ایجاد گرانش مصنوعی در فضا به‌‌کمک دستگاهی در ابعاد اتاق

MacTavish · 27/8/19

گروهی از پژوهشگران با آزمایش موفقیت‌‌آمیز یک دستگاه سانترفیوژ انسانی ثابت کرده‌‌اند که می‌‌توان ایده‌‌ی تولید گرانش مصنوعی در فضا را جدی گرفت.

برای مدت‌‌ها، گرانش مصنوعی ایده‌ای بود که تنها به دنیای داستان‌‌های علمی تخیلی تعلق داشت. سفینه‌‌های دوار درون فیلم‌های «۲۰۰۱: ادیسه‌‌ی فضایی» و «مریخی» را به‌‌خاطر آورید که چگونه باکمک گردش به‌‌دور محور خود، گرانش لازم را در فضا ایجاد می‌‌کردند.

حال، یک تیم پژوهشی به‌‌رهبری تورین کلارک، مهندس هوافضا در دانشگاه بولدر کلورادو درشرف عملیاتی کردن این فناوری است. البته آن‌ها هنوز نتوانسته‌‌اند شرایطی را مانند آنچه در فیلم‌‌های هالیوودی می‌‌بینید، شبیه‌‌سازی کنند؛ اما روش‌‌هایی را برای طراحی سیستم‌‌هایی دورانی پیشنهاد کرده‌‌اند که می‌‌تواند در فضایی به‌‌اندازه‌‌ی اتاق در ایستگاه‌‌های فضایی یا پایگاه‌‌های قمری نصب شوند. فضانوردان می‌‌توانند برای چند ساعت در روز به‌‌درون این اتاق‌‌های کوچک بروند و برای مدت موردنیاز، شرایط گرانش عادی را تجربه کنند.

پژوهشگران امیدوار هستند تلاش آن‌‌ها روزی در افزایش سطح سلامت فضانوردانی که عازم سفرهای فضایی می‌‌شوند، مؤثر واقع شود و بدین ترتیب، بشر بتواند مسافت‌‌های طولانی‌‌تری را در فضای خارج از زمین بپماید. اما در وهله‌‌ی اول، کلارک و همکارانش باید یکی از مسائل بزرگی را حل می‌‌کردند که برای سال‌‌ها پژوهشگران حوزه‌‌ی گرانش مصنوعی را آزار می‌‌داد. کلارک می‌‌گوید:

فضانوردان در فضا با مشکلات متعددی نظیر کاهش تراکم استخوان، تحلیل عضلانی و مشکلات قلبی عروقی مواجه می‌‌شوند. امروزه برای حل این معضل‌‌ها، تعدادی راهکار پیشنهاد شده؛ اما ایجاد گرانش مصنوعی بهترین راهکار است؛ چراکه می‌‌تواند تمامی این معضلات را یک‌جا مرتفع کند.

احساس عجیب
کلارک در اتاقی در پردیس دانشگاه، کارکرد دستگاه را آزمایش می‌‌کند. این اتاق در حدواندازه‌‌ی دفاتر اداری معمولی است. او روی یک سکوی فلزی شبیه‌‌به تـ*ـخت‌‌های بیمارستانی دراز می‌‌کشد که به‌گفته‌ی وی «سانتریفیوژ با شعاع کوتاه» نام دارد. کمی بعد از یک شمارش معکوس، سکو با سرعتی اندک شروع به گردش حول محور خود می‌‌کند و سپس رفته‌‌رفته به سرعت دستگاه افزوده می‌‌شود.

نیکلاس دیمبایزیک، دانشجوی کارشناسی مهندسی هوافضا که در این آزمایشگاه مشغول به‌‌کار است، ازطریق کامپیوتری در اتاق مجاور مراحل کار را زیر نظر دارد. او ازطریق میکروفنی به کلارک اطلاع می‌‌دهد که در حال حاضر سرعت گردش دستگاه ۱۵ دوربردقیقه است. او می‌‌گوید به‌‌نظر نمی‌‌رسد کلارک مشکلی با این قضیه داشته باشد.

نیکلاس دیمبایزیک در حال رصد وضعیت تورین کبارک حین آزمایش دستگاه

این بهترین روشی است که دانشمندان روی زمین می‌‌توانند عملکرد گرانش مصنوعی در فضا را بیازمایند. کلارک توضیح می‌‌دهد که سرعت زاویه‌‌ای حاصل‌‌از سانتریفیوژ باعث اعمال یک نیروی فشاری روی پاهای او می‌‌شود. این شرایط درست مانند آن است که وی روی پاهای خود ایستاده باشد. اما چنین گرانشی مشکلاتی را هم ایجاد می‌‌کند. یکی از مشکلات همان چیزی است که شما نیز احتمالا در وسایل بازی شهربازی‌‌ها تجربه کرده‌‌اید؛ اگر حین گردش دستگاه، کلارک سر خود را به هر سمتی بچرخاند، وضعیتی را تجربه خواهد کرد که با نام «توهم متقابل» شناخته می‌‌شود؛ نوعی اختلال در مایع گوش داخلی که باعث ‌‌می‌‌شود فرد احساس کند در حال ازدست‌‌دادن تعادل خود است. کاترین برتل، یکی از دانشجویان فارغ‌‌التحصیل مشغول در آزمایشگاه کلارک می‌‌گوید که این احساس بسیار عجیبی است؛ به‌‌حدی که مهندسان برای دهه‌‌ها «بیماری حرکت» را یکی از موانع مهم بر سر راه ایجاد گرانش مصنوعی قلمداد می‌‌کنند.

اما به‌نظر می‌رسد کلارک و برتل، ایده‌‌ی متفاوتی در سر دارند.

کاهش سرعت
کلارک و برتل به‌‌همراه گروهی دیگر از همکاران خود در یک سری از مطالعات دیگر به بررسی این موضوع پرداخته‌‌اند که آیا چنین احساس ناخوشایندی بخشی اجتناب‌‌ناپذیر از تجربه‌‌ی گرانش مصنوعی است یا خیر. به‌‌عبارت دیگر، آیا فضانوردان می‌‌توانند بدن خود را برای تحمل شرایطی مانند زندگی در یک چرخ همستر عادت دهند؟

در همین راستا، پژوهشگران گروهی از داوطلبان را گرد آوردند و در ۱۰ جلسه‌‌ی مختلف سانتریفیوژ را روی آن‌‌ها تست کردند؛ اما برخلاف مطالعات پیشین، پژوهشگران دانشگاه بولدر روالی کندتر از حد معمول را برای انجام آزمایش در پیش گرفتند. آن‌‌ها آزمایش را با سرعت بسیار کم در حد یک دوربردقیقه آغاز کردند و تنها تا زمانی سرعت را بالاتر می‌‌بردند که داوطلبان هیچ‌‌گونه علائمی از بیماری حرکت را گزارش نکنند. برتل می‌‌گوید:

من در یک کنفرانس مطالب خود را ارائه کردم و سایرین تصور کردند این آزمایش چرخش، تنها موجب احساس ناخوشایند در افراد می‌‌شود؛ درحالی که ما تلاش می‌‌کنیم از علائم بیماری سفر پیش‌گیری کنیم؛ زیرا هدف اصلی این مطالعات، قابل‌‌تحمل کردن عارضه است.

روش شخصی‌‌سازی‌‌شده جواب داد. در پایان جلسه‌‌ی دهم، داوطلبان همگی می‌‌توانستند بدون احساس هرگونه توهمی، سرعت چرخش میانگینی برابر با ۱۷ دوربردقیقه را تحمل کنند. این سرعت بسیار بالاتر از نتایج تحقیقات قبلی بود. نتایج تحقیقات طی ماه ژوئن در مقاله‌‌ای در ژورنال علمی Vestibular Research منتشر شد.

در این آزمایش، کلارک و همکارانش، داوطلبان را در موقعیتی نشسته تحت آزمایش چرخش قرار دادند و سپس از آن‌‌ها خواستند که سر خود را حرکت دهند تا ببیننند آیا علائم بیماری سفر ار تجربه می‌‌کنند یا خیر.

کلارک می‌‌گوید این پژوهش می‌‌تواند به‌‌منزله‌‌ی مدرکی معتبر درمورد کارکرد عملی گرانش مصنوعی در آینده‌‌ی سفرهای فضایی باشد. او می‌‌افزاید:

تا اینجای کار می‌‌توانیم بگوییم که درواقع هرکسی توانایی آن را دارد که با این نوع محرک سازگاری پیدا کند.

در جریان مطالعات بعدی، پژوهشگران تعداد جلسات آزمایش را به عدد ۵۰ رساندند و دریافتند که داوطلبان می‌‌توانند با افزایش زمان آموزش، به آستانه‌‌ی تحمل سرعت‌‌های بالاتری دست یابند. اما پیش از آن که بتوان از هرگونه اتاقک گرانش مصنوعی در مکان‌‌هایی نظیر ایستگاه فضایی بین‌‌المللی استفاده کرد، باید به پرسش‌‌های مهمی در این رابـ*ـطه پاسخ داد. مثلا اینکه اثرات جلسات آموزشی تا چه مدت در بدن افراد دوام خواهد داشت؟ یا چه میزانی از گرانش برای پیشگیری از عوارضی نظیر کاهش تراکم استخوان و عضلات موردنیاز است؟

برتل همچنان امیدوار است که تحقیقاتش بتواند دانشمندان را متقاعد کند که موضوع گرانش مصنوعی را کمی جدی‌‌تر بگیرند. او می‌‌افزاید:

هدف اصلی این مطالعه آن است که افراد بیشتری را متقاعد به عملی‌‌بودن ایده‌‌ی گرانش مصنوعی کنیم. این ایده می‌‌تواند جایگاهی فراتر از ژانر علمی تخیلی داشته باشد.