde çok yavaş üretimle yapay yerçekiminin kullanışlı seviyesinde ivmelenebilir. Birçok çeşit elektrik yürütme sistemleri örneklerle desteklenebilir. Hem pratikte uzay aracında kullanılabilen hem de uzayda yakın zaman içinde planlanan Hall effect thrusters ve Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rockets (VASIMR) kullanımı için bu uzun sürenin iki örneği, düşük-itme ve yüksek-itme yürütmesidir.Bu ikisi de yüksek tipik reaksiyon roketlerleriyle karşılaştırılınca yüksek itme de desteklenebilir fakat bu düşük itmeyle ilgili. Bunlar sınırlı miktarda desteklenen ve sonunda ideal olarak uygun şekile gelince uzay aracındaki yapay yerçekiminin bu uzun sürede binde bir g seviyesinde ateşlenmesidir.[kaynak belirt]

Çeşitli gezegenler arası görevler için uzun sürede ve düşük itmede doğrusal ivme önerildi. Örnek olarak, Marstan marsa 27 ay içerisinde ağır olsa bile (100 ton) kargo yükleri nakledilebilir ve Mars yörüngesine varınca  LEO aracının kütlesinin yaklaşık olarak yüzde 55 i alıkoyulur, geziye girişi sırasında uzay aracının içinde düşük yerçekimi eğiminin sağlanması oluşur.

Sabit doğrusal ivme güneş sisteminin etrafında kısa uçuş süresi düşünüldüğünde teoride sağlanır. Eğer itme teknikleri ivmenin sürekliliğinin uygunluğu için 1 g'i destekleyebilirse, uzay aracı ivmelenebilir (ve sonra gezinin ikinci yarısı için yavaşlatıcı etki gösterir) ve bir iki gün içerisinde Mars'a 1 g'de ulaşılabilir.

Birçok bilimkurgu planında, yıldızlararasındaki uzay araçları için ivme yapay yerçekimini desteklemekte kullanılır, henüz teorideki ve hipotezdeki anlamı ileriye itmektir.

Bu doğrusal ivmenin etkisi iyi anlaşılmıştır ve yüksek aşamalı roketlerin uzaydaki ateşlenmesindeki direkt fırlatım için  0 g deki kriyojenik akışkan madde yönetiminde her zaman kullanılır.

Hız treni, özellikle fırlatılan hız treni veya bunlar  elektromanyetik itmeye bağlı, bunlar doğrusal ivme sağlar "yerçekimi" ve sonuç olarak bunlar yüksek ivmeli araçlarla ilgilidir, spor arabaları gibi.Doğrusal ivme hız trenindeki hava-zamanı sağlamak için kullanılmıştır ve diğer heyecan gezileri, Terör Alacakaranlık Kuşağı Kulesi gibi.

Manyetizma 

Yerçekimi için diamagnetism boyunca benzer etkileri yaratılmış. Güçlü bir elektrik alanına sahip mıknatıs gereklidir. Bu tür aletler çoğu küçük fareyi kaldırmak için kullanılır sonuç olarak Dünyanın'kini iptal etmek için 1 g'lik alan üretildi. Yeteri kadar güçlü mıknatıslar gereklidir ya pahalı kriyojenito, süperiletken tutabilmek için, ya da birçok gücün megavatı gereklidir.

Aşırı güçlü manyetik alanla birlikte,güvenlik belirsiz insların kullanımı için..[kaynak belirt] Ek olarak, bu herhangi bir ferromanyetik ve paramanyetik maddeleri engellemek için güçlü manyetik alanın gerekliliği yanında diamanyetiğin in belirginliğini içerir.

Laboratuvar taklitleri dünyadaki düşük yerçekimi şartlarında imkanlar kullanılarak diamanyetizm uygulanabilirliği ispatlanabilir. Yerçekimine benzer yaratılan şartlarda Dünya'nın yerçekimi havaya kalkmış farelere karşıydı.  Küçük model organizmalarla birlikte kameri ve martina yerçekimine  benzer taklit şartlar için düşük kuvvetler üretilebilir.

Varsayımlı Yerçekimi jeneratör/gravitomanyetizm 
Bilimkurguda, yapay yerçekimi (veya yerçekiminin iptalı) veya "paragravity" bazen uzay aracında iken ne rotasyon olur ne ivmelenme olur.. Şimdiki zamanda, bu onaylanmamış teknik taklit edilebilir yerçekimi diğerlerinden daha çok asıl kütle veya ivme.Çoktan ispat edilmiş bir alet çeşididir. Eugene Podkletnov, Rus bir mühendis, 1990'lı yıllarda dönen süper iletken ve güçlü gravitomanyatizma alan içeren bir alet yapılabileceğini iddia etmiş iddia etmiş, fakat hiç doğrulama olmamış ve hatta 3. taraflardan negatif sonuçlar olmuştur 2006 yılında, finanse edilen araştırmacı grup ESA aracılığıyla gravtiomanyetizmin üretimi için pozitif sonuçlarla gösterilen buna benzer bir araç yaratıldığını iddia etti, buna rağmen bu sadece 0.0001g üretti. Bu sonuç bir daha tekrarlanmadı.Sicim teorisi tahminlerine göre yerçekimi ve elektromanyetizma gizli boyutlarda ve çok kısa fotonlar bu boyutlara girebilir.

Yüksek veya düşük yerçekimleri için çalışması

Merkezkaç 
Yüksek-G çalışması  yüksek yarıçaplı merkezkaçın içinde ivmenin yüksek seviyelerini konu alan havacılar ve astronotlar tarafından yapıldı.Bilincin uyarılmış g-kaybını engellemek için tasarlandı (kısaltılmış G-LOC), bu durum sırasında g kuvveti kanda beyinden uzaklaşarak ilerlemesi bilinç kaybı kapsamında oluşur.Dikkate değer süre içinde   yüksek g de destekleyicinin yeteneğinin uçak içinde  ivme-bilincin kaybının uyarılması olayları ölümcül kazalara sebep olur.

Parabolik uçuş 
Yerçekimsiz mucize bir lakap, parabolik yörüngede uçuş yapan ve kısaca söylemek gerekirse neredeyse yerçekimsiz bir çevrede astronatlar için eğitim yapılan,araştırma yönetimi olan ve sinema filmi için bir NASA uzay aracıdır. Bu parabolik yörünge ksaı bir süreliğine(genellikle 20-30 saniye) sıfır-g verilerek yerçekimiyle eşleşen dikey bir doğrusal ivme sağlar ve benzer bir periyot da bunu yaklaşık olarak 1.8g takip eder. Vomit kuyrukluyıldızı da bir lakaptır ve ayrıca uzay aracı yolcuları tarafından parabolik yörünge sırasında defalarca kez tecrübe edilen hareket hastalığını adlandırmak için kullanılırdı.Dünya çapındaki birçok organizasyonda yerçekimi azalmış uzay araçları bugünlerde çalıştırıldı.

Nötr Yüzerlik 
Nötr Yüzerlik Laboratuvarları (NBL) astronot eğitim kolaylıkları, örnek olarak Houston, Teksas'ın içinde yer alan NASA Johnson Space Center'daki Sonny Carter Training Facility.  NBL Dünya'daki en büyük bir suyun kapalı bir  yüzme havuzudur. NBL uzay mekiği kargo limanının, uçuş yüklerinin ve 
Uluslararası Uzay istasyonu büyük boyda maketlerini içerir.

Nötr yüzdürme kuvvetinin prensibi uzayın yerçekimsiz alanının taklidi için kullanılırdı. Uygun astronotlar tepe vinci kullanarak havuzun içine indirilir ve onların ağırlıkları çeşitli yardımlar aracılığıyla ayarlanır, kaldırma kuvveti olmadan deneylenmesi ve kütle merkezinin etrafında dönme momenti olmadan yapılması amacıyla. Uzay mekiği kullanırken ve Uluslararası Uzay İstasyonundayken NBL'deki takım elbiseli adamlar EMU'nun uçuş oranlılarından daha düşük puanlıdır.

NBL tankı 202 fit (62 m) uzunluğunda, 102 fit (31 m) genişliğinde ve 40 fit 6 inç (12.34 m) derinliğinde ve suyun 6.2 milyon galonunu (23.5milyon litre) içerir Tank çalışırken dalgıçlar nitroks (azot oksijen karışımı) solur.

Nötr yüzerlik yerçekimsizlik havuzunda değildir, çünkü iç kulağın içindeki denge organları yerçekiminin yukarı aşağı hareketinden hala hassaslık duyar. Ayrıca, burada önemli bir miktarda su aracılığıyla sürüklenme gösterilir. Genel olarak, görevleri suyun içinde yavaşça yaparak, sürükleme kuvveti minimalize edilmiştir. Kaldırma kuvveti ve havuz taklidi arasındaki bir diğer fark ve uzay uçuşu sırasındaki asıl EVA havuzun sıcaklığı ve devamlı süren ışık şartlarıdır.

Uzay Misyonları 
Gemini 11'in görevi kapsülü Agena hedef aracının çevresinde döndürerek yapay yerçekimini üretmek, bu 36 metre ip ile eklendi. Onlar küçük miktarda yapay yerçekimini üretebilir, yaklaşık olarak  0.00015 g kadar.  Net kuvvet astronotlar ve yerde hareket eden kapsülün hareketine göre çok küçük hissedildi.

Birkaç dakikalığına da olsa Gemini 8 yapay yerçekimi görevini başarmıştı bu gösterilmeliydi. Bu, ancak, bir kazadan dolayıydı.mürettebatın üstündeki ivme kuvveti çok yüksekti ve bu acil sonlandırıldı.

Bilimkurgu 
Birçok uzay uçuşu görevi sırasında astronotlar düzlemsel kızak ve dönen sandalyeler kullanarak birkaç dakika 0.2 g den 1 g ye kadar yapay yerçekimine maruz kalırlar. Astronotlar eğer g seviyesi iç kulak seviyesinde 0.5 g den az ise herhangi bir uzaysal yönelimi algılayamazlar.
Birçok bilimkurgu romanı, filmler ve seriler yapay yerçekimi özellikli üretimlere sahiptir. 2001: Bir Uzay Destanı, filminde uzay aracı keşfinde  rotasyon merkezkaçı yapay yerçekimini sağlar. The Martian, romanında the Hermes uzay aracı dizayn ederek yapay yerçekimine ulaştı; Mars'ın yerçekimine benzer olarak. Dragon Ball Z, çeşitli karakterlerin eğitim düzeni içinde yerçekimi taklitleri anahtar bölümünde oynar.

Öneriler 

Planlanması için yapay yerçekimine birçok öneri birleşmişti.
 Keşif 2:  2005 aracı önerisi gönderilişindeki beceri 172-metre-ton jüpiter'in yörüngesindeki ekip 118 gün içindedir. 1.690 metre-ton uçağın çok küüçük bir bölümü merkezkaç ekip istasyonuyla birleştirilecektir.
 Çoklu Görev Uzay Keşif Aracı (MMSEV): 2011  NASA önerisi uzun süreli mürettebat uzay nakliye aracı. Torus halkası merkezkaçı  hem standart metal çerçeve hem şişme uzay aracı modeli için kullanılacak ve eğer yapı 40 fit (12m) çap seçenekleri olursa,0.11 den 0.69g sağlayacak.
 ISS merkezkaç ispatı: 2011 NASA önerisi gösteri tasarı hazırlayıcısı için, final tasarımı Çoklu Görev Uzay Keşif Aracının uzaydaki büyük torus merkezkaç doğal yaşamının gösterimidir. Bu model 30 fit(9.1m) yarıçapının dışında 30 inç(760mm) ile birlikte halkanın iç kesit çapını ve 0.08 den 0.52 g ye parçalı yerçekimi sağlayacak. Bu test ve merkezkaç değerlendirmesi ISS ekibi için uyku modülü yeteneğini oluşturacak.
 Mars yönü: Plan insan yerleştirilen Mars, 1990 da NASA mühendisleri Robert Zubrin ve David Baker tarafından yaratılmıştır,daha sonra Zubrin'in kitabı olan The Case for Mars ile de yayıldı. "Mars Habitat Unit", Mars için eskiden fırlatılmış astronotları taşıyan "Earth Return Vehicle".[kaynak belirt]
 Önerilen Tempo3,  tayfalı Mars'ın  görevi olan benzeri olan  yerçekiminin uygulanabillirliğini ip ile ölçmek aracılığıyla  uzay aracı bağlantılarının görevleri iki yarıda döner.
 Mars yerçekimi biyosatolit i görev önerildi. Amacı yapay yerçekiminin memeliler üzerindeki etkileridir. 0.38g'nin yerçekimi alanı (Mars'ın yüzey yerçekimine eşit.)rotasyon aracılığıyla üretildi (32 rpm, yarıçapı 30 cm). On beş fare Dünya'nın yörüngesindeydi (Düşük Dünya yörüngesi) beş hafta için ve sonra karaya geri döndüler. Ancak,24 Haziran 2009 da finansman eksikliğinden dolayı ve NASA'nın öncelik değiştirmesinden dolayı  bu program reddedildi.

Ayrıca bakınız 
 Yer çekimi yokluğu
 Koriyolis etkisi
 Yalancı kuvvet

Kaynakça

Dış bağlantılar 
 List of peer review papers on artificial gravity
 Mars gravity experiment homepage
 Revolving artificial gravity calculator
 Overview of artificial gravity in Sci-Fi and Space Science
 NASA's Java simulation of artificial gravity
 Variable Gravity Research Facility (xGRF), concept with tethered rotating satellites, perhaps a Bigelow expandable module and a spent upper stage as a counterweight

Kurgusal teknolojiler
Kütleçekimi
Bilimsel spekülasyonlar
Uzayda kolonileşme