24.10.2026 20:37
avshkol 51 12000 Источник
Концепция троса, соединяющего две большие массы, — это самый дешевый и наименее ресурсоёмкий способ создания среды с искусственной гравитацией, которая могла бы вместить несколько астронавтов в открытом космосе. Но готов ли этот тип технологий к практическому применению, зависит от того, насколько наши инженерные возможности позволяют справиться с задачей поддержания стабильности троса на достаточно больших расстояниях, чтобы сделать среду пригодной для жизни людей. Источник: CL Vancil/Wikimedia Commons
Концепция троса, соединяющего две большие массы, — это самый дешевый и наименее ресурсоёмкий способ создания среды с искусственной гравитацией, которая могла бы вместить несколько астронавтов в открытом космосе. Но готов ли этот тип технологий к практическому применению, зависит от того, насколько наши инженерные возможности позволяют справиться с задачей поддержания стабильности троса на достаточно больших расстояниях, чтобы сделать среду пригодной для жизни людей. Источник: CL Vancil/Wikimedia Commons

Огромным препятствием для нормального существования человеческого организма в космосе является то, что мы плохо переносим условия невесомости или пониженной гравитации. Могут ли две вращающиеся капсулы, соединенные тросом, решить эту проблему?

Итан Сигел, 9 октября 2026

Ключевые тезисы:

  • В условиях микрогравитации космического пространства человеческий организм страдает от множества недугов: космической слепоты, потери костной массы, атрофии мышц, нарушений сна и др.

  • Чтобы противодействовать долгосрочным последствиям, которые среда с нулевой гравитацией (или микрогравитацией) оказывает на человеческое тело, многие предлагают использовать принцип эквивалентности Эйнштейна, заменив гравитационное ускорение другим типом ускорения, и это вполне осуществимая альтернатива.

  • Однако большинство планов по созданию искусственной гравитации, когда вращательное движение и центростремительное ускорение позволяют относительно небольшим космическим структурам имитировать гравитацию, сталкиваются с огромной проблемой: побочными вестибулярными эффектами. Вот главное биологическое препятствие, с которым людям придется считаться.

Если мы хотим отправиться в космос на значительный срок, мы должны быть готовы столкнуться с рядом недугов. Среда с нулевой гравитацией (или микрогравитацией) в космосе во многих отношениях катастрофична для нормальных повседневных функций человеческого тела. В отсутствие гравитации, которая ориентирует нас, тянет наши органы вниз и обеспечивает сопротивление, заставляющее наше тело строить и поддерживать крепкие кости и мышцы, возникают различные виды проблем, которые накапливаются и усугубляются по мере того, чем дольше мы остаемся в космосе. Есть веская причина, по которой большинство астронавтов проводят в космосе лишь относительно короткий период времени: наши тела сильно деградируют в условиях невесомости, делая нас менее приспособленными к успешной жизни на Земле после возвращения.

Одним из способов обойти эту проблему было бы создание искусственной гравитации в космосе. В конце концов, одним из величайших прозрений Эйнштейна был принцип эквивалентности: осознание того, что гравитация — это просто иная форма ускорения, и что наблюдатель, испытывающий это ускорение, не сможет определить, является ли оно гравитационным или негравитационным. Итак, могли бы мы использовать определенный тип недорогого искусственного ускорения — с двумя отдельными вращающимися кораблями, соединенными тросом, чтобы обеспечить эту искусственную гравитацию? Об этом спрашивает Джон Томлинсон в своем письме:

«Какой длины должен быть кевларовый трос, чтобы астронавты ощущали центростремительное ускорение так же комфортно, как и гравитацию? Почему бы нам не отправить на орбиту километровый кевларовый трос, растянуть его между двумя капсулами, раскрутить и получить искусственную гравитацию?»

В принципе, мы могли бы это сделать. В принципе, мы могли бы даже сделать эквивалент величины гравитации на поверхности Земли. Но на практике это столкнётся с серьезными препятствиями. Ниже о том, какие трудности и проблемы будут преследовать нас на этом пути.

Здесь, на Земле, в гравитационном поле нашей планеты, нет способа «экранировать» себя от гравитационного влияния Земли, поскольку не существует гравитационно отрицательных зарядов, масс или форм энергии. В этой закрытой комнате наблюдаются условия свободного падения, когда наблюдатели в комнате не испытывают чистого ускорения относительно своего окружения. Находясь внутри комнаты, нельзя сказать, покоитесь ли вы или движетесь равномерно, можно лишь понять, что ваше ускорение относительно окружения равно нулю, так как вы испытываете ощущение невесомости. Источник: Jim Campbell
Здесь, на Земле, в гравитационном поле нашей планеты, нет способа «экранировать» себя от гравитационного влияния Земли, поскольку не существует гравитационно отрицательных зарядов, масс или форм энергии. В этой закрытой комнате наблюдаются условия свободного падения, когда наблюдатели в комнате не испытывают чистого ускорения относительно своего окружения. Находясь внутри комнаты, нельзя сказать, покоитесь ли вы или движетесь равномерно, можно лишь понять, что ваше ускорение относительно окружения равно нулю, так как вы испытываете ощущение невесомости. Источник: Jim Campbell

Для NASA давно не секрет, что долгосрочные, кумулятивные эффекты космических полетов на человеческий организм являются глубокими и в подавляющем большинстве негативными. Сейчас для их количественной оценки используют акроним RIDGE, обозначающий виды неблагоприятных воздействий:

  • Radiation (Радиация), включая электромагнитное и корпускулярное излучение,

  • Isolation (Изоляция), включая отрыв от людей и пребывание в замкнутом пространстве,

  • Distance (Расстояние), а именно удаленность от планеты Земля,

  • Gravity (Гравитация), то есть пониженная (нулевая/микро) гравитация, возникающая при покидании Земли, и

  • Environment (Окружающая среда), что означает пребывание во враждебном, тесном, замкнутом пространстве.

С радиацией можно справиться, обеспечив значительные слои защиты и оставаясь под влиянием магнитосферы Земли и поясов Ван Аллена. Было показано, что изоляция влияет лишь на некоторых астронавтов и только в краткосрочной перспективе, как продемонстрировал нынешний рекордсмен по продолжительности непрерывного космического полета Валерий Поляков на станции «Мир» в 1994–1995 годах. Расстояние и окружающая среда не обязательно являются фатальными факторами, поскольку это в значительной степени психологические эффекты, которые можно смягчить с помощью различных вмешательств или просто путем отбора людей, которые не так сильно подвержены их влиянию.

Но гравитация, буква «G» в RIDGE, является реальной проблемой для астронавтов как на физическом, так и на психологическом уровне.

На этой фотографии изображен космонавт Валерий Поляков 6 февраля 1995 года, на тринадцатом месяце своего рекордного пребывания в космосе на борту орбитальной станции «Мир». Фотография была сделана с борта космического челнока NASA Discovery (STS-63) во время сближения с базовым блоком «Мир». Источник: NASA
На этой фотографии изображен космонавт Валерий Поляков 6 февраля 1995 года, на тринадцатом месяце своего рекордного пребывания в космосе на борту орбитальной станции «Мир». Фотография была сделана с борта космического челнока NASA Discovery (STS-63) во время сближения с базовым блоком «Мир». Источник: NASA

Гравитация здесь, на Земле, выполняет множество функций и удаление этой гравитационной силы (точнее, удаление силы нормальной реакции опоры, которая толкает нас вверх в гравитационном поле Земли) лишает нас возможности выполнять эти функции или затрудняет их. К ним относятся следующие:

  • Проприоцепция, или способность знать границы своего тела и понимать, как силы, которые мы прикладываем к телу, связаны с его движением. Без ориентирующей силы гравитации нашему мозгу приходится заново всему этому учиться.

  • Наличие силы нормальной реакции опоры, толкающей нас вверх, когда мы лежим, сидим, стоим, ходим или бежим, обеспечивает сопротивление, укрепляя наши мышцы и кости и давая нам ощущение стабильного равновесия. Подобно состоянию свободного падения на американских горках, астронавты в невесомости испытывают постоянное чувство тошноты: как будто их желудок подступил к горлу.

  • Возможность лучше засыпать, когда мы ложимся. В невесомости нет понятия «вниз», и, следовательно, нет положения для лежания, которое было бы удобным для человеческого тела. Ранее, уже в этом веке, NASA внедрило программу «подушконавт» (pillownaut) и обнаружило, что при моделировании нулевой/пониженной гравитации путем наклона кроватей под углом вниз участники гораздо хуже засыпали и поддерживали сон.

  • И, наконец, гравитация позволяет жидкостям нашего тела достигать положения равновесия внутри организма. Нарушение этого равновесия влияет на все: от космической анемии до заболеваний носовых пазух и нашей способности вообще видеть, а также создает постоянную срочную потребность организма в мочеиспускании, непрерывно рискуя обезвоживанием.

С течением времени это приводит ко множеству недугов, включая остеопению, тяжелую потерю плотности костной ткани (со скоростью 1,5% в месяц) а также атрофию мышц тела с гораздо большей скоростью, с потерей 10–20% мышечной массы в течение нескольких недель. Очень немногие астронавты, находившиеся в космосе долгое время, способны даже ходить своими силами сразу после возвращения на Землю.

В 2015 году итальянский астронавт Европейского космического агентства Саманта Кристофоретти вернулась на Землю на борту капсулы «Союз ТМА-15М» после службы на Международной космической станции в рамках 43-й экспедиции. Ей потребовалась помощь при выходе из капсулы и после, из-за того, что, как и у многих астронавтов, возвращающихся на Землю, атрофия мышц и потеря плотности костной ткани делали для неё невероятно рискованным и небезопасным самостоятельное хождение сразу после приземления. Источник: NASA/Bill Ingalls
В 2015 году итальянский астронавт Европейского космического агентства Саманта Кристофоретти вернулась на Землю на борту капсулы «Союз ТМА-15М» после службы на Международной космической станции в рамках 43-й экспедиции. Ей потребовалась помощь при выходе из капсулы и после, из‑за того, что, как и у многих астронавтов, возвращающихся на Землю, атрофия мышц и потеря плотности костной ткани делали для неё невероятно рискованным и небезопасным самостоятельное хождение сразу после приземления. Источник: NASA/Bill Ingalls

Однако Эйнштейн даёт нам способ спастись от этих последствий. Люди действительно могли бы проводить длительные периоды времени в космосе, гораздо дольше нынешнего 14-месячного рекорда, если бы вместо пребывания в условиях естественной гравитации, характерной для поверхности Земли, мы ускорялись в космическом корабле, находящемся либо на орбите Земли, либо в другой точке межпланетного пространства. Принцип эквивалентности Эйнштейна гласит, что для любого наблюдателя в закрытой среде (например, в лифте или ракете) нет способа отличить гравитационное ускорение, которое ускоряет всё вниз к центру Земли, от любого другого типа ускорения. Оба типа одинаково хорошо нас ориентируют по направлению этого ускорения.

Простейший случай — это линейное ускорение: когда ракета непрерывно разгоняется, ускоряя всё внутри с постоянным ускорением, потенциально даже эквивалентным земному g, или 9,8 м/с2. Если обеспечивать такое ускорение непрерывно, астронавты внутри будут испытывать те же силы: как ту же силу нормальной реакции опоры от окружающей среды, так и те же физиологические силы внутри своего тела, которые обычно наблюдаются в состоянии покоя здесь, на поверхности Земли. Это был бы самый простой и прямой способ обеспечить искусственную гравитацию, но он также требует использования в устойчивом режиме огромного количества энергии: это нужно для обеспечения непрерывной тяги для создания этого линейного ускорения.

Эта картинка показывает анимацию в реальном времени того, как выглядела бы вращающаяся космическая станция диаметром 50 метров, где два красных шара выпускаются из состояния покоя и продолжают следовать по пути, заданному исключительно движением станции. Шар в центре остается в центре, но шар вдоль края отскакивает от одной точки к другой, подчиняясь силам центростремительного ускорения при вращении космической станции. Между последовательными отскоками проходит примерно одна шестая оборота, хотя силы Кориолиса, действующие на человека на такой станции, были бы невероятно некомфортными. Источник: P. Fraundorf/Wikimedia Commons
Эта картинка показывает анимацию в реальном времени того, как выглядела бы вращающаяся космическая станция диаметром 50 метров, где два красных шара выпускаются из состояния покоя и продолжают следовать по пути, заданному исключительно движением станции. Шар в центре остается в центре, но шар вдоль края отскакивает от одной точки к другой, подчиняясь силам центростремительного ускорения при вращении космической станции. Между последовательными отскоками проходит примерно одна шестая оборота, хотя силы Кориолиса, действующие на человека на такой станции, были бы невероятно некомфортными. Источник: P. Fraundorf/Wikimedia Commons

Альтернативой является то, что нам предлагают рассмотреть: что, если вместо линейного ускорения мы будем использовать вращательное ускорение? Это умное решение, которое рассматривается как минимум с 1929 года, когда исследователь, известный как Нордунг (Noordung, настоящее имя Герман Поточник, Hermann Potočnik), написал книгу под названием «Проблема космических путешествий», её английский перевод предоставлен NASA здесь. Хотя существует множество возможных конструкций, использующих эту концепцию, простейшая из них предполагает наличие большой цилиндрической или колесообразной космической станции, вращающейся вокруг своей центральной оси: невесомость в центре, но вращение создает центростремительную силу вдоль всего внешнего края. (Эта концепция стала широко известной после использования в космической станции в фильме 1968 года «2001 год: Космическая одиссея».)

Самая дешевая, наименее затратная версия, вместо строительства крупной конструкции, такой как цилиндр или колесо, такова:

  • Создать две капсулы равной массы,

  • развести их на определенное расстояние,

  • соединить их тросом, который нельзя растянуть или разорвать,

  • а затем привести их в относительное движение — равномерное движение по окружности вокруг их общего центра масс,

    и они будут продолжать вращаться вокруг этой фиксированной точки, при этом центростремительное ускорение обеспечивает силу нормальной реакции опоры, всегда направленную к противоположной капсуле. На протяжении XX и XXI веков эта конструкция давала плодотворную почву для художников, футуристов и энтузиастов космоса всех мастей.

Тросы использовались в космосе с первых дней космических полетов, как иллюстрирует этот 24-метровый трос космического корабля Gemini-11 с целевым стыковочным аппаратом Agena. Этот снимок был сделан после отсоединения троса. Тросы могут служить многим целям в космосе, и создание связи для вращающейся системы, обеспечивающей искусственную гравитацию, является одной из них. Источник: NASA
Тросы использовались в космосе с первых дней космических полетов, как иллюстрирует этот 24-метровый трос космического корабля Gemini-11 с целевым стыковочным аппаратом Agena. Этот снимок был сделан после отсоединения троса. Тросы могут служить многим целям в космосе, и создание связи для вращающейся системы, обеспечивающей искусственную гравитацию, является одной из них. Источник: NASA

Но является ли это реально осуществимым решением проблемы обеспечения устойчивого долгосрочного присутствия человека в космосе?

Если мы хотим создать значительное количество искусственной гравитации, например, близкое к земному g, нужно, чтобы наш космический корабль вращался с определенной скоростью, где центростремительное ускорение определяется формулой a = v2/r. Поскольку угловая скорость сама по себе равна v/r, это означает, что если мы хотим воспроизвести гравитационное ускорение Земли, набор капсул, разделенных тросом:

  • длиной 20 метров требует вращения со скоростью чуть менее 10 оборотов в минуту,

  • длиной 200 метров требует вращения со скоростью около 3 оборотов в минуту,

  • и длиной 2000 метров требует вращения со скоростью чуть менее 1 оборота в минуту,

    что иллюстрирует главный недостаток этого подхода.

Проблема в том, что космический корабль должен вращаться довольно быстро во всех случаях и должен накапливать большой угловой момент (момент импульса), сохраняя при этом баланс вокруг центра масс. Чем выше скорость, с которой нам нужно двигаться, и чем больше радиус от центра масс (или центра вращения), тем больше угловой момент, и во всех трех примерах он очень велик. 20-метровый трос требует скорости около 9,9 м/с, 200-метровый трос требует скорости около 31,3 м/с, а 2000-метровый трос требует впечатляющей скорости 99 м/с. Как видите, большие расстояния требуют накопления больших количеств углового момента, и удержать это в деликатном балансе — огромная задача.

Хотя центрифуги большего диаметра (или тросы с большим расстоянием между концами) могут легче достигать центростремительных ускорений в 1g, сопоставимых с гравитацией Земли, за счет меньшего количества оборотов в минуту, они требуют больших абсолютных скоростей и гораздо больших общих значений углового момента. Это создаёт значительные трудности во множестве направлений при строительстве объекта с искусственной гравитацией, пригодного для обитания человека в космосе. Источник: Tkmckenzie/Wikimedia Commons
Хотя центрифуги большего диаметра (или тросы с большим расстоянием между концами) могут легче достигать центростремительных ускорений в 1 g, сопоставимых с гравитацией Земли, за счет меньшего количества оборотов в минуту, они требуют больших абсолютных скоростей и гораздо больших общих значений углового момента. Это создаёт значительные трудности во множестве направлений при строительстве объекта с искусственной гравитацией, пригодного для обитания человека в космосе. Источник: Tkmckenzie/Wikimedia Commons

Это также создаёт большую проблему для людей, которые, например, стоят на полу. Если предположить, что средний астронавт имеет рост около 1,7 метра (170 см), это означает, что существует огромная разница в ощущениях между ускорением, которое вы чувствуете ногами, и ускорением, которое вы чувствуете головой. Здесь, на Земле, поскольку радиус Земли огромен (более 6000 километров), а скорость вращения Земли относительно низка, всего один оборот в день, разница между ускорениями на вашей голове и на ваших ногах крошечная: около 500 частей на миллиард.

Однако, если ускорение создается искусственно, за счет подобного вращения, разница в ускорении может стать очень и очень большой.

  • Для троса длиной 2000 метров разница составляет около 0,02 м/с2, что примерно соответствует порогу человеческого восприятия. Вы можете не испытывать дезориентации, но вы можете почувствовать, что что‑то происходит.

  • Для троса длиной 200 метров разница больше: примерно в десять раз, или 0,17 м/с2, что означает, что если вы пошевелитесь или даже наклоните голову с нормальной скоростью, вы почувствуете ощущение «плавания», как будто вы кружились на месте несколько секунд и вдруг остановились.

  • А для троса длиной 20 метров разница огромна: еще в десять раз больше, или около 1,7 м/с2, что составляет более 15% от вашего общего ускорения. Это вызовет сильное головокружение, тошноту и иллюзии не только при любом движении головы, но и при любом движении конечностей. Если вы не остаётесь совершенно неподвижным, вы испытаете сильное (но ложное) ощущение кувыркания, известное как иллюзия Кориолиса.

На этой схеме показана анатомия внутреннего уха с акцентом на перепончатый лабиринт: структуру, которая контролирует несколько функций, заполнена протоками и мешочками, содержащими жидкость эндолимфу с положительно заряженными ионами калия внутри, и имеет важное значение для регулирования равновесия, а также нашего равновесия при наклонах и вращении. Источник: Blausen.com staff, "Medical gallery of Blausen Medical 2014", 2014
На этой схеме показана анатомия внутреннего уха с акцентом на перепончатый лабиринт: структуру, которая контролирует несколько функций, заполнена протоками и мешочками, содержащими жидкость эндолимфу с положительно заряженными ионами калия внутри, и имеет важное значение для регулирования равновесия, а также нашего равновесия при наклонах и вращении. Источник: Blausen.com staff, «Medical gallery of Blausen Medical 2014», 2014

Причина этого не имеет ничего общего с чьей‑либо выносливостью, и это не то, к чему человек может нормально адаптироваться. Проблема носит физиологический характер, и почти каждый человек должен с ней считаться. У нас есть сложный набор органов во внутреннем ухе, включая сеть протоков и мешочков, сделанных из мягкой ткани с мифическим названием: перепончатый лабиринт. Этот лабиринт не полый, а заполнен жидкостью, известной как эндолимфа, и движение этой жидкости, когда ваше тело ускоряется, вращается или даже когда вы наклоняете или поворачиваете голову, является тем, как вы испытываете ощущение ориентации, независимо от визуальных сигналов, которые вы получаете от глаз.

Если вы находитесь в среде, которая быстро вращается, и скорость вращения велика (не только с точки зрения абсолютной скорости, но и с точки зрения количества оборотов в минуту, которые вы испытываете), поток жидкости эндолимфы во внутреннем ухе будет нарушен, что приведёт к несоответствию между тем, что видят ваши глаза, и тем, как ведёт себя жидкость в вашем ухе. Это и приводит к ощущениям сильного дискомфорта, которые мы описали выше. Единственный способ избежать этих симптомов при искусственном вращении космической станции — построить чрезвычайно большую станцию, длиной более мили (1,6 км), и даже это будет на пределе человеческих возможностей. В идеале, чтобы избежать постоянных и стойких симптомов дезориентации, тошноты и дискомфорта, нам понадобилась бы станция еще длиннее, возможно, около 5 километров в диаметре.

Этот концепт-арт 1989 года представляет собой транспортное средство, которое могло бы обеспечить среду с искусственной гравитацией для экипажа, направляющегося на Марс. Идея заключается в том, что расположение солнечных панелей представляет собой центр вращения, а капсула с астронавтами на борту находится на одном конце, в то время как противовес (возможно, с набором полезных инструментов) находится на другом. Точная балансировка этого космического корабля относительно оси вращения жизненно важна, но становится тем сложнее, чем больше и длиннее трос. Источник: NASA
Этот концепт‑арт 1989 года представляет собой транспортное средство, которое могло бы обеспечить среду с искусственной гравитацией для экипажа, направляющегося на Марс. Идея заключается в том, что расположение солнечных панелей представляет собой центр вращения, а капсула с астронавтами на борту находится на одном конце, в то время как противовес (возможно, с набором полезных инструментов) находится на другом. Точная балансировка этого космического корабля относительно оси вращения жизненно важна, но становится тем сложнее, чем больше и длиннее трос. Источник: NASA

С научной точки зрения, конечно, это возможно. Мы можем, в теории, построить, запустить и развернуть две капсулы равной массы. Мы можем разместить их так далеко друг от друга, как захотим, с соединяющим кабелем (мягким, как кевлар, либо даже жёстким, как стальной сплав). Мы можем прикрепить двигатели к каждой капсуле и медленно, но верно начать раскручивать свою конструкцию. И, в зависимости от размера, когда мы достигнем нужной скорости вращения, мы создадим искусственную среду обитания с искусственной гравитацией внутри: вплоть до ускорения g, аналогичному на поверхности Земли.

Проблема, однако, заключается в том, чтобы поддерживать баланс нашего углового момента с очень высокой точностью. Чем больше наше расстояние от центра вращения, тем легче мы можем возмутить свою систему даже небольшими движениями. Такое действие, как прыжок, подтягивание или перестановка предметов внутри капсулы, потребует полной перекалибровки нашего космического корабля, и это представляет собой огромное препятствие для его обитаемости. Причина, по которой конструкция в виде колеса, цилиндра или тора предпочтительнее простого троса с двумя массами, заключается в том, что распределение массы более равномерное, и поэтому она менее чувствительна к небольшим возмущениям или отклонениям.

На этом концептуальном изображении показано транспортное средство для перелета на Марс с искусственной гравитацией, где большие массы на обоих концах вращающейся фермы могут компенсировать изменения в распределении массы на любом из концов за счет перемещения центральной массы вдоль длинной оси, помогая стабилизировать общее вращение космического корабля. Для поддержания в любой момент баланса космического корабля требуются такие вот хитроумные идеи, поскольку небольшие возмущения для крупных вращающихся аппаратов могут быстро привести к катастрофе. Источник: NASA
На этом концептуальном изображении показано транспортное средство для перелета на Марс с искусственной гравитацией, где большие массы на обоих концах вращающейся фермы могут компенсировать изменения в распределении массы на любом из концов за счет перемещения центральной массы вдоль длинной оси, помогая стабилизировать общее вращение космического корабля. Для поддержания в любой момент баланса космического корабля требуются такие вот хитроумные идеи, поскольку небольшие возмущения для крупных вращающихся аппаратов могут быстро привести к катастрофе. Источник: NASA

Опасность перераспределения нашей массы (изменения момента инерции) в большой вращающейся системе заключается в том, что мы начнём получать дифференциальное вращение, которое начнёт создавать крутящие моменты на тросе или кабеле. Точно так же, как неотбалансированная шина может привести к катастрофе, если её не исправить, то, что вначале проявит себя как вибрации, дрожь или покачивания на орбите нашей капсулы, может привести к полной дестабилизации нашего космического корабля. Нам придется вносить постоянные коррективы в движение вращающегося космического корабля в то время, когда массы внутри него будут перемещаться или переставляться, и чем больше расстояние, на которое разделены наши две массы на тросе, тем сложнее будут эти коррекции.

Это не обязательно станет фатальным фактором, но именно эта инженерная сложность является причиной того, что никто пока не пытался построить такой космический корабль на практике, даже несмотря на то, что это самый дешевый и низкотехнологичный путь к созданию искусственной гравитации в космосе. Компромисс заключается в том, что для использования вращения для создания искусственной гравитации нам нужно сделать космический корабль достаточно большим, чтобы иллюзия Кориолиса не сделала жизнь несчастной, невыносимой для астронавтов на борту, и в то же время не создавать головоломную конструкцию с балансировкой крутящих моментов и углового момента для поддержания стабильной конфигурации вращения корабля. По первому критерию одной мили (1,6 км) едва ли достаточно, чтобы это было терпимо, но по второму критерию одна миля — это запредельно много, и она задаёт нам инженерные задачи, которые выходят далеко за рамки современных возможностей. В результате искусственная гравитация в космосе, увы, всё ещё остаётся задачей неопределенного будущего.

Комментарии (51)


  1. avshkol Автор
    24.10.2026 20:46
    #30564088

    От себя добавлю, что проблема "раскачки" и "дисбаланса" двух массивных капсул, связанных тросом и раскрученных для создания 1g, довольно контринтуитивна. И Итан не объясняет подробнее этот механизм.

    Нужно будет подумать в сторону написания модели на python, с выводом анимации для двух капсул весом и размерами, которые может доставить современный ракетоноситель, находящихся на расстоянии 2-5 км, соединенных тросом и раскрученных со скоростью, достаточной для создания от 0,4 до 1g.

    Промоделировать, что случится и как скоро, если космонавт 70-100 кг будет перемещаться по капсуле по ее радиусу, по окружности, если он подпрыгнет в центре или возле стены капсулы?

    Что случится с устойчивостью, если космонавт полезет по тросу из одной капсулы в другую?

    И поможет ли установка в центре или на каком-то расстоянии от центра на тросе балансирующих грузов? И как быстро эти грузы должны перемещаться для балансировки?


    1. ceresian
      24.10.2026 20:46
      #30564502

      Капсула 10 тонн, чел 80 кг, прыг на метр, 1 гы, 200 метров.

      Три формулы , лесом питон, калькулятора достаточно

      момент капсулы 200 000 000 кг м на м

      Момент чела 15920 кг м на м

      изменение угловой скорости на время прыжка 0,00008

      Короче фигня полная, миллиметры, вздрогнет капсула, в лифте больше трясёт.


      1. Diacut
        24.10.2026 20:46
        #30564650

        А что насчёт необходимой прочности каната? Или, если это колесо со спицами, прочность спиц и обода? 2 км и 1g — не порвёт?


        1. IDDQDesnik
          24.10.2026 20:46
          #30564954

          Не порвет. Канаты с усилием на разрыв 100 тонн (для 10 тонной капсулы самое то) во всю производятся. Вес 1 км такого каната составит от 1200 кг (пусть 2 тонны с учетом крепежа), что тоже не очень много.


      1. Radisto
        24.10.2026 20:46
        #30564840

        Добротность сцепленных тросом грузов в космосе очень велика, а частота колебаний низка - тросы длинные. Могут колебания возникнуть с частотой, соизмеримой с частотой вращения, которая создаёт колебания центробежной силы, имитирующей грвитацию. А если человек в мотыляющейся капсуле будет метаться в попытках сохранить равновесие, он своими прыжками может каждый раз добавлять энергию в колебательную систему, а при высокой добротности она диссипировать будет очень медленно. Тогда колебания только усилятся.

        Кроме того, эта отдельная капсула на гибком тросе не является одним целым, и при смещении центра тяжести от хождения человека может попытаться провернуть эффект Джанибекова, что у нее конечно не получится, она же на тросе, но крутильное колебание может получить разницу потенциальных энергий всего момента энергии капсулы относительно поворота, а это может быть намного больше веса одного человека и энергии его перемещения.

        Имхо, никаких гибких сцепок там не должно быть. И никаких крутильных колебаний, иначе от брожения человеков они могут открутить капсулу от троса


        1. ceresian
          24.10.2026 20:46
          #30564916

          Прежде чем такое писать , сначала стоит ознакомится с методами, как с этим сейчас борятся.

          Те же компактные пасивные гидравлические демпферы испытывались натурно NASA для работы на троссовых системах.


        1. IDDQDesnik
          24.10.2026 20:46
          #30564938

          Как жаль, что до сих пор не изобрели 100 ядерные моногогигагерцовые процессоры, способные обсчитывать вот это вот все 1000 раз в секунду... Oh wait.


      1. avshkol Автор
        24.10.2026 20:46
        #30565620

        Думаю, здесь вот что произойдёт: капсула вздрогнет на миллиметры, это демпфирует трос и потом "вернёт " капсулу внутрь круга, трос ослабнет на время, но снова натянется, уже с большим усилием (капсула ведь летит по прямой при ослабленном тросе)...

        Плюс это будет сопровождаться кручением троса, если возникнет и такое ускорение...

        И такие колебания будут постоянно усиливаться, пока трос не порвется...


        1. ceresian
          24.10.2026 20:46
          #30565842

          Чтобы эти микроскопичные, пугаюшие Итана и Вас, колебания постоянно усиливались в систему откуда-то должна поставляться энергия.

          Иначе если действительно после прыжка космонавта или аналогичного действия возникает сила которорая рвет тросс на 10 тонн, то это мне очень надо, этож самый настоящий вечный двигатель.

          В реальности колебания погасятся внутренним трением тросса.

          Если тросс слишком идеальный прям из задач по физике, то NASA придумала разные демпферы, например упоминаемый мной гидравлический который может бороться и с линейными колебаниями и с кручением.

          Ну и еще раз про кручение, гироскопы на современных станциях как-то с этим борятся.


          1. avshkol Автор
            24.10.2026 20:46
            #30566004

            Речь не об энергии, а о мощности - когда кинетическая энергия капсулы при ослабленном тросе не воздействует на него, а при внезапном натяжении в долю секунды эта энергия действует на трос...

            Иначе если действительно после прыжка космонавта или аналогичного действия возникает сила которорая рвет тросс на 10 тонн, то это мне очень надо, этож самый настоящий вечный двигатель.

            Это обычный рычаг, который у нас длиной до 2 км... Но это все равно остается пока непонятным без модели...


            1. ceresian
              24.10.2026 20:46
              #30566232

              И? Качнет туды-сюды.

              А дальше:

              Модель хоть тросса, хоть рычага, хоть гидродемпфера, покажет прекращение колебаний через какое-то время из-за трения.


            1. rPman
              24.10.2026 20:46
              #30566258

              проблемы могут быть только при возникновении резонанса.. а так по 'тросу' волны и так и так будут ходить, отражаться от станций и возвращаться, и их можно компенсировать хотя бы теми же гироскопами, которые не потребуют топлива (т.е. солнечных батарей хватит).


              1. ksbes
                24.10.2026 20:46
                #30567056

                их можно компенсировать хотя бы теми же гироскопами, которые не потребуют топлива

                Вы удивитесь, но гироскопы требуют топлива. Время от времени надо включать двигатели и “релаксировать” гироскопы - они же не могут накапливать момент вращения вечно.

                Трос в космосе - это очень сомнительная идея. При любых нештатных ситуациях (незапланированнное ключение двигателя, отрыв части противовеса и т.п.) - он поведёт себя совершенно непредсказуемо и, скорее всего катастрофически.


                1. rPman
                  24.10.2026 20:46
                  #30567520

                  это когда гироскоп один... а когда их много много по длине полужесткого 'провода', когда земля вносит свои возмущения (например при оси вращения поперек орбите, кабина на конце провода будет то ближе то дальше от планеты), когда корабли будут пришвартовываться к центру,.. в общем моментов, когда можно сбрасывать 'напряжение' будет много. Плюс можно разом дернуть всю станцию на несколько микрон синхронным разворотом гироскопов, т.е. они друг об друга компенсируются.

                  Но да, модель такой конструкции для предсказания ее поведения будет не слабой.

                  p.s. консервная банка с людьми на борту тоже сомнительная идея, но десятилетия жестоких экспериментов привели к вполне надежной конструкции, даже туристов возить пытаются, фильмы снимают и вообще уже все 'баян'


                1. vanxant
                  24.10.2026 20:46
                  #30568018

                  а уж как обрадуются пассажиры капсулы, когда трос таки оборвётся и их вышвырнет в абстрактном направлении со скоростью 360 км/ч (100 м/с) где-то между нигде...


                  1. rPman
                    24.10.2026 20:46
                    #30568584

                    в зависимости от высоты и параметров орбиты, это 100м/с пассажиры 'не заметят', останутся на орбите но с чуть чуть иными параметрами.

                    на орбите 'улетевший' от вас молоток, вернется 'к вам' (точнее пересечет вашу орбиту) через некоторое время, даже если вы будете очень стараться его кидать.

                    p.s. при скоростях на орбите в 8000м/с, это не имеет особого значения, тем более если на капсуле будет размещен корабль-для-экстренного спуска, ему будет пофиг с какой скоростью он сорвался с кабеля.


                    1. ksbes
                      24.10.2026 20:46
                      #30568624

                      Для орбит высотой до 500 км - манёвра в 100 м/с достаточно чтобы сойти с орбиты.

                      Но вообще там куда опаснее сохранённый момент инерции. Там при обрыве троса закрутить может так, что мало не покажется. Может буквально по стенкам размазать, в зависимости от размеров обитаемого отсека.


                      1. rPman
                        24.10.2026 20:46
                        #30568654

                        да, при обрыве тросса, от него нужно будет отцепляться в ту же секунду, иначе волна, идущая по нему действительно тряхнет кораблик

                        ну авария она и есть авария, в космосе вообще сложно выжить, если делать непрогнозируемые вещи.


                    1. vanxant
                      24.10.2026 20:46
                      #30568672

                      Да не нужна эта фигня на орбите, речь про Марс, куда лететь тудой-судой почти джва года в невесомости. Космонавт Поляков конечно монстр, но и для него это очень не бесследно прошло.


  1. 411
    24.10.2026 20:46
    #30564380

    Не верю я в конструкции с тросом, хоть идея и интересная. Скорее в какие-то круглые конструкции, вращающиеся вокруг своей оси.


    1. ksbes
      24.10.2026 20:46
      #30567114

      Мне больше нравится идея ракеты - вроде Старшипа, ну может раза в два ширше, который вращается как единое целое вокруг своей продольной оси. Причём делает это всегда - в том числе и при работе двигателей (что решает проблемы с топливом в баках в невестомости). Гравитация там не шибко большая, но есть - уже многие проблемы уходят. Но в тоже время нет каких-либо супер требований к прочности (по сравнению с колцом или тросом), нет лишних движущихся частей и нет критических последствий при отказах. + стабильность направления и удобство маневрирования (с использованием гироскопического момента всей ракеты для поворота)


      1. vanxant
        24.10.2026 20:46
        #30568024

        насчёт удобств маневрирования вы немного заблуждаетесь... ну, если на борту нет Джанибекова


        1. ksbes
          24.10.2026 20:46
          #30568426

          Джанибекова преувеличивают. Хотя да. Лучше делать корабль в виде летающей тарелочки, но даже без этого с Джанибековым даже аналоговая АСУ при ускорениях спокойно справится. Там же скорости вращения маленькие! А при смене ориентации Джанибеков вообще не мешает, а наоборот подавляется.


  1. diakin
    24.10.2026 20:46
    #30564448

    В любом случает со временем вращение будет остановлено приливными силами. В смысле синхронизировано с оборотом вокруг Земли.


  1. ceresian
    24.10.2026 20:46
    #30564474

    В статье так однозначно говорится о невозможности приспособиться.

    Есть иследования, что 4-6 оборотов, а это 30-60 метров, это к чему человек приспосабливается за несколько суток, при постепенном увеличении скорости вращения.

    Еще возможен отбор кандидатов, с выше среднего приспособляемостью и тогда цифры будут лучше.

    И даже 10 оборотов являются зоной исследования приспособления, а не однозначным нет.

    Такое действие, как прыжок, подтягивание или перестановка предметов внутри капсулы, потребует полной перекалибровки нашего космического корабля, и это представляет собой огромное препятствие для его обитаемости.

    В этом вижу ошибку.

    Уровень сложности проблемы 9 класс школы.

    Просто сами пересчитайте по условиям, сколько миллиметров перекалибровки требуется.

    В общем слово огромное следует заменить на незначительное, с запасом перекрываемое пассивной стабилизацией.

    Проблемы же с троссом будут, но они точно не в первую или вторую очередь от прыжков космонавта в капсуле и Итану следует изучить методы, как с этим борются еще с 60 годов, когда начали исследование систем искусственной гравитации. Здесь он показывает недостаточное понимание предмета.


    1. Radisto
      24.10.2026 20:46
      #30564856

      Уровень сложности проблемы 9 класс школы

      Уровень сложности выше вузовского.

      Эксплорер-1 один тоже казалось бы по школьным формулам летел. А внезапно оказалось, что все совсем не так просто, как кажется.

      Заранее прошу прощения за резкость, но мне кажется, что вам кажется, что достаточно школьного курса физики.


      1. ceresian
        24.10.2026 20:46
        #30564906

        Я указал величину дейстующих сил. 9 класса для этого достаточно.

        И я повторюсь рекомендую изучить методы борьбы с этим которые с 60 годов разрабатываются.


  1. Anywake
    24.10.2026 20:46
    #30565454

    Есть проблема, без решения которой смысла туда лететь нет - https://www.rbc.ru/society/17/02/2011/5703e3969a79473c0df1a780


  1. Zashibis
    24.10.2026 20:46
    #30565504

    Вся прелесть космической станции для исследований - отсутствие гравитации. Скорее людей удалят из космоса, чем будут играть с троссами. Уже есть возвращаемые временные спутники которые запускают просто для выращивания кристаллов в космосе.


  1. redfox0
    24.10.2026 20:46
    #30565516

    Идея с тросом описывалась в романе Проект «Аве Мария».


  1. vanxant
    24.10.2026 20:46
    #30565534

    Меня очень смущает 100 м/с линейной скорости жилой капсулы. Их нужно набрать, а по прибытии на Марс сбросить. Итого 200, с учетом формулы Циолковского и веса троса это очень много. Если уж бюджет это позволяет, не лучше ли разогнаться на эти лишние 200 м/с и прокатиться с ветерком, а не ползти полгода по унылой гомановской траектории, где 2/3 времени корабль буквально ползёт между гравитационными ямами?

    Ну либо делать не трос, а пружинящие спицы, м разгонять вторую пару спиц в обратную сторону. Если вьорая пара необитаема, то спицы второй пары могут быть короче ценой более высокого ускорения.


    1. ceresian
      24.10.2026 20:46
      #30565974

      Нет.

      Выйгрыш по скорости не сократит время на столько, чтобы люди в слизней не превратились.


      1. vanxant
        24.10.2026 20:46
        #30566032

        чатгопота мне сказала, что

        Дополнительные 200 м/с при разгоне с низкой околоземной орбиты сокращают перелёт примерно на 89 суток: с 259 до 170 суток, то есть примерно на треть.

        И это я ещё не учитывал массу тросов, сопутствующей машинерии и главное припасов на эти лишние полгода в пути (3 месяца туда и столько же назад). 180 дней микрогравитации вполне обкатаны на орбитальных станциях. В общем, для Марса смысла нет.


        1. ceresian
          24.10.2026 20:46
          #30566152

          Я говорил про превращение в слизней.

          Если вы этого не видите, то спросите у чата гпт, что вернется на Землю после вашего сокращенного полёта, с экономией.

          Или вы хотите их на Марсе оставить?

          И спросите сколько топлива потребуется на этот маневр. Туда и обратно.

          Восхититесь экономией.


  1. Xipi
    24.10.2026 20:46
    #30566072

    Только ускорение. Создать более мощные ионные двигатели довести ускорение до приемлемого уровня.

    Вращение выглядит малоперспективным.


    1. ksbes
      24.10.2026 20:46
      #30567130

      Идея хорошая - две недели до Марса (неделя на разгон, неделя на торможение) - выглядит отлично. НО само ускорение даже для перспективных маломощных двигателей получается довольно маленьким - меньше чем на Луне (иначе - слишком много топлива тратить). От него не такой уж и большой прок, к сожалению. Возможно - получится совмещать. Но такие конструкции будут странными - с “комнатами” под углом"


    1. DrSmile
      24.10.2026 20:46
      #30569110

      С ускорением 1g за несколько лет можно до соседней звезды долететь, вот только в качестве топлива только антивещество годиться. В общем, абсолютно нереалистично.


      1. vanxant
        24.10.2026 20:46
        #30569790

        Вообще-то с ускорением 1g за 1 год можно долететь до туманности Андромеды (по часам экипажа; на Земле пройдёт около 20 млн лет)


        1. ksbes
          24.10.2026 20:46
          #30573004

          Ошибку в ваших расчётах вижу я. Начиная с нуля с (внутренним) ускорением 1g за 1 год корабль пролетил пол-светового года (меньше облака Оорта) и займёт это 1.2 земных года.


          1. vanxant
            24.10.2026 20:46
            #30573176

            Да, что-то память меня подводит, 28 лет получается. Или 15 без торможения.


  1. rPman
    24.10.2026 20:46
    #30566076

    Решение с 'дискомфортом' очень 'простое' - простейшая кибернизация, например электрическая стимуляция вестибулярного аппарата. К тому же дискомфорт будет не постоянным, а при движении головой определенным образом, а в неподвижном состоянии проблемы не должно быть.

    perplexity даже под искало отчет одного из исследований в этом направлении (понятно что до результата далеко), и еще это, и это. Т.е. принципиально это возможно, вопрос только в реализации и экспериментах.

    p.s. в космосе человек пока еще нужен, вопрос только в потребностях самого космоса, но это вопрос философский, места человечества и способности его ставить себе цели чуть выше чем сон, развлечения и жрачка.

    p.p.s. даешь 20-километровый 'тросс' как первая ласточка отработки технологий космического моста, да и дополнительный халявный прирост скорости при полетах за орбиту, лишними не бывает.


    1. Xipi
      24.10.2026 20:46
      #30570112

      И Вы в главной роли "испытуемого" во всех этих благих начинаниях...


  1. niktor_mpt
    24.10.2026 20:46
    #30566178

    Вращение заменить на линейное движение. Две капсулы на резинках от трусов: когда слетаются, пол снаружи системы, когда разлетаются, — внутри.

    Чтоб не сталкивались и не было перекоса, одна в виде шайбы, другая — диска.


    1. rPman
      24.10.2026 20:46
      #30566818

      на концах движения переворачивать станцию придется, плюс там будет мгновение невесомости, что бы это было хотя бы раз в сутки (не напряжно) конструкция должна быть абсурдно огромной.

      плюс никакая 'резинка от трусов' на определенном (небольшом) размере уже не сможет создавать натяжение с усилием 1g для многотонной станции. Правда воображение рисует сложнейшую конструкцию из сверхпроводящих магнитов.. умножаем это на многокилометровые габариты, и чешем репую.


  1. Myrmitory
    24.10.2026 20:46
    #30566712

    Нужно уже начинать строить станции по типу Стэнфордский тор, хотя-бы в миниатюре, с раскруткой до 0,4g. Раньше даже Мини бублик было бы построить крайне затратно, а сейчас когда Starhip уже уверенно подбирается к орбитальным полётам, стоит встряхнуть пыль со старых чертеже и концепций.


  1. gres_84
    24.10.2026 20:46
    #30568100

    Дискомфорт при вращении возникает из-за несоответствия наших ощущений и опыта. Но опыт может меняться. Как в известном эксперименте с очками, переворачивающими изображение - сначала дискомфорт, а потом никаких проблем.

    Так что, возможно, от симптомов можно избавиться просто подольше подержав космонавтов в таких условиях.


  1. rPman
    24.10.2026 20:46
    #30569392

    Какими я вижу станции в космосе в будущем (не похоже на то что рисовали фантасты):

    Тяжелая станция со всем оборудованием, запасами пропитания, топливом, доками для кораблей и прочее прочее (доки могут быть размещены чуть отдельно в неподвижной точке).

    От нее, на километровых тросах (скорее это будет полужесткая конструкция с направляющими для лифта и трубами для жидкостной системы компенсации веса) вокруг станции вращаются небольшие капсулы (много, по одной на человека) с системами жизнеобеспечения, внутри которых 'живут' люди, запертые в условных VR шлемах и системах механической обратной связи (сейчас попытки этого делают с перчатками и механизмами фиксации положения тела, условно манипулятором придерживают руки и торс, симулируя обратную связь, что бы человек мог опереться о виртуальную стену), и управляют роботами телеприсутствия (или роботами-аватарами, но тут не обязательна антропоморфность робота, а даже вредна).

    Зачем это? С земли управлять роботом - это огромная задержка (особенно когда спутник на обратной стороне планеты), нормально она пока не решается (с ней даже гайку нормально не закрутить, а ИИ пока нет и не факт что в ближайшие годы будет, хотя узкоспециализированные - легко). А вот если оператор будет находиться рядом - главная проблема лага уходит (она все еще остается, но тут опыт огромный, проблемы проще и решаемы, на примере тех же машин, с помощью которых операции делают).

    Роботы телеприсутствия снимают миллион проблем с защитой от радиации (она нужна только на маленьких индивидуальных капсулах), кислородной атмосферой (аргоновая или хотя бы азотная гораздо менее агрессивная для конструкции чем кислородная, плюс давление можно меньше делать = меньше требования к конструкции), требованиям к температуре и влажности (машинам лучше сухой и чистый 'воздух'), перемещением по станции (можно просто сменить робота) и другими проблемами чисто биологическими (банально тяжести таскать или наоборот работать в микро-габаритах).

    Правильный VR с обратной механической связью и качественными линзами решает кучу проблем(те что доступны сейчас на рынке в большей степени - мусор, вместо решения не сложных проблем с оптикой производители занимаются бесполезным функционалом, типа встроенным процессором и т.п. что совершенно не требуется, габариты и масса очков могут быть сотня грамм, все остальное снаружи даже энергию можно подавать без проводов, а если у гугла получатся контактные линзы...), в т.ч. психологических (мозгу может быть достаточно видеть что он на земле а не в консервной банке в космосе), а если правильно подойти к инерционных систем симуляции изменения гравитации (условно прыгать можно, дергая туда сюда оператора целиком) то иллюзия может быть пугающе достоверной.

    Виртуалка решает проблемы социального толка.. и вообще, скорее всего именно эти системы могут массово появиться на земле уже скоро, потому что это другой тип удаленки (не говоря о том что уже есть работы по разметке датасетов для обучения роботов, которые буквально так и выглядят, только в примитивной форме - в ближайшие годы только эта работа окажется массовой и востребованной, остальное на себя машины отберут).

    Да, конечно, все еще остается вопрос, что в принципе делать в космосе...


    1. Xipi
      24.10.2026 20:46
      #30570136

      Как что делать в космосе? Двигать Прогресс и развивать Цивилизацию.

      "На пыльных тропинках далёких планет"... ))


  1. Xipi
    24.10.2026 20:46
    #30570242

    Вы против развития?


  1. Zenitchik
    24.10.2026 20:46
    #30572968

    Кто-то всё ещё спрашивает Итана? Он же ответ на любой вопрос начинает с Большого Взрыва и заканчивает Тепловой Смертью Вселенной.


    1. vanxant
      24.10.2026 20:46
      #30573180

      Это некачественный Итан, в статье нет картинки про расширение после большого взрыва