Самолет с пониженной гравитацией
Самолет с пониженной гравитацией — это тип самолета с неподвижным крылом , который обеспечивает кратковременную среду, близкую к невесомости, для обучения космонавтов , проведения исследований и создания фильмов в условиях невесомости.
Версии таких самолетов эксплуатировались в рамках Программы исследований пониженной гравитации НАСА . [1] и один в настоящее время эксплуатируется в рамках программ пилотируемых космических полетов и роботизированных исследований Европейского космического агентства. Неофициальное прозвище « рвотная комета » стало популярным среди тех, кто пережил их операцию. [2]
История
[ редактировать ]Параболический полет как способ имитации невесомости был впервые предложен немецким аэрокосмическим инженером Фрицем Габером и его братом, физиком Хайнцем Габером в 1950 году. [3] Оба были доставлены в США после Второй мировой войны в рамках операции «Скрепка» . [4] Кроме того, Ши-Чун Ван изучал тошноту у астронавтов по заказу НАСА , что помогло привести к созданию рвотной кометы. [5]
Параболические полеты иногда используются для изучения воздействия невесомости на живой организм. Хотя люди, безусловно, являются наиболее распространенными пассажирами, животные, кроме человека, время от времени участвовали в экспериментах, в том числе в известном эксперименте о том, как невесомость влияет на домашней кошки . рефлекс выпрямления [6] и попытки голубя ориентироваться в невесомости. [7]
Принципы работы
[ редактировать ]Самолет дает пассажирам ощущение невесомости, следуя по параболической траектории полета относительно центра Земли. [8] Следуя по этому пути, самолет и его полезная нагрузка находятся в свободном падении в определенных точках траектории полета . Таким образом, самолет используется, чтобы продемонстрировать астронавтам, что значит находиться на орбите Земли. В это время самолет не оказывает на свое содержимое никакой силы реакции земли , вызывая ощущение невесомости.
Первоначально самолет набирает высоту с углом тангажа 45 градусов с помощью тяги двигателей и органов управления рулем высоты. Ощущение невесомости достигается за счет уменьшения тяги и опускания носовой части для поддержания нейтральной конфигурации или конфигурации «нулевой подъемной силы», при которой самолет следует по баллистической траектории, а тяга двигателя точно компенсирует сопротивление. Невесомость начинается при подъеме и продолжается на протяжении всего пути «вверх-вверх по горку», пока корабль не достигнет угла тангажа вниз около 30 градусов. В этот момент корабль на высокой скорости направлен вниз и должен начать возвращаться в положение носа вверх, чтобы повторить маневр. Тогда на пути вниз, внизу и снова вверх силы примерно вдвое превышают силу гравитации. Это продолжается до тех пор, пока самолет снова не пройдет половину восходящей траектории, и пилот снова не уменьшит тягу и не опустит нос. [9]
Этот самолет используется для обучения астронавтов маневрам в невесомости, давая им около 25 секунд невесомости из 65 секунд полета по каждой параболе . Во время такой тренировки самолет обычно совершает около 40–60 параболических маневров. Примерно у двух третей пассажиров эти рейсы вызывают тошноту из-за воздушной болезни . [10] [11] дав самолету прозвище «рвотная комета».
Параболические траектории свободного падения вблизи Земли (или других массивных объектов) ведут от бесконечности к самой нижней точке, а затем обратно к бесконечности (при условии, что нет других массивных объектов, таких как Солнце). (Небольшой) объект, такой как камень, следующий по такой траектории, будет ускоряться при падении, достигая максимальной скорости в самой низкой точке, пролетит мимо Земли, а затем упадет обратно в бесконечность, замедляясь. Скорость по параболической траектории называется скоростью убегания , которая наибольшая в самой нижней точке (~11,2 км/с для околоземного пролета). На более низких скоростях траектория представляет собой эллипс , где самая низкая скорость находится в самой высокой точке. Самолеты не могут летать со скоростью 11,2 км/с по параболическим траекториям свободного падения, но они могут следовать по суборбитальным эллиптическим траекториям на более низких скоростях, например 0,1 км/с, и таким образом испытывать невесомость. Эти полеты часто называют параболическими, потому что в небольших масштабах Земля плоская, а гравитация существенно не меняется, поэтому траектории почти параболические. Но поскольку Земля круглая, направление гравитации меняется, поэтому медленные траектории становятся эллиптическими. Локальные изменения плотности (горы, вода) вызывают искажения гравитации и искажения траекторий от чистых парабол и эллипсов, возможно, больше, чем небольшая разница между соответствующими участками эллипсов и парабол.
Операторы
[ редактировать ]Канада
[ редактировать ]Канадское космическое агентство и Национальный исследовательский совет используют Falcon 20 для исследований в области микрогравитации. [12] Маленький самолет обычно не используется для того, чтобы люди могли свободно плавать и испытывать невесомость; однако комик Рик Мерсер сделал это в отрывке из своего шоу . [13]
Эквадор
[ редактировать ]
Первым самолетом с нулевой гравитацией, поступившим на вооружение в Латинской Америке, стал Т-39 Sabreliner по прозвищу КОНДОР , который с мая 2008 года эксплуатируется Эквадорским гражданским космическим агентством и ВВС Эквадора . [14] 19 июня 2008 года на этом самолете находился семилетний мальчик, установив мировой рекорд Гиннеса как самый молодой человек, летавший в условиях микрогравитации. [15]
Европа
[ редактировать ]С 1984 года ЕКА и КНЕС выполняли миссии с пониженной гравитацией на различных самолетах, включая НАСА КС-135, Каравеллу , Ил-76МДК и Airbus A300 , известный как Zero-G . В 2014 году производство A300 было прекращено в пользу более современного Airbus A310 , также получившего название Zero-G . [16] Он базируется в аэропорту Бордо-Мериньяк во Франции , которым управляет Novespace, а также летал из парижского аэропорта Ле-Бурже и авиабазы Дюбендорф в Швейцарии. [17] С 1997 года управление этими полетами осуществляет компания Novespace, дочерняя компания CNES. [18]
Этот самолет A310 Zero G также используется для реализации коммерческих рейсов для пассажиров общественного транспорта в партнерстве между оператором Novespace и компанией Avico под брендом Air Zero G. [19] Самолет также использовался в кино: Том Круз и Аннабель Уоллис снимались в фильме «Мумия» в 2017 году. [20]
Россия
[ редактировать ]В России коммерческие рейсы выполняются на самолете Ил-76МДК ; несколько американских компаний заказывают полеты на этих самолетах. [21]
Индийские ВВС подготовки первой партии индийских астронавтов для проекта Гаганьян ISRO также использовали их для . [22]
Соединенные Штаты
[ редактировать ]
НАСА
[ редактировать ]
НАСА в течение многих лет выполняло полеты в невесомости на различных самолетах. В 1959 году астронавты проекта «Меркурий» тренировались на самолете C-131 «Самаритянин», получившем название «рвотная комета». [23]
Сдвоенные стратотанкеры КС-135 использовались до декабря 2004 года, а затем были сняты с вооружения. Один из них, KC-135A, зарегистрированный N930NA (также известный как NASA 930, ранее серийный номер ВВС США 59-1481), совершил более 58 000 парабол после того, как НАСА приобрело его в 1973 году, а затем был снят с эксплуатации в 1995 году. Сейчас он выставлен в Эллингтоне. Поле , недалеко от Космического центра Джонсона . Другой (N931NA или NASA 931, ранее серийный номер AF 63-7998) также использовался Universal Pictures и Imagine Entertainment для съемок сцен, связанных с невесомостью, в фильме «Аполлон-13» ; свой последний полет он совершил 29 октября 2004 года и постоянно хранится в Музее авиации и космонавтики Пима в Тусоне, штат Аризона.
В 2005 году НАСА заменило эти самолеты McDonnell Douglas C-9B Skytrain II (N932NA), ранее принадлежавшие KLM Royal Dutch Airlines и ВМС США . [24]
НАСА завершило программу исследований пониженной гравитации и прекратило работу в июле 2014 года из-за технических проблем самолета. Его заменяют контракты с частными компаниями.
По состоянию на 2015 год [update] НАСА заключило контракт на оказание услуг в области микрогравитации с корпорацией Zero Gravity Corporation (ZERO-G) и использовало ее самолет G-FORCE ONE, модифицированный Боинг 727-200 . [25]
Другие операторы
[ редактировать ]В конце 2004 года корпорация Zero Gravity стала первой компанией в США, предложившей широкой публике полеты в невесомости на самолетах Boeing 727 . Каждый полет состоит примерно из 15 парабол, включая симуляцию уровней гравитации Луны и Марса, а также полную невесомость. [26] Этот профиль позволяет клиентам ZERO-G наслаждаться невесомостью с минимальным дискомфортом при движении.
В 2015 году компания Integrated Spaceflight Services начала выступать в качестве интегратора исследований и образования Национального исследовательского совета Канады на рынке США, предлагая комплексные услуги в условиях пониженной гравитации на модифицированном самолете Falcon 20 . [27] МКС проводила ежегодные кампании по исследованию микрогравитации для оценки скафандров и других технологий в рамках проекта PoSSUM . [28]
Aurora Aerospace в Олдсмаре, Флорида, предлагает полеты в невесомости на самолете Fuji/Rockwell Commander 700 . Он также используется для моделирования гравитации Луны и Марса. [29]
воздушная болезнь
[ редактировать ]По словам бывшего директора программы исследований пониженной гравитации Джона Яниека, тревога больше всего способствует воздушной болезни пассажиров. Стресс в их организме вызывает чувство паники и, следовательно, вызывает у пассажира рвоту. Янец дает приблизительную оценку количества пассажиров: «одна треть [становится] тяжело больной, следующая треть — умеренно больной, а последняя треть — вообще нет». Рвоту называют «болезнью». [10]
Скополамин часто используется в качестве противорвотного средства во время тренировок в условиях пониженной гравитации. [30]
Использование в медиапроизводстве
[ редактировать ]В фильме 1995 года «Аполлон-13» многие сцены были сняты на борту параболического самолета НАСА KC-135.
В 2016 году рок-группа OK Go записала видеоклип на свой сингл « Upside Down & Inside Out » на самолете с пониженной гравитацией, в котором использовалась акробатическая хореография, созданная специально для условий невесомости. [31]
Компания по производству развлечений для взрослых Private Media Group сняла порнографический фильм под названием «Эксперимент на Уране: Часть вторая» , в котором сцена полового акта в невесомости была снята на борту самолета с пониженной гравитацией. Процесс съемок был особенно сложным с технической и логистической точки зрения. Бюджетные ограничения позволили снять только один 20-секундный кадр с участием актеров Сильвии Сэйнт и Ника Лэнга. [32] Берт Милтон-младший , президент и генеральный директор Private Media Group, сказал в 2000 году: «Вы не захотите бояться летать, это точно!» [33]
Корпорация ZERO-G была показана в эпизоде сериала «Разрушители мифов» НАСА «Заговор посадки на Луну», в котором она управляла Адамом Сэвиджем и Джейми Хайнеманом по специальной траектории полета, имитирующей гравитацию Луны. Это позволило Сэвиджу воспроизвести кадры прогулки Нила Армстронга по Луне, опровергнув утверждения о том, что кадры были подделаны.
См. также
[ редактировать ]- Микро-g среда
- Космический туризм
- Обучение космонавтов
- Исследовательский центр невесомости
- Бременская вышка
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Программа НАСА по исследованию пониженной гравитации» . Jsc-aircraft-ops.jsc.nasa.gov. 17 марта 2009 г. Архивировано из оригинала 25 августа 2009 г. Проверено 14 сентября 2009 г.
- ^ «НАСА - Что такое рвотная комета?» . Архивировано из оригинала 5 мая 2012 года . Проверено 15 мая 2012 г.
- ^ Хабер, Фриц; Хабер, Хайнц (1950). «Возможные методы создания невесомого состояния для медицинских исследований». Журнал авиационной медицины . 21 (5): 395–400. ПМИД 14778792 . Краткое содержание статьи: Кэмпбелл, Марк Р. (2009). «Классика космической медицины. Возможные методы создания негравитационного состояния для медицинских исследований». Авиационная, космическая и экологическая медицина . 80 (12): 1077. doi : 10.3357/ASEM.26010.2009 . ПМИД 20027862 .
- ^ Буркхард, Форд (28 августа 1998 г.). «Фриц Габер, 86 лет, умер; имитация невесомости космоса» . Нью-Йорк Таймс .
- ^ «Новый канцлер пошла своим путем | Новости» . news-gazette.com. 16 октября 2011 г. Проверено 16 февраля 2020 г.
- ^ «Невесомые кошки – приземляются ли космические кошки на ноги?» . Ютуб. 11 января 2011 г. Проверено 16 февраля 2020 г.
- ^ «Голуби в космосе» . Ютуб. 04 февраля 2011 г. Проверено 16 февраля 2020 г.
- ^ Уильям Тиррелл Томсон, Введение в космическую динамику, Дувр, 1986. с. 91.
- ^ «Траектория полета С-9В» . Jsc-aircraft-ops.jsc.nasa.gov. 17 марта 2009 г. Архивировано из оригинала 13 декабря 2009 г. Проверено 14 сентября 2009 г.
- ^ Jump up to: а б Голайтли, Глен (20 октября 1999 г.). «Полет рвотной кометы имеет свои взлеты и падения» . space.com. Архивировано из оригинала 10 марта 2006 г.
- ^ «Пониженная гравитация: блог о рвотных кометах» . Центр физики . 10 мая 2005 года . Проверено 7 ноября 2007 г.
- ^ «Сокол 20 — Объекты — NRC-CNRC» . Архивировано из оригинала 11 июня 2011 года . Проверено 26 июня 2009 г.
- ^ «РМР: Рик и невесомость» . Ютуб. 16 июня 2011 г. Проверено 24 февраля 2016 г.
- ^ «Экса и Фейри разрабатывают первый самолет с невесомостью в Латинской Америке» . Экз.эк. 10 апреля 2008 г. Проверено 14 сентября 2009 г.
- ^ «Самый молодой человек, испытавший микрогравитацию» . Guinnessworldrecords.com . Проверено 14 сентября 2009 г.
- ^ «Воздух невесомости о нас» . airzerog.com . Проверено 11 марта 2014 г.
- ^ «Программа ЕКА A300 Zero-G» (на голландском языке). Spaceflight.esa.int. Архивировано из оригинала 28 августа 2009 г. Проверено 14 сентября 2009 г.
- ^ «CNES: PR56-2004 — Новая кампания по параболическим полетам» . Архивировано из оригинала 27 июня 2009 года . Проверено 4 октября 2008 г.
- ^ «Французский астронавт совершает «Лунную походку» на параболическом полете — Air & Cosmos — International» . Воздух и Космос - Международный . Проверено 29 августа 2017 г.
- ^ « Мумия: за кулисами трюка в невесомости (эксклюзив)» . Голливудский репортер . Проверено 29 августа 2017 г.
- ^ «Полёты в невесомости становятся мейнстримом – Технологии и наука – Космос» . Новости Эн-Би-Си . 16 сентября 2004 г. Архивировано из оригинала 29 августа 2014 года . Проверено 24 февраля 2016 г.
- ^ Шарма, Риту (04 марта 2024 г.). «От летчиков-истребителей до космонавтов - как самолет Ил-76 помог Индии подготовить своих «вьомнаутов» к первому пилотируемому космическому полету» . Последние новости Азии, Ближнего Востока, Евразии, Индии . Проверено 21 мая 2024 г.
- ^ «Астронавты Меркурия в полете в невесомости на самолете С-131» . 2 августа 2006 г. Архивировано из оригинала 14 февраля 2015 г. Проверено 14 мая 2013 г. . На странице размещена фотография НАСА, датированная 01.01.1959.
- ^ «История C-9B» . НАСА . Архивировано из оригинала 15 декабря 2009 г. Проверено 14 сентября 2009 г.
- ^ «Программа «Полетные возможности» . НАСА . Проверено 22 апреля 2013 г.
- ^ Бойл, Алан (16 сентября 2004 г.). «Полёты в невесомости становятся мейнстримом» . Новости Эн-Би-Си. Архивировано из оригинала 29 августа 2014 года . Проверено 14 сентября 2009 г.
- ^ «Интегрированные услуги космических полетов» . Integratedspaceflight.com . Проверено 6 апреля 2015 г.
- ^ «Частный скафандр проходит испытания в невесомости для подготовки к коммерческому полету» . 20.11.2017 . Проверено 7 августа 2020 г.
- ^ «Наши программы обучения» . Аврора Аэроспейс . Архивировано из оригинала 30 января 2009 г.
- ^ Фиппс, штат Вашингтон; Инь, З; Бэ, С; Шарп, Джей Зи; Бишара, AM; Нельсон, ЕС; Уивер, А.С.; Браун, Д; Маккей, ТЛ; Гриффин, Д; Чан, EY (2014). «Демонстрация аппаратного обеспечения в условиях пониженной гравитации прототипа миниатюрного проточного цитометра и сопутствующей технологии микрофлюидного смешивания» . J Vis Exp (93): e51743. дои : 10.3791/51743 . ПМК 4354048 . ПМИД 25490614 .
- ^ Аллен, Ретт (12 февраля 2016 г.). «Физика нового эпического видео о невесомости от OK Go» . Проводной . ISSN 1059-1028 . Проверено 23 июля 2021 г.
- ^ «Секс-фильм в невесомости» претендует на награду . SPACE.com . 16 мая 2000 г. Архивировано из оригинала 20 июня 2000 г. Проверено 25 января 2014 г.
- ^ « Смело идти»: «Звездный путь, секс и космос» . SPACE.com . 16 мая 2000 г. Архивировано из оригинала 6 июля 2008 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Хабер, Фриц и Хабер, Хайнц: «Возможные методы создания негравитационного состояния для медицинских исследований», Журнал авиационной медицины XXI (1950).
- Кармали, Фейсал и Шелхамер, Марк. «Динамика параболического полета: характеристики полета и восприятие пассажиров» . Акта Астронавтика (2008).
- Истон, Пэм (30 октября 2004 г.). Невесомый самолет НАСА снят с производства . Ассошиэйтед Пресс.
- Голайтли, Глен (15 мая 2000 г.). Рвотная комета находит дом . Хьюстонское бюро Space.com.
- Овербай, Деннис (1 марта 2007 г.), « Планы Стивена Хокинга - прелюдия к путешествию всей его жизни», New York Times .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Программа исследований пониженной гравитации
- Программа «Возможности полетов»
- Интервью с Джоном Яниеком
- Incredible Adventures — компания из Флориды, основанная в 1995 году и предлагающая частное обучение полетам в невесомости в Тампе, Флорида.
- О программе НАСА по исследованию пониженной гравитации
- ООО «Вегитель» — российская компания, предлагающая полеты в невесомости на широкофюзеляжном самолете Ил-76 МДК.
- Виртуальный тур по самолету Airbus A-300 Zero-G .
- Варианты C-135, часть 6 - включает масштабный чертеж NASA 930.
- Эксперимент с пониженной гравитацией на КС-135А НАСА