چرا از گرانش مصنوعی در ایستگاه فضایی بین‌المللی استفاده نمی‌شود؟

گرانش مصنوعی مفهومی است که اغلب علاقه‌مندان به نجوم و فضا با آن مواجه شده‌اند؛ چه از طریق مطالعه در مورد نظریه‌های آلبرت انیشتین یا تماشای فیلم‌های علمی تخیلی که زندگی در فضا را به تصویر می‌کشند. در محیط‌های کم‌گرانش، مانند ایستگاه‌های فضایی یا فضاپیماها، فقدان گرانش طبیعی زمین، چالش‌هایی را برای زندگی روزمره و سلامت طولانی‌مدت ایجاد می‌کند؛ اما می‌توان گرانش مصنوعی را در محیط‌های کم‌جاذبه ایجاد کرد.

یک آزمایش فکری از انیشتین که شامل سقوط فرد نقاش از ساختمان و تجربه‌ی بی‌وزنی است، گرانش و شتاب معادل هستند. اگر داخل یک سفینه‌ی فضایی بدون پنجره با شتاب یک جی (شتاب گرانشی زمین) بودید، ممکن نبود تشخیص دهید که در داخل سفینه فضایی هستید یا فقط در داخل یک جعبه فلزی روی زمین نشسته‌اید.

داشتن گرانش مصنوعی برای هر فضانوردی که روی زمین در یک میدان گرانشی تکامل یافته و بزرگ شده است، بسیار مفید خواهد بود. فضانوردان اغلب طیف وسیعی از تغییرات فیزیکی را تجربه می‌کنند، ازجمله تورم صورت، به دلیل جابجایی مایعات به سمت بالا، تا نرم‌شدن و کوچک‌شدن کف پاها و این‌ها تنها بخشی از علائم اولیه هستند. با گذشت زمان، مسائل جدی‌تری مانند آتروفی عضلانی، کاهش تراکم استخوان و ضعیف‌شدن سلامت قلب و عروق ممکن است به وجود بیایند که همه‌ی این مشکلات، مأموریت‌های فضایی طولانی‌مدت را بدون راه‌حل‌هایی مانند گرانش مصنوعی، چالش‌برانگیز می‌کنند.

کریس هدفیلد، فضانورد کانادایی مشهور در ویدئویی برای آژانس فضایی کانادا می‌گوید: «بی‌وزنی جالب است، اما هزینه دارد. بدون بارِ ثابت روی بدن، ممکن است به‌شدت تنبل شوید. ماهیچه‌های شما تحلیل خواهند رفت و استخوان‌هایتان شروع به بازجذب دوباره به بدن شما خواهند کرد.» فضانوردان ساکن در ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) برای مقابله با اثرات بی‌وزنی، تحت رژیم‌ها و برنامه‌های ورزشی سخت قرار می‌گیرند.

اما چرا به‌سادگی با استفاده از دستگاه سانتریفیوژ، گرانش مصنوعی ایجاد نمی‌کنیم تا از سلامت خدمه محافظت کنیم؟ یکی از دلایل این است که انجام چنین کاری دست‌کم هنوز بدون مواجهه با برخی اثرات ناگوار، امکان‌پذیر نیست.

جان پیج، مدرس ارشد دانشکده مهندسی مکانیک و تولید در دانشگاه نیوساوث‌ولز، در مورد گرانش مصنوعی مبتنی بر سانتریفیوژ به ABC Science گفت: «هرچه فضاپیما کوچک‌تر باشد، سریع‌تر باید بچرخد، بنابراین اگر می‌خواهید گرانش ایجاد کنید، باید با یک فضاپیمای بسیار بزرگ که بسیار آهسته می‌چرخد، این کار را انجام دهید. با این کار تفاوت گرانشی زیادی بین سر و پاها وجود ندارد که به تجمع خون در پاها و ایجاد احساس سبکی سر منجر می‌شود.»

به گفته‌ی پیج، ایجاد گرانش مصنوعی که برای فضانوردان طبیعی و راحت باشد به فضاپیمایی بسیار بزرگتر از تمام نمونه‌های کنونی نیاز دارد. اندازه‌‌ی مورد‌نیاز، بسیار بزرگ‌تر از زمین فوتبال خواهد بود و در مقایسه، ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) به‌عنوان بزرگ‌ترین سازه‌ی کنونی ما در فضا، بسیار کوچک‌تر و در حد آپارتمانی نقلی است.

دانیل هوت، مسئول مطبوعاتی ناسا به وب‌سایت آسترونومی گفت: «ایستگاه فضایی بین‌المللی به دلیل خاص وجود ریزگرانش، آزمایشگاهی بی‌نظیر است. هیچ مرکز دیگری وجود ندارد که به انسان امکان دهد در محیط ریزگرانش پایدار و ثابت تحقیق کند. در چنین مکانی بسیاری از رشته‌ها، از علم مواد گرفته تا میکروبیولوژی، با نتایج جدید هیجان‌انگیزی مواجه می‌شوند.»

ایستگاه فضایی بین‌المللی به‌طور خاص برای مطالعه‌ی تأثیرات زندگی در ریزگرانش، گرانش نزدیک به صفر بر بدن انسان، تاثیر فناوری و سایر جنبه‌های زندگی در فضا طراحی شده است. فضانوردان اثرات ریزگرانش را روی همه‌چیز از رشد جنین موش و رشد باکتری گرفته تا چگونه سوختن آتش در فضا، مطالعه می‌کنند. اگرچه گرانش مصنوعی ممکن است برای ماموریت‌های فضایی دوردست آینده مفید باشد، با هدف ایستگاه فضایی بین‌المللی در تضاد است.