Как НАСА моделирует невесомость на Земле для тестирования оборудования?

Прежде чем какое-либо оборудование или оборудование будет отправлено в космос, оно обычно тщательно тестируется, чтобы убедиться, что оно способно выдержать экстремальные условия космоса. От низких температур до радиации, космос требует серьезного воздействия на оборудование, но оборудование также функционирует в космосе иначе, чем на Земле, из-за разной гравитации. Как же тогда такие организации, как НАСА, моделируют невесомость на Земле?

Астронавты проверяют свои силы в Лаборатории нейтральной плавучести (NBL), гигантском бассейне, вмещающем 6,2 миллиарда галлонов воды. Благодаря размеру астронавты могут работать с макетами в натуральную величину, помогая им подготовиться к путешествию в космос. Но НБЛ предназначена только для подготовки астронавтов, а не для тестирования оборудования, чтобы посмотреть, как оно поведет себя в космосе.

Возникает вопрос: можем ли мы создать невесомость на Земле? И насколько он надежен для испытаний оборудования, которое отправят в космос? Давай выясним.

Параболические полеты помогают воспроизвести условия невесомости на Земле, обеспечивая до 40 секунд «свободного падения». Истоки параболического полета для имитации невесомости восходят к 1950 году, когда он был впервые предложен исследователями на базе ВВС Брукс в Техасе. К 1959 году пилоты смогли достичь от 10 до 15 секунд свободного падения на грузовом транспортном самолете C-131B, который был достаточно большим для обучения астронавтов и тестирования оборудования. Это было частью программы пониженной гравитации ВВС, которая началась в 1957 году и проводится НАСА с 1973 года.

Эти полеты выполняются по форме параболы. Самолет начинает ускоряться, а затем пилот подтягивается. Когда самолет поднимается на достаточно высокой скорости, пилот выполняет переворот, уменьшая тягу, что позволяет пассажирам и оборудованию в самолете падать с той же скоростью, что и самолет.

Параболический полет — недорогой и часто используемый метод имитации невесомости на Земле (или для имитации гравитации на Луне или Марсе), но он ограничен по продолжительности.

Системы гравитационной разгрузки работают с использованием устройства типа мостового крана для разгрузки веса человека или оборудования для имитации невесомости, лунной гравитации и гравитации на Марсе. Система гравитационной разгрузки активного реагирования (ARGOS) — это большое устройство, расположенное в Космическом центре НАСА имени Джонсона. Он активно отслеживает и отслеживает движение с помощью датчика угла кабеля. Это означает, что оборудование и космические корабли можно перемещать и взаимодействовать с ними, а ARGOS будет поддерживать моделируемый уровень гравитации. Аналогичных эффектов можно достичь с помощью сложной системы грузов и шкивов, позволяющей снизить влияние земной гравитации — системы, которую инженеры использовали для испытаний космического телескопа Джеймса Уэбба.

Хотя ARGOS является большим устройством, существуют столы с гравитационной разгрузкой меньшего размера, идеально подходящие для тестирования оборудования. В Центре космических полетов имени Годдарда НАСА есть стол, состоящий из большого куска полированного и выровненного гранита. Они действительно могут заставить испытательное оборудование «плавать» над столом благодаря салазкам, на которых они установлены — воздушные подшипники создают тонкий слой воздуха под салазками, что заставляет его плавать над столом. «По сути, это похоже на стол для аэрохоккея наоборот», — сказал инженер по демонстрации и испытаниям робототехники Джо Исли из НАСА Годдард.

Недостатком систем гравитационной разгрузки является то, что они не всегда предлагают шесть направлений, в которых можно перемещать предметы в невесомости — например, стол гравитационной разгрузки предлагает только три степени свободы, что может ограничивать точность.

У НАСА также есть специальный исследовательский центр невесомости в Исследовательском центре Гленна, который работает с 1966 года. Он работает с использованием стальной вакуумной камеры длиной 467 футов. Вакуумный насос снижает давление до 0,05 Торр. (Для сравнения, стандартное атмосферное давление составляет 760 торр.) Затем кран сбрасывает оборудование или эксперимент в вакуумную камеру, и у исследователей есть 5,18 секунды, чтобы изучить его в свободном падении. Как и в случае с параболическим полетом, недостатком этого метода является малое количество доступного времени, а также ограничение по весу в 2500 фунтов.

Исследователи всегда ищут новые способы тестирования оборудования и проведения экспериментов перед отправкой его в космос. Но в наши дни, когда стоимость доступа в космос снижается, Международную космическую станцию ​​часто используют в качестве испытательного стенда для оборудования, а не пытаются выяснить, как мы можем создать невесомость на Земле.