Гантеля или бублик? Вопрос об искусственной гравитации в космосе

Или, почему идея бублика несостоятельна.

Так как пишу роман о космосе, хотелось бы быть ближе к научной фантастике, нежели к фентезийной космоопере, поэтому решил углубиться в изучение темы искусственной гравитации.

Вся западная фантастика проникнута идеями о летающих бубликах, бублик выглядит как панацея от всего.

Казалось бы, создай себе бублик и вопрос закрыт. Так делали и в "Космической одиссее", в "Марсианине" и даже в супернаучном "Интерстелларе", где консультантами были настоящие учёные.

Если уж учёные-физики продвигают идею бублика, то куда мне то?

Правда, иногда в фильмах можно было увидеть иное устройство, больше напоминающее по форме гантелю. Например, в фильме "Европа" 2013 года.

Такую же гантель можно было увидеть и в знаменитом "Аватаре".

Впервые, я начал интересоваться искусственной гравитацией лет восемь назад, практически сразу я понял, что идея всемогущего бублика далека от науки, тогда как идея гантели намного ближе к законам физики, правда, окончательный вариант будет выглядеть немного иначе.

Итак, в чём загвоздка?

Прежде всего, следует рассказать как вообще работает "бублик".
"Бублик" это самая обыкновенная центрифуга, вращающаяся с постоянной скоростью. Точно такая же центрифуга вращается у каждого в квартире, в аппарате стиральной машины. Под действием центробежной силы белье отбрасывается на стенку барабана и, таким образом, из него выжимается вода, выходящая сквозь отверстия в барабане.
Всё бы ничего, вот только центрифуга это самобалансирующийся аппарат, который стремится вращаться не вокруг своей оси, а вокруг центра масс и если вы нарушите эту балансировку, то ваша центрифуга начнет вращаться как попало.

Подобные эффекты вы можете наблюдать, когда белье скапливается непропорционально в одном месте у стенки барабана. Стиральная машина начинает очень сильно грохотать. И если белье не распределится равномерно внутри барабана, то неизвестно чем это всё закончится.

Такой же эффект можно наблюдать на неотбалансированных колесах автомобиля, которые стучат во время езды, разбивая тем самым подшипник.

Что из всего этого следует?

Первое, это что внутри космического бублика нельзя перемещать предметы и если вы решили всем экипажем собраться в одном месте, то ваш корабль может постигнуть печальная участь. Все предметы и все пассажиры должны находиться на своих местах, перемещаться можно будет только после полной остановки бублика, из-за чего весь этот механизм теряет смысл.

Второе, это проблема того, что во вращающемся бублике нельзя ни добавить массу, ни убрать. Иными словами, если бублик уже вращается и отбалансирован, вы не сможете в него попасть, так как нарушите баланс и, точно так же, вы не сможете его покинуть.

Конечно, можно сказать, что надо строить гигантские бублики, размером с крупный мегаполис, где вес человека будет незначителен и болтанка неощутима. Но как быть тогда с обычными космическими кораблями? Ведь не могут же все летать на космичекских городах?

Однако, не всё так плохо, проблему можно решить при помощи балансиров, которые, перемещаясь, будут компенсировать прирост-потерю масс. Как вариант, - пустить по внешней стороне бублика маленькие металлические шарики, которые просто катаясь по стенке будут выравнивать центр масс относительно оси вращения. Но тут возникает проблема с трением и ресурс этого механизма вызывает большие вопросы. Даже если использовать смазку как в подшипниках, механизм будет слишком большой и его обслуживание будет требовать постоянного внимания.

В связи с вышесказанным, чудоковатый бублик из столь разрекламированного Интерстеллара выглядит просто смешно и антинаучно.

Что это за нагромождение форм? Где противовесы? Как это всё возможно отбалансировать? Тоже мне учёные...

Но как же тогда решить проблему искусственной гравитации?

Размышляя над этой темой я и вспомнил про, уже упоминавшиеся, гантели. Только схема получилась немного иной. Каюту разместить получилось только на одной стороне гантели, тогда как на другой расположился балансирующий противовес. С противовесом пришлось повозиться, в результате чего получилось устройство с двумя телескопическими гирями, способными выдвигаться и отклоняться в стороны друг от друга. Такое устройство будет существенно проще чем гипотетический мегабалансир бублика, и оно будет способно регулировать любые изменения в массе каюты, болтанка если и будет, то минимальна. Правда, получится не совсем гантеля. Устройство будет похоже на центрифугу для тренировки космонавтов, но с раздвоенным хвостом.

Добавлю пару слов о болтанке. Полагаю, для всех подобных систем, болтанка будет обычным делом, напоминать будет немного качку на корабле, и будет пропадать про остановке центрифуги. Увеличиваться будет по мере износа систем. Так что, если вы хотите подчеркнуть возраст корабля, это можно будет сделать при помощи качки, которую будут легко переносить опытные космонавты и которая будет вызывать неприятные ощущения у новичков.