무중력

Weightlessness
"무중력"과 "무중력"은 여기서 방향을 전환한다.다른 용도는 무중력(동음이의)을 참조하십시오.
국제우주정거장에 있는 우주비행사들은 미세중력만을 경험하므로 무중력의 예를 보여준다.마이클 포일은 운동하는 모습을 전경에 볼 수 있다.

무중력상태란 무게감이 완전하거나 거의 완전하지 않은 상태를 말한다.보다 정확한 용어가 "Zero G-force"이지만, 이것을 "Zero-G"라고 부르기도 한다.인체를 포함한 물체에 어떤 접촉력이 없을 때 발생한다.

무게는 상대적으로 강한 중력장(지구 표면 등)에서 정지해 있는 물체에 가해지는 힘을 측정하는 것이다.이러한 무게감각은 지지층, 좌석, 침대, 저울 등과의 접촉에서 비롯된다.중력장이 0일 때에도, 원심분리기, 회전 우주정거장, 가속기 내와 같은 기계적, 비중력적 힘에 의해 접촉력이 몸의 관성에 작용하고 극복할 때 무게감이 발생한다.

중력장이 균일하지 않을 때 자유낙하의 몸은 조석효과를 경험하고 스트레스를 받지 않는다.블랙홀 근처에서는 이러한 조석효과가 매우 강할 수 있다.지구의 경우, 특히 비교적 작은 차원(인체나 우주선 등)의 물체에 미치는 영향은 미미하며, 이러한 경우 무중력의 전체적인 감각이 보존된다.이 상태는 미세중력(microgravity)으로 알려져 있으며, 궤도를 선회하는 우주선에 널리 퍼져 있다.

뉴턴 역학의 무중력성

왼쪽 반쪽에는 샘이 어떤 중력원으로부터도 멀리 떨어져 있다.오른쪽 절반은 균일한 중력장에 있다. a) 무중력 및 무중력 b) 무중력(무중력) b) 무중력(무중력) b) 무중력(봄은 로켓 추진) c) 봄은 자유낙하, 무중력(無中中力)에 놓여져 있고 무게와1 무게를2 모두 가지고 있다.

뉴턴 역학에서 "체중"이라는 용어는 엔지니어들에 의해 두 가지 뚜렷한 해석이 주어진다.

체중1: 이 해석에서 신체의 "중력"은 신체에 작용하는 중력이며, 이것이 공학에서 지배하는 중력의 개념이다.지구 표면 가까이에서, 질량이 1 kg(2.2 lb)인 신체는 운동 상태, 자유 낙하 또는 자유 낙하와 무관하게 약 9.81 N(2.21f lb)의 중량을 가진다.이런 의미에서 무중력 상태는 중력의 근원에서 멀리 떨어진 곳에 있는 몸을 제거함으로써 얻을 수 있다.그것은 또한 두 개의 중력 덩어리 사이의 중립 지점에 몸을 배치함으로써 얻을 수 있다.
무게2: 무게는 또한 척도를 사용할 때 측정되는 양으로 해석될 수 있다.거기서 측정되고 있는 것은 저울에 몸이 가하는 힘이다.표준 체중 측정 작업에서 체중 측정기가 중력장을 취소하여 체중을 가하는 힘이 체중을 가하는 것은 평형 상태에 있다.뉴턴의 제3법칙에 의해 기계에 신체가 가하는 동등하고 반대되는 힘이 있다.이 힘을 무게라고2 한다.그 힘은 중력이 아니다.전형적으로, 그것은 신체 질량에 걸쳐 균일하지 않고 접촉력이다.만약 몸을 리프트(엘리베이터)의 저울 위에 올려놓고 순수한 균일한 중력으로 자유 낙하하면 저울은 0으로 표시되고, 몸은 무중력(즉2, 무게 = 0)이라고 한다.이것은 신체가 스트레스를 받지 않고 형태를 갖추지 못한 상태를 묘사한다.이것은 균일한 중력장에서 자유낙하에서의 무중력이다.(중력장이 균일하지 않을 때, 또는 예를 들어, 체중이2 0이기는 하지만 서로를 취소하고 스트레스 상태를 만들어낼 수 있는 복수의 힘에 노출될 때 상황은 더 복잡하다.아래를 참조하십시오.)

요약하자면, 우리는 무게가1 지배적인 두 가지 무게 개념을 가지고 있다.그러나 '무중력'은 전형적으로 체중의1 부재가 아니라 체중에2 관련된 스트레스가 부재로 대표된다.이것이 바로 아래 내용에서 의도된 무중력감각이다.

신체는 스트레스가 없고, 무중력을2 발휘하는데, 그 몸에 작용하는 유일한 힘이 균일한 중력장에서 자유 낙하할 때와 같이 무게일1 때 그 힘을 발휘한다.첨자가 없으면 그 위에 작용하는 힘만이 그 무게일 때 몸이 무중력이라는 이상하게 들리는 결론으로 끝난다.

뉴턴의 머리에 떨어진 뇌성 사과는 관련된 문제들을 설명하는데 사용될 수 있다.사과는 무게가 약 1 뉴턴(0.22 lbf)이다.이것은 사과의 무게로1, 사과는 떨어지는 동안에도 상수로 간주된다.하지만 그 가을 동안, 그것의 무게는2 0이다: 공기 저항을 무시하고, 사과는 스트레스를 받지 않는다.뉴턴에 부딪힐 때, 뉴턴이 느끼는 감각은 사과가 떨어지는 높이와 충격 순간에 사과 무게가2 1N(0.22lbf)보다 몇 배 더 클 수 있다.사과를 왜곡하는 것은 이 무게다2.내려오는 길에, 자유낙하의 사과는 중력장이 균일하기 때문에 어떠한 왜곡도 겪지 않는다.

자유낙하시 스트레스

  1. 균일한 중력장에서: 신체를 두 부분으로 나누는 어떤 단면을 고려하라.두 부품 모두 가속도가 같으며 각 부품에 가해지는 힘은 장의 외부 공급원에 의해 공급된다.한 부분이 다른 부분에 가해지는 힘은 없다.단면 응력은 0이다.무게는2 0이다.
  2. 균일하지 않은 중력장에서:중력만으로 몸의 한 부분은 다른 부분과 다른 가속도를 가질 수 있다.이것은 신체가 변형에 저항할 경우 신체를 변형시키고 내부 스트레스를 발생시키는 경향이 있다.무게는2 0이 아니다.

스트레스를 무게의 지표로 사용하는 것에 대한 이 논의 내내, 한 부분에 작용하는 힘에 의해 신체 내에 존재할 수 있는 어떤 프리스트레스도 관련이 없다.유일한 관련 스트레스는 신체에 가해지는 외부 힘에 의해 발생하는 스트레스들이다.

'무중력'의 정의와 사용은 일상적인 지상 경험에서 '무중력'의 감각은 혼자 작용하는 중력(느낌이 느껴지지 않는 것)에서 비롯되는 것이 아니라 중력에 저항하는 기계적 힘에 의해 발생한다는 것을 이해하지 않는 한 어렵다.직선 자유 낙하 또는 자유 낙하(예: 감소된 중력 항공기 내부 또는 우주 정거장 내부)의 보다 복잡한 관성 궤적에서 물체는 모두 무중력을 경험하는데, 무게감을 유발하는 기계적 힘을 경험하지 않기 때문이다.

중력 이외의 힘장

위에서 언급한 바와 같이 무중력 상태는 다음과 같은 경우에 발생한다.

  1. 어떤 결과적인 힘도 물체에 작용하지 않는다.
  2. 균일한 중력은 그 자체로 작용한다.

완전성을 위해 제3의 사소한 가능성이 더해져야 한다.이것은 신체가 중력이 아니라 물체에 가해지는 힘이 물체의 질량을 가로질러 균일하게 분산될 수 있는 장에 속할 수 있다는 것이다.균일한 전기장에서 균일하게 충전된 전기 충전된 차체가 가능한 예다.이곳의 전하가 일반적인 중력 전하를 대체한다.그런 몸은 그 때 스트레스가 없어지고 무중력 상태로 분류될 것이다.다양한 형태의 부상은 적어도 대략적으로 이 범주에 포함될 수 있다.

무중력 및 적절한 가속도

자유 낙하(정의상 공기역학적 힘을 수반하지 않는 것)에 있는 신체는 지구에 묶인 좌표 프레임과 관련하여 약 9.8m/s2(32ft/s2)의 가속도를 가진다.신체가 자유 낙하 리프트에 있고 리프트 또는 그 내용물로부터 밀거나 당기지 않는 경우에 리프트에 대한 가속도는 0이 된다.반면에 신체는 리프트 내에서 다른 신체가 발휘하는 힘에 노출될 경우 자유롭게 떨어지는 리프트에 관해서 가속이 붙게 된다.중력에 기인하지 않는 이 가속도를 "적절한 가속도"라고 부른다.이 접근방식에서 무중력 상태는 적절한 가속도가 0일 때 유지된다.

무중력 상태를 피하는 방법

무중력 상태는 다음과 같이 불균일한 힘이 작용하는 현재의 인간 경험과는 대조적이다.

  • 중력이 지면의 지지력에 의해 반격되는, 지상의 의자에 앉아 있는 등,
  • 날개가 제공하는 리프트로부터 지지력이 전달되는 비행기로 비행한다(예외를 형성하는 특별한 궤적이 아래에 설명되어 있다).
  • 대기권 재진입 중 또는 낙하산을 사용하는 동안 대기 드래그가 차량을 감속할 때
  • 우주선에서 궤도 기동 중 또는 발사 단계에서 로켓 엔진이 추력을 제공할 때

위의 예와 같이 물체가 무중력 상태가 아닌 경우, 힘은 문제의 물체에 불균일하게 작용한다.에어로다이내믹 리프트, 드래그, 추력은 모두 불균일한 힘이다(물체의 전체 질량에 작용하기보다는 점이나 표면에 작용한다). 따라서 무게현상을 일으킨다.이 통일되지 않은 힘은 지구 표면과 발 사이의 접촉이나 낙하산 마대와 신체 사이의 접촉과 같은 두 번째 물체와 접촉하는 지점에 있는 물체에도 전달될 수 있다.

조력

블랙홀 근처에 자유 낙하할 때 탄성줄로 연결된 두 개의 단단한 정사각형.몸이 오른쪽으로 떨어지면서 줄이 늘어진다.

조력력은 중력장이 균일하지 않고 중력 구배가 존재할 때 발생한다.그러한 것이 정상이고 엄밀히 말하면 자유낙하에서도 크기가 유한한 어떤 물체는 조석효과에 노출된다.이것들은 관성 운동으로 제거할 수 없다. 단 하나의 신체 지명 지점에서 제외한다.지구는 자유낙하 상태지만 조수의 존재는 그것이 통일되지 않은 중력장에 있다는 것을 나타낸다.이 불균일성은 태양보다 달 때문이다.태양에 의한 총중력장은 달보다 훨씬 강하지만 관련된 상대적 거리 때문에 달과 비교했을 때 조석효과가 미미하다.지구의 무게는1 본질적으로 태양의 중력 때문이다.그러나 조수로 대표되는 그것의 스트레스와 변형의 상태는 가까운 달의 중력장에 균일성이 없기 때문에 더욱 그러하다.고려 대상 부위의 크기가 중력 질량으로부터의 거리에 비해 작을 때 균일한 중력장에 대한 가정은 좋은 근사치를 유지한다.따라서 사람은 지구의 반지름에 비해 작으며, 지구 표면의 사람의 밭은 대략 균일하다.그 분야는 엄격히 균일하지 않고 미시중력 현상을 담당한다.블랙홀 근처의 물체는 매우 균일하지 않은 중력장에 노출된다.

기준 프레임

모든 관성 기준 프레임에서 무중력 상태가 경험되는 동안, 뉴턴의 첫 번째 운동 법칙은 프레임 내에서 국소적으로 준수된다.프레임 내부(예를 들어 궤도를 선회하는 배나 자유낙하 엘리베이터 내부)에서는 용서받지 못한 물체가 프레임에 대한 속도를 유지한다.다른 물체와 접촉하지 않는 물체는 자유롭게 "플로트"된다.관성 궤적이 중력의 영향을 받는다면 기준 프레임은 중력 흡인력 밖의 위치에서 볼 수 있는 가속 프레임으로, (멀리서 볼 수 있는) 프레임의 물체(엘레베이터 등)는 힘( 소위 중력의 힘)의 영향을 받는 것으로 보일 것이다.지적한 바와 같이, 중력에만 의존하는 물체는 그 효과를 느끼지 못한다.따라서 무중량은 종종 포물선 비행이라고 잘못 불리는 특정한 타원 비행 경로를 따르는 비행기에서 짧은 시간 동안 실현될 수 있다.그것은 물탱크에 잠기는 것과 같은 중립 부력 조건에서는 많은 차이와 함께 형편없이 시뮬레이션된다.

제로-g, "무중력", 가속도계

0g는 무중력 상태를 나타내는 대체 용어로, 예를 들어 자유 낙하 리프트에서 사용된다.제로g는 우주의 모든 곳에 중력이 존재하기 때문에 불가능한, 완전한 중력의 부재와는 미묘하게 다르다."무중력"은 효과적인 무중력 상태를 의미하기 위해 사용될 수 있으며, 조석 효과를 무시한다.마이크로중력(또는 µg)은 실질적으로 무중력 상태지만 위에서 논의한 바와 같이 조석 효과로 인한 물체 내 g-힘 스트레스가 지구 표면에서 약 100만분의 1에 달하는 상황을 가리키는 데 사용된다.가속도계는 무게2(= 질량 × 적절한 가속도)와 같은 g-힘만 감지할 수 있다.그들은 자유 낙하와 관련된 가속도를 감지할 수 없다.[a]

무게감

발에 가해지는 힘은 배꼽을 통한 횡단면에 가해지는 힘의 약 2배이다.

인간은 이 지지력의 결과로 자신의 체중을 경험하게 되는데, 그 결과 사람이 서 있거나 앉아 있는 지지 물체의 표면에 의해 사람에게 적용되는 정상적인 힘이 된다.이 힘이 없을 때, 사람은 자유 낙하 상태에 있을 것이고, 무중력 상태를 경험하게 될 것이다.이 반응력이 인체를 통해 전달되는 것이며, 그 결과 신체 조직의 압박과 긴장은 체중감각을 초래하게 된다.

사람의 몸 전체에 질량이 분포하기 때문에, 사람의 발과 머리 사이에 반응력의 크기가 달라진다.어떤 사람의 신체의 수평 단면(어떤 기둥과 마찬가지로)에서, 단면 아래의 조직에 의해 저항되는 압축력의 크기는 단면 위의 신체 부분의 무게와 같다.동반된 그림에서 채택된 자세에서 어깨는 뻗은 팔의 무게를 실어 상당한 토크를 받는다.

일반적인 오해

지구 궤도를 도는 우주선에 대한 일반적인 개념은 그들이 무중력 환경에서 작동하고 있다는 것이다.아인슈타인의 일반상대성이론의 물리학 안에서 이것을 이해할 수 있는 방법이 있지만, 뉴턴 물리학 안에서 이것은 기술적으로 부정확하다.

적도의 표시된 지점 위의 정지 위성이다.표시된 지점에 있는 관찰자는 위성이 하늘을 가로지르는 다른 천체와는 달리 머리 위에 직접 남아 있는 것을 보게 될 것이다.

우주선은 궤도를 돌고 있는 행성의 중력에 의해 궤도에 고정된다.뉴턴 물리학에서 우주비행사들이 경험하는 무중력감각은 (지구에서 본 것처럼) 중력가속이 제로인 것이 아니라 자유낙하 조건 때문에 우주비행사가 느낄 수 있는 g-힘이 없고, 우주선의 가속도와 t-의 차이가 제로인 것이다.그는 우주 비행사의 가속도를 높였다.우주 저널리스트 제임스 오버그는 이 현상을 다음과 같이 설명한다.[1]

인공위성이 "지구의 중력을 피한 것"이기 때문에 궤도에 남아 있다는 신화는 궤도를 선회하는 우주선에 탑재된 자유 낙하 조건을 설명하기 위해 거의 보편적으로 "무중력"이라는 단어를 잘못 사용함으로써 더 지속된다(그리고 거짓이다).물론, 이것은 사실이 아니다; 중력은 여전히 우주에 존재한다.그것은 인공위성이 성간 빈 공간으로 곧장 날아가는 것을 막는다.빠진 것은 정박된 구조물이나 반력에 의한 중력 끌어당김의 저항인 '중력'이다.위성은 중력에 의해 어쩔 수 없이 지구 쪽으로 끌려가면서도 "지평선 위로" 떨어질 수 있는 엄청난 수평 속도 때문에 우주에 머문다.지구의 둥근 표면을 따라 구부러진 지상의 출구는 위성이 지상으로 떨어지는 것을 상쇄한다.위성이 위치나 중력의 부족이 아닌 속도는 위성을 지구 궤도에 유지시킨다.

정지궤도 위성은 이런 맥락에서 특별한 관심을 갖는다.하늘의 다른 물체들이 뜨고 지는 것과 달리 정지궤도에 있는 물체는 중력을 거스르는 듯 하늘에 움직이지 않고 나타난다.사실, 그것은 하루의 기간을 가진 원형 적도 궤도 안에 있다.

상대성

아인슈타인의 일반 상대성 이론과 함께 일하는 현대 물리학자에게는 위에서 제시된 것보다 훨씬 더 복잡한 상황이다.아인슈타인의 이론은 관성 운동(엘리베이터나 비행기의 포물선이나 행성의 궤도를 도는 것과 같은)에 있는 물체들이 정말로 그들의 휴식 프레임에서 중력장의 국소 손실을 경험하는 것으로 간주될 수 있다는 것을 고려하는 것이 실제로 유효하다는 것을 암시한다.따라서 우주 비행사나 궤도를 선회하는 배의 관점(또는 프레임)에서 볼 때, 어떤 질량에서 멀리 떨어진 우주에서와 마찬가지로, 실제로 거의 0에 가까운 적절한 가속도(국지적으로 느껴지는 가속도)가 존재한다.따라서 그러한 상황에서 대부분의 중력장은 구어적 관점이 시사하는 것처럼 실제로 낙하하는 관찰자의 관점에서 부재한다는 것을 고려하는 것이 타당하다(이 점에 대한 보다 상세한 설명은 동등성 원리 참조).그러나, 아인슈타인의 이론에서, 떨어지거나 궤도를 선회하는 관찰자에 대한 이러한 중력의 상실은, 낙하 운동 그 자체 때문이며, (뉴턴의 이론과 마찬가지로) 지구로부터의 거리 증가 때문은 아니다.그러나 그럼에도 불구하고 중력은 없는 것으로 간주된다.사실 다른 모든 힘이 제거되면 순수한 중력 상호작용을 느낄 수 없다는 아인슈타인의 깨달음은 어떤 면에서는 중력 '힘'이 존재하지 않는다고 볼 수 있다는 관점으로 그를 인도하는 핵심 통찰이었다.오히려 물체는 곡선 공간 시간대에 지오데틱 경로를 따라가는 경향이 있으며, 이는 공간 시간이 "평탄"하다고 가정하는 "뉴턴" 관측자들에 의해 힘으로서 "해설"되고, 따라서 곡선 경로에 대한 이유(즉 중력 선원에 가까운 물체의 "낙하 운동")가 없다.

일반상대성이론에서, 중력체 근처의 낙하 경로나 "내부" 경로를 따라 관찰자에게 남아 있는 유일한 중력은, 떨어지는 관찰자에게도 중력장에 남아 있는 불균일성 때문이다.뉴턴 역학에서 단순한 조석효과인 이 비균일성은 콤팩트한 질량에서 비롯되는 어떤 자연 중력장에서도 공간적으로 팽창하는 모든 물체가 느끼는 '마이크로 중력'을 구성한다.이러한 조석 효과의 원인은 그러한 밭이 중앙집중화된 장소(밀집 질량)에서 기원을 가지므로, 질량과의 거리에 따라 강도가 조금씩 달라지기 때문이다.따라서 그것은 낙하하거나 궤도를 선회하는 물체의 폭에 따라 달라질 것이다.따라서 뉴턴의 관점에서 볼 때 지나치게 기술적인 용어인 "마이크로중력"이라는 용어는 일반 상대론적(아인슈타인) 관점에서 타당하고 서술적인 용어다.

미세중력

주요 기사:마이크로g 환경

마이크로-g 환경(또한 µg, 흔히 마이크로 중력이라는 용어로 언급)이라는 용어는 무중력 및 제로-G의 동의어 정도지만 g-강도가 아주 작은 것은 아니라는 것을 나타낸다.[citation needed]

무중력 및 감소된 중량 환경

무중력 비행 기동

항공기 중량 감소

주요기사 : 중력저하 항공기

비행기는 1959년부터 우주 비행사를 훈련시키고, 연구를 수행하고, 영화를 촬영할 수 있는 거의 무중력 환경을 제공하기 위해 사용되어 왔다.그러한 항공기는 흔히 "보미트 혜성"이라는 별명으로 언급된다.

무중력 환경을 조성하기 위해 비행기는 10km(6mi) 포물선을 그리며 비행하며 먼저 등반한 뒤 동력 다이빙에 들어간다.호가 진행되는 동안 항공기의 추진과 조향은 제어되어 밖으로 나가는 비행기의 드래그(공기저항)를 취소하여 비행기가 진공에서 자유 낙하하는 것처럼 행동하게 한다.비행기의 탑승자는 22초 무중력 상태를 경험하며, 포물선으로부터 당기는 동안 약 22초 동안 1.8g 가속(정상 중량의 거의 2배)의 가속을 경험한다.일반적인 비행은 약 2시간 정도 지속되며, 그 동안 30개의 파라볼레가 비행된다.

NASA의 KC-135A 비행기는 무중력 기동을 위해 상승한다.

NASA의 중력 감소 항공기

그러한 비행기의 버전은 나사의 비공식적인 별명이 유래한 1973년 이래로 NASA의 "감소 중력 연구 프로그램"에 의해 운영되어 왔다.[2]나사는 후에 공식 별명인 '무중력 원더'를 출판용으로 채택했다.[3]NASA의 현재 중력 감소 항공기인 '무중력 원더 6'는 맥도넬 더글러스 C-9로 린든 B 근처의 엘링턴 필드(KEFD)에 본사를 두고 있다. 존슨 우주 센터.

미항공우주국의 미세중력 대학 - 중력 감소 학생 비행 기회 프로그램으로 알려진 감소된 중력 비행 기회 계획은 학부생 팀들이 마이크로중력 실험 제안서를 제출할 수 있도록 한다.선정되면, 그 팀들은 그들의 실험을 디자인하고 실행하며, 학생들은 NASA의 토사물 혜성을 타고 비행하도록 초대된다.

유럽 우주국 A310 Zero-G

유럽우주국(ESA)은 특수 개조된 에어버스 A310-300 항공기에[4] 포물선을 그리며 미세중력 연구를 수행한다.프랑스 CNES, 독일 DLR과 함께 3개 비행에 대한 캠페인을 연속 며칠에 걸쳐 진행하는데, 각 비행기의 총 30여 개의 낙하산 중량은 약 10분이다.이러한 캠페인은 현재 CNES의 자회사인 [5]노베스페이스에 의해 보르도 - 메리그낙 공항에서 운영되고 있으며, 항공기는 DGA Essais en Vol의 시험 조종사들이 비행하고 있다.

2010년 5월 현재, ESA는 52개의 과학 캠페인과 9개의 학생 포물선 비행 캠페인을 실시하고 있다.[6]그들의 첫 Zero-G 비행은 1984년 텍사스 주 휴스턴에서 NASA KC-135 항공기를 이용한 것이었다.다른 항공기는 노브스페이스(Novespace)를 설립하기 전 러시아 일류신 Il-76 MDK, 프랑스 캐러벨(Caravelle), 에어버스 A300 Zero-G(Zero-G) 등이다.[7][8][9]

일반 승객을 위한 상업 항공편

가가린 우주인 훈련소의 러시아 일류신 76MDK 내부

노브스페이스는 2012년 과학체험과 동일한 A310 ZERO-G를 이용해 항공편당 40명의 일반 승객과 무중력 체험을 공유하기 위해 에어제로G를 만들었다.[10]이들 항공편은 아비코가 판매하고 있으며, 주로 프랑스 보르도-메리그낙에서 운항하고 있으며, 유럽 우주 연구를 촉진하여 일반 승객들이 무중력 상태를 느낄 수 있도록 하려는 것이다.노베스페이스의 회장 겸 ESA 우주비행사인 장 프랑수아 클레르보이는 A310 Zero-G에 탑승한 하루 동안의 우주비행사와 함께 비행한다.비행이 끝난 후, 그는 우주 탐사에 대해 설명하고, 그의 커리어를 따라 했던 세 번의 우주 여행에 대해 이야기한다.이 항공기는 2017년 톰 크루즈와 아나벨 월리스가 미이라를 위해 사용하는 등 영화 목적에도 이용됐다.[11]

피터 디아만디스, 바이런 리히텐버그, 레이 크로니즈가 1993년 설립한 제로 그라비티 코퍼레이션은 포물선 호를 띄워 25~30초의 무중력 상태를 만드는 개조된 보잉 727을 운용하고 있다.항공편은 관광 목적과 연구 목적 모두를 위해 구입할 수 있다.

지상낙하시설

NASA 무중력 연구 시설에서 무중력 시험

연구 목적을 위해 무중력 상태를 생성하는 지상 설비를 일반적으로 드롭 튜브 또는 드롭 타워라고 한다.

오하이오주 클리블랜드의 글렌 연구센터에 위치한 NASA의 제로 중력 연구 시설은 지상에서 크게 아래쪽에 있는 145m 수직축으로, 실험 차량이 5.18초 동안 자유 낙하하여 132m의 거리를 떨어뜨릴 수 있는 일체형 진공 낙하 챔버를 갖추고 있다.실험 차량은 확장된 폴리스티렌의 약 4.5m의 펠릿에서 정지하며 65g의 피크 감속률을 경험한다.

또한 NASA 글렌에는 낙하 거리가 24.1m인 2.2초 강하탑이 있다. 공기 드래그 효과를 줄이기 위해 실험이 드래그 실드에 담겨 있다.전체 포장은 약 20g의 피크 감속률로 3.3m 높이의 에어백에서 정지된다.무중력 설비가 하루에 한두 방울씩 투하하는 반면 2.2초 투하탑은 하루 최대 12방울까지 투하할 수 있다.

NASA의 마샬 우주비행센터는 105m 높이의 또 다른 낙하 튜브 시설을 보유하고 있으며 진공에 가까운 조건에서 4.6초의 자유 낙하 기능을 제공한다.[12]

낙하실에 의해 경험되는 감속은 그것을 사용하는 모든 사람을 죽이거나 심각한 부상을 입힐 가능성이 있기 때문에 인간은 이러한 중력축을 이용할 수 없다; 20 g는 건강하고 건강한 사람이 부상을 입지 않고 순간적으로 견딜 수 있는 가장 높은 감속이다.[citation needed]

전 세계의 다른 낙하 시설로는 다음과 같은 것들이 있다.

중성 부력

무중력 상태의 일부와 유사한 조건들은 또한 인간 피실험자와 장비가 물 환경에 놓이고 그들이 제자리에 맴돌 때까지 가중치나 부력을 받는 중립 부력의 상태를 만들어 시뮬레이션할 수 있다.NASA는 중립 부력 연구소에서 차량 외 활동(EVA)을 준비하기 위해 중립 부력을 사용한다.중성 부력은 대학이나 대학에서 유일한 중성 부력 탱크를 운영하는 메릴랜드 대학교 우주 시스템 연구소의 EVA 연구에도 사용된다.

중립 부력은 무중력 상태와 같지 않다.중력은 여전히 중립 부력 탱크에 있는 모든 물체에 작용한다. 따라서 중립 부력 훈련을 하는 우주비행사들은 비록 무게가 잘 분산되어 있고, 물침대의 인체에 가해지는 힘과 유사하지만, 또는 단순히 물 속에 떠 있을 때, 여전히 우주복 안에서 전신의 체중을 느낀다.우주복과 우주비행사는 중립 부력의 스쿠버 다이버와 같이 떠다니거나 물속에서 떠다니는 어떤 물체에 대해서도 그물 힘을 받지 않는다.물은 또한 드래그를 생성하는데, 이것은 진공 상태에서는 존재하지 않는다.이러한 의미에서 무중력성은 밀도가 0인 매질의 중성 부력과 같거나 밀도가 있는 매체의 질량 중심에 중성 부력과 같을 것이다.

우주선의 무중력 상태

궤도를 선회하는 우주선에서 가속과 속도 벡터의 관계
미국 우주 비행사 마샤 아이빈스는 STS-98 기간 동안 긴 머리에 무중력 상태가 미치는 영향을 보여준다.

추진력을 가하지 않고 차량이 회전하지 않는 한 행성의 대기권 밖의 우주선에서 장기간 무중력 상태가 발생한다.무중력 상태는 우주선이 엔진을 발사할 때나 대기권에 재진입할 때, 그 결과 가속도가 일정하더라도 발생하지 않는다.엔진이 제공하는 추력은 우주선에 균일하게 작용하기보다는 로켓 노즐의 표면에 작용하며, 우주선의 구조를 통해 압축력과 인장력을 통해 내부의 물체나 사람에게 전달된다.

궤도를 선회하는 우주선의 무중력성은 자유 낙하와 물리적으로 동일하며, 중력 가속도가 우주선 속도의 크기가 아닌 방향의 순변화를 일으킨다는 차이가 있다.가속 벡터가 속도 벡터에 수직이기 때문이다.전형적인 자유낙하에서는 중력의 가속도가 물체의 속도 방향을 따라 작용하여 물체가 지구 쪽으로 떨어질 때 그 속도를 선형적으로 증가시키거나, 물체가 지구에서 멀어질 경우 속도를 늦춘다.중력의 힘에 대체로 수직인 속도 벡터를 가진 궤도를 도는 우주선의 경우, 중력 가속도는 물체의 속도에 순변동을 일으키지 않고, 대신 중심적으로 작용하여 지구 주위를 돌면서 우주선의 속도를 지속적으로 "회전"한다.가속 벡터는 속도 벡터와 함께 회전하기 때문에 서로 수직으로 유지된다.속도 벡터의 방향에서 이러한 변화가 없다면, 우주선은 지구를 완전히 떠나 직선으로 움직일 것이다.

행성의 중심에 있는 무중력 상태

수직 대칭 행성으로 인한 순 중력은 그 중심에 0이다.이것은 대칭성 때문에 분명하며, 또한 spherically 대칭성 쉘에 의한 순 중력, 예를 들어 텅 빈 공으로 된 공과 같은 것이 텅 빈 공간 내부의 어느 곳에서도 0이라고 기술하고 있는 뉴턴의 껍질 정리로부터도 명백하다.따라서 중심에 있는 물질은 무중력이다.

인간의 건강 영향

주요기사 : 우주비행이 인체에 미치는 영향 및 우주 의학
우주비행사 클레이튼 앤더슨은 디스커버리호에서 큰 물방울로 그의 앞에 떠 있다.응집력은 우주에서 더 큰 역할을 한다.

장기간 거주할 수 있는 우주 정거장의 출현 이후, 무중력 상태에 노출되는 것은 인간의 건강에 해로운 영향을 미친다는 것이 입증되었다.[13]인간은 지구 표면의 물리적 조건에 잘 적응하고 있다.무중력 기간이 길어짐에 따라 다양한 생리적 체계가 변화하고 위축되기 시작한다.비록 이러한 변화들이 대개 일시적이지만, 장기적인 건강 문제가 발생할 수 있다.

무중력 초기 인간이 경험하는 가장 흔한 문제는 우주 적응 증후군 또는 SAS로 알려져 있는데, 흔히 우주 질병이라고 한다.SAS의 증상은 메스꺼움과 구토, 현기증, 두통, 무기력증, 전반적인 질환을 포함한다.[14]SAS의 첫 사례는 1961년 우주비행사 게르만 티토프에 의해 보고되었다.그 이후로, 우주에서 비행을 한 사람들 중 약 45%가 이 질환을 앓았다.우주 멀미의 지속시간은 다양하지만, 어떤 경우에도 72시간 이상 지속되지 않았고, 그 후에는 신체가 새로운 환경에 적응한다.NASA는 Jake Garn 미국 상원의원의 이름을 딴 "Garn scale"을 사용하여 장난스럽게 SAS를 측정한다. Jake Garn은 STS-51-D 동안 SAS가 가장 최악이었다.따라서, 1개의 "Garn"은 SAS의 가장 심각한 경우에 해당한다.[15]

장기 무중력 상태에서 발생하는 가장 큰 부작용은 근육 위축(자세한 내용은 근육량 감소, 우주에서의 강도 및 성능 저하 참조)과 골격의 악화 또는 우주비행 골감소증이다.[14]이러한 효과는 예를 들어 사이클링과 [16]같은 운동요법을 통해 최소화될 수 있다.장시간 무중력 상태에 시달리는 우주비행사들은 허리춤과 커프스 사이에 고무줄이 달린 바지를 입고 다리뼈를 압박하고 골수포니아를 줄인다.[17]적혈구, 균형 장애, 면역 syst 가치 약세 gravity,[19]은 줄고 생산 부족에 대응하여(무중력 상태의"moon-face"외모 우주 비행사들의 사진의 전형적인 원인)[17][18]은 심장 혈관 계통의 혈액 흐름이 느리게 된 감소한 다른 중요한 영향 유동적 재분배를 포함한다.em.증상으로는 체질량 저하, 코막힘, 수면장애, 과도한 편평증, 얼굴의 부기가 있다.이러한 영향은 지구로 돌아오자마자 빠르게 역전되기 시작한다.

게다가, 오랜 우주 비행 임무 후에, 우주 비행사들은 심각한 시력 장애를 겪을 수도 있다.[20][21][22][23][24]그러한 시력 문제는 화성에 대한 승무원 임무를 포함한 향후 우주 심층 비행 임무의 주요 관심사가 될 수 있다.[20][21][22][23][25]높은 수준의 방사선에 노출되는 것은 또한 아테롬성 동맥경화증의 발달에도 영향을 미칠 수 있다.[26]

2012년 12월 31일, NASA가 지원하는 한 연구는 인간의 우주 비행이 우주 비행사들의 뇌에 해를 끼치고 알츠하이머병의 발병을 가속화할 수 있다고 보고했다.[27][28][29]2015년 10월 미 항공우주국(NASA) 감사관은 화성 탐사를 포함해 인간 우주 비행과 관련된 건강 위험 보고서를 발표했다.[30][31]

비인간의 유기체에 미치는 영향

주요기사 : 우주비행이 인체에 미치는 영향, 감염, 우주비행 중 치료, 우주의학

러시아 과학자들은 우주에서 잉태된 바퀴벌레와 지상 바퀴벌레의 차이를 관찰했다.우주에 착안한 바퀴벌레는 더 빨리 자라났고, 또한 더 빠르고 더 단단하게 자랐다.[32]

수정 후 이틀 뒤 미세중력에 넣는 닭알은 제대로 발달하지 못하는 것처럼 보이는 반면 수정 후 일주일 이상 지나면 미세중력에 들어간 달걀은 정상적으로 발달한다.[33]

2006년 우주왕복선 실험 결과 식중독을 일으킬 수 있는 세균인 살모넬라 장티푸륨이 우주에서 배양되면 더욱 독성이 강해진다는 사실이 밝혀졌다.[34]2013년 4월 29일 NASA의 지원을 받는 렌셀라이어 폴리테크닉 연구소의 과학자들은 국제우주정거장에서 우주 비행을 하는 동안 미생물들이 "지구에서 관찰되지 않는" 방식과 "성장과 활력 증대로 이어질 수 있는" 방식으로 우주 환경에 적응하는 것 같다고 보고했다.[35]

특정 시험 조건 하에서 미생물은 우주의[36] 거의 무중력 상태에서 번성하고 외계의 진공에서 살아남는 것이 관찰되어 왔다.[37][38]

무중력에서의 기술적 적응

궤도 조건(오른쪽) 대 지구(왼쪽)의 촛불 불꽃

무중력 상태는 특히 많은 모바일 부품으로 구성된 기술 기기에 심각한 문제를 일으킬 수 있다.몸의 무게에 따라 달라지는 물리적 과정(대류, 조리용수, 촛불 등)은 자유낙하 시 다르게 작용한다.응집력과 집착은 우주에서 더 큰 역할을 한다.씻거나 화장실에 가는 것과 같은 일상적인 일은 적응하지 않고는 불가능하다.국제우주정거장의 화장실과 같이 우주에서 화장실을 이용하기 위해서는 우주비행사들이 좌석에 몸을 고정시켜야 한다.선풍기는 석션하여 노폐물을 밀어낸다.음주는 빨대나 튜브로 돕는다.

참고 항목

메모들

  1. ^ 참고: 가속도계는 자유 낙하로의 급격한 변화를 감지할 수 있지만(장치를 떨어뜨릴 때) 가속도의 변화를 일부 값에서 0으로 측정하여 이를 수행한다.단일 중량 또는 진동 요소를 사용하고 가속도계 내부의 거리에 걸쳐 구배를 측정하지 않는 가속도계(미중력 또는 조력력을 감지하는 데 사용할 수 있음)는 중력장의 자유 낙하와 중력과 멀리 떨어져 있기 때문에 무중력 사이의 차이를 구별할 수 없다.아인슈타인의 강력한 동등성 원칙 때문이다.

참조

  1. ^ Oberg, James (May 1993). "Space myths and misconceptions". Omni. 15 (7). Archived from the original on 2007-09-27. Retrieved 2007-05-02.
  2. ^ 감소된 중력 연구 프로그램
  3. ^ "Loading..." www.nasaexplores.com. Retrieved 24 April 2018.
  4. ^ "Zero-G flying means high stress for an old A310". Flightglobal.com. 2015-03-23. Archived from the original on 2017-08-21. Retrieved 2017-08-23.
  5. ^ "Novespace: microgravity, airborne missions". www.novespace.com. Archived from the original on 31 March 2018. Retrieved 24 April 2018.
  6. ^ European Space Agency. "Parabolic Flight Campaigns". ESA Human Spaceflight web site. Archived from the original on 2012-05-26. Retrieved 2011-10-28.
  7. ^ European Space Agency. "A300 Zero-G". ESA Human Spaceflight web site. Retrieved 2006-11-12.
  8. ^ European Space Agency. "Next campaign". ESA Human Spaceflight web site. Retrieved 2006-11-12.
  9. ^ European Space Agency. "Campaign Organisation". ESA Human Spaceflight web site. Retrieved 2006-11-12.
  10. ^ "French astronaut performs "Moonwalk" on parabolic flight - Air & Cosmos - International". Air & Cosmos - International. Archived from the original on 2017-08-21. Retrieved 2017-08-23.
  11. ^ "Tom Cruise defies gravity in Novespace ZERO-G A310". Archived from the original on 2017-08-21. Retrieved 2017-08-23.
  12. ^ "Marshall Space Flight Center Drop Tube Facility". nasa.gov. Archived from the original on 19 September 2000. Retrieved 24 April 2018.
  13. ^ Chang, Kenneth (27 January 2014). "Beings Not Made for Space". New York Times. Archived from the original on 28 January 2014. Retrieved 27 January 2014.
  14. ^ a b Kanas, Nick; Manzey, Dietrich (2008), "Basic Issues of Human Adaptation to Space Flight", Space Psychology and Psychiatry, Space Technology Library, 22: 15–48, Bibcode:2008spp..book.....K, doi:10.1007/978-1-4020-6770-9_2, ISBN 978-1-4020-6769-3
  15. ^ "NASA - Johnson Space Center History" (PDF). Archived (PDF) from the original on 2012-04-06. Retrieved 2012-05-10., 35 페이지, 존슨 우주 센터 구술 역사 프로젝트, 로버트 스티븐슨 박사와의 인터뷰:

    "제이크 가른은 아팠고, 꽤 아팠어.우리가 그런 이야기를 해야 할지 모르겠어.그러나 어쨌든 제이크 가른은 우주 비행사 군단에 명성을 날렸다. 왜냐하면 그는 누구나 얻을 수 있는 최대의 우주 질병 수준을 나타내기 때문이다. 그래서 완전히 아프고 완전히 무능하다는 표시는 한 가른이다.그 정도 높으면 대부분의 남자들은 아마 10분의 1 가른에 도달할 것이다.그리고 우주 비행사 군단 내에서 그는 그 일로 영원히 기억될 것이다."
  16. ^ Kelly, Scott (2017). Endurance: A Year in Space, a Lifetime of Discovery. With Margaret Lazarus Dean. Alfred A. Knopf, a division of Penguin Random House. p. 174. ISBN 9781524731595. One of the nice things about living in space is that exercise is part of your job ... If I don't exercise six days a week for at least a couple of hours a day, my bones will lose significant mass - 1 percent each month ... Our bodies are smart about getting rid of what's not needed, and my body has started to notice that my bones are not needed in zero gravity. Not having to support our weight, we lose muscle as well.
  17. ^ a b "Wayback Machine에 보관된 2012-05-19 건강 관리", 공간 미래
  18. ^ 「웨이백머신에 보관된 2012-02-21 우주비행의 즐거움」, 아키야마 도요히로 우주기술과학저널, 1993년 봄 1권, 페이지 21-23
  19. ^ "The Crazy Effects That Space Travel Has on the Human Body". buzzle.com. Retrieved 24 April 2018.
  20. ^ a b Mader, T. H.; et al. (2011). "Optic Disc Edema, Globe Flattening, Choroidal Folds, and Hyperopic Shifts Observed in Astronauts after Long-duration Space Flight". Ophthalmology. 118 (10): 2058–2069. doi:10.1016/j.ophtha.2011.06.021. PMID 21849212.
  21. ^ a b Puiu, Tibi (November 9, 2011). "Astronauts' vision severely affected during long space missions". zmescience.com. Archived from the original on November 10, 2011. Retrieved February 9, 2012.
  22. ^ a b "Video News - CNN". CNN. Archived from the original on 4 February 2009. Retrieved 24 April 2018.
  23. ^ a b Space Staff (13 March 2012). "Spaceflight Bad for Astronauts' Vision, Study Suggests". Space.com. Archived from the original on 13 March 2012. Retrieved 14 March 2012.
  24. ^ Kramer, Larry A.; et al. (13 March 2012). "Orbital and Intracranial Effects of Microgravity: Findings at 3-T MR Imaging". Radiology. 263 (3): 819–827. doi:10.1148/radiol.12111986. PMID 22416248. Retrieved 14 March 2012.
  25. ^ Fong, MD, Kevin (12 February 2014). "The Strange, Deadly Effects Mars Would Have on Your Body". Wired. Archived from the original on 14 February 2014. Retrieved 12 February 2014.
  26. ^ Abbasi, Jennifer (20 December 2016). "Do Apollo Astronaut Deaths Shine a Light on Deep Space Radiation and Cardiovascular Disease?". JAMA. 316 (23): 2469–2470. doi:10.1001/jama.2016.12601. PMID 27829076.
  27. ^ Cherry, Jonathan D.; Frost, Jeffrey L.; Lemere, Cynthia A.; Williams, Jacqueline P.; Olschowka, John A.; O'Banion, M. Kerry (2012). "Galactic Cosmic Radiation Leads to Cognitive Impairment and Increased Aβ Plaque Accumulation in a Mouse Model of Alzheimer's Disease". PLOS ONE. 7 (12): e53275. Bibcode:2012PLoSO...753275C. doi:10.1371/journal.pone.0053275. PMC 3534034. PMID 23300905.
  28. ^ Staff (January 1, 2013). "Study Shows that Space Travel is Harmful to the Brain and Could Accelerate Onset of Alzheimer's". SpaceRef. Retrieved January 7, 2013.
  29. ^ Cowing, Keith (January 3, 2013). "Important Research Results NASA Is Not Talking About (Update)". NASA Watch. Retrieved January 7, 2013.
  30. ^ Dunn, Marcia (October 29, 2015). "Report: NASA needs better handle on health hazards for Mars". AP News. Archived from the original on October 30, 2015. Retrieved October 30, 2015.
  31. ^ Staff (October 29, 2015). "NASA's Efforts to Manage Health and Human Performance Risks for Space Exploration (IG-16-003)" (PDF). NASA. Archived (PDF) from the original on October 30, 2015. Retrieved October 29, 2015.
  32. ^ "Mutant super-cockroaches from space". New Scientist. January 21, 2008. Archived from the original on June 4, 2016.
  33. ^ "Egg Experiment in Space Prompts Questions". New York Times. 1989-03-31. Archived from the original on 2009-01-21.
  34. ^ Caspermeyer, Joe (23 September 2007). "Space flight shown to alter ability of bacteria to cause disease". Arizona State University. Archived from the original on 14 September 2017. Retrieved 14 September 2017.
  35. ^ Kim W, et al. (April 29, 2013). "Spaceflight Promotes Biofilm Formation by Pseudomonas aeruginosa". PLOS ONE. 8 (4): e6237. Bibcode:2013PLoSO...862437K. doi:10.1371/journal.pone.0062437. PMC 3639165. PMID 23658630.
  36. ^ Dvorsky, George (13 September 2017). "Alarming Study Indicates Why Certain Bacteria Are More Resistant to Drugs in Space". Gizmodo. Archived from the original on 14 September 2017. Retrieved 14 September 2017.
  37. ^ Dose, K.; Bieger-Dose, A.; Dillmann, R.; Gill, M.; Kerz, O.; Klein, A.; Meinert, H.; Nawroth, T.; Risi, S.; Stridde, C. (1995). "ERA-experiment "space biochemistry"". Advances in Space Research. 16 (8): 119–129. Bibcode:1995AdSpR..16..119D. doi:10.1016/0273-1177(95)00280-R. PMID 11542696.
  38. ^ Horneck G.; Eschweiler, U.; Reitz, G.; Wehner, J.; Willimek, R.; Strauch, K. (1995). "Biological responses to space: results of the experiment "Exobiological Unit" of ERA on EURECA I". Adv. Space Res. 16 (8): 105–18. Bibcode:1995AdSpR..16..105H. doi:10.1016/0273-1177(95)00279-N. PMID 11542695.

외부 링크

위키미디어 커먼스의 무중력 관련 위키미디어의 무중력 사전 정의