A gravidade artificial é uma aceleração resultante da aplicação de uma força e colocada no espaço para simular a gravidade . Este termo também pode abranger diferentes conceitos de ficção científica para manipular a gravidade. No contexto do voo espacial tripulado, a implementação da gravidade artificial deve permitir o combate aos efeitos da gravidade zero no corpo humano por um período prolongado. Vários métodos permitem gerar uma gravidade artificial, mas nenhum foi implementado porque todos requerem embarcações muito grandes e têm desvantagens que, no contexto das missões espaciais programadas até então, não são superadas por suas vantagens.
A falta de gravidade vivida por um astronauta no espaço é a causa de problemas de saúde, cuja gravidade depende da duração da exposição, é um dos principais problemas de adaptação da vida humana ao espaço . Após alguns meses, apesar dos inúmeros exercícios destinados a combater os efeitos da falta de peso, o corpo sofre inúmeros danos, em especial:
Uma vez de volta à Terra, o astronauta fica temporariamente impossibilitado de andar. Ele sofre de pressão baixa porque seu coração precisa reaprender a lutar contra a gravidade. Às vezes, a perda de densidade óssea é irreversível. De acordo com vários testemunhos, ele deve, na prática, passar de 1 a 3 dias na Terra para cada dia passado no espaço, antes de recuperar o estado que era antes de sua estada no espaço.
Da perspectiva de missões interplanetárias de longa duração (várias centenas de dias a vários anos), a implementação da gravidade artificial a bordo da espaçonave, portanto, parece desejável. Até agora nunca foi testado porque impõe uma nave muito maior em tamanho do que qualquer coisa que tenha sido colocada em órbita até agora.
Existem vários métodos para criar uma gravidade artificial, mais ou menos difíceis de implementar.
A espaçonave pode girar sobre si mesma para criar força centrífuga . Qualquer objeto interno impulsionado pelo movimento de rotação da embarcação será pressionado contra sua parede, criando a ilusão de gravidade.
Esta técnica tem alguns efeitos colaterais:
Existem muitas variações de espaçonaves usando gravidade artificial, com suas vantagens e desvantagens. Idealmente, a taxa de rotação deve ser inferior a 2 rpm para reduzir os efeitos das forças de Coriolis. Para simular uma gravidade semelhante à gravidade da Terra (1 g ), o raio deve ser de pelo menos 224 m , o que representa uma grande nave espacial. Para reduzir a sua massa, pode ser constituído por dois elementos ligados por um cabo (por exemplo, uma parte para a casa e outra para o resto).
Pode ser que a exposição à alta gravidade de vez em quando seja suficiente para compensar os efeitos da falta de peso, ou que a baixa gravidade seja suficiente. No primeiro caso, um cilindro de 10 m girando a 10 rpm pode gerar 1 g nos quadris (11% a mais nos pés). O segundo caso também permite reduzir o raio: uma gravidade de 0,1 g requer apenas um raio de 22 m.
Ao acelerar continuamente em linha reta, a espaçonave cria uma força nos objetos internos, simulando a gravidade na direção oposta da aceleração. Para isso, a embarcação deve ter uma propulsão com impulso específico muito alto e uma boa relação potência / massa. Com essa propulsão, as viagens dentro do sistema solar são curtas, colocando Marte em 2 a 5 dias, acelerando para 1g . Este é o método usado pelo foguete fictício do Professor Calculus .
Outra solução para criar gravidade artificial é instalar um objeto muito denso na espaçonave para que ela possa criar seu próprio campo gravitacional e atrair objetos para ele. Na verdade, esta é a força de gravidade usual, mas esta força é muito fraca com massas baixas. Um grande asteróide só pode criar milésimos de g , o que pode ser muito pequeno para ser utilizável. Além disso, a massa extra adicionada à espaçonave deve ser movida com ela, o que aumenta o consumo de energia durante a viagem.
As forças das marés podem criar uma pequena gravidade artificial em uma espaçonave na órbita da Terra. Para isso, é necessário conectar duas massas por meio de um cabo: a de cima é atraída para cima porque vai mais rápido que sua velocidade orbital , e a de baixo para baixo. Essa diferença de força entre o topo e o fundo não apenas estabiliza a nave, mas cria uma fraca gravidade artificial.
Em universos de ficção científica , a gravidade artificial costuma estar presente em espaçonaves que não giram ou aceleram. Isso não é possível com a tecnologia atual, embora um efeito semelhante possa ser criado com o diamagnetismo . Para que o efeito seja visível, evite colocar objetos não magnéticos perto do campo magnético muito poderoso criado por ímãs de alto desempenho. Atualmente, os experimentos têm possibilitado levitar no máximo uma rã e, portanto, criar 1 g , mas usando um ímã e um sistema que pesa milhares de quilos que permanece supercondutor com sistemas de resfriamento complexos.
Não há tecnologia comprovada que possa criar gravidade sem massa existente, embora haja muitos rumores. Eugene Podkletnov , um engenheiro russo afirma desde o início de 1990 ter construído um equipamento contendo um supercondutor giratório criando um enorme campo gravitomagnético , mas nenhuma verificação ou resultado negativo poderia ser fornecido por outra equipe. Em 2006 , um grupo de pesquisa da ESA afirmou ter criado um equipamento equivalente que produziu milionésimos de um g .
A gravidade artificial é um tema frequente em obras de ficção científica . No filme A Space Odyssey (1968) de 2001 a implementação da gravidade artificial é apresentada com grande realismo: na nave Discovery que combina áreas com e sem gravidade e a bordo de uma estação espacial em rotação, da mesma forma na estação espacial no final de Interestelar (2014). O romance Rendez-vous com Rama e suas sequências (1973-1993) se passa em um habitat O'Neill . Essa construção é um enorme cilindro giratório que gera um g em sua borda.
O filme Elysium (2013) também mostra uma imensa estação orbital (destinada ao habitat dos mais ricos que fugiram de uma Terra que se tornou difícil de se viver) baseada neste conceito.
Na saga dos romances The Expanse , bem como na adaptação de uma série de televisão , a gravidade artificial é obtida por aceleração, e os navios são descritos e mostrados na chamada configuração de torre de escritórios .
A franquia Star Wars também usa o conceito de gravidade artificial, as naves espaciais são equipadas com tecnologia que permite aos passageiros se moverem naturalmente (reproduzindo os efeitos da gravidade), além de criar um campo de força para estabilizar e agarrar as embarcações.