चंद्र बस्ती में गोल दीवार के अंदर क्षैतिज दौड़
(royalsocietypublishing.org)- चंद्रमा पर लंबे समय तक रहने में मांसपेशियों का क्षय, bone density में कमी, और cardiopulmonary व neural control में गिरावट समस्याएं बनती हैं; इसलिए स्थिर बेलनाकार दीवार के अंदर क्षैतिज रूप से दौड़कर स्वयं artificial gravity बनाने वाली exercise पद्धति को विकल्प के रूप में देखा जा रहा है
- प्रयोग में लगभग 10m व्यास वाली Wall of Death संरचना और 36m crane से लटके bungee bands के जरिए शरीर के वजन का 83% घटाकर चंद्र गुरुत्व का अनुकरण किया गया, और 2 प्रतिभागियों ने गोल दीवार पर दौड़ लगाई
- प्रतिभागी 5–8 प्रयासों के बाद बिना मदद के शुरू कर सके; विश्लेषित 14 runs में उन्होंने कम-से-कम 1 चक्कर से अधिक दौड़ा, और wall speed 5.38–6.45m/s, औसतन 5.93±0.45m/s रही
- यह गति गिरने के जोखिम के मुकाबले safety factor 1.48–1.78 के बराबर थी, और पैर के संपर्क पर अनुमानित peak ground reaction force पृथ्वी के body weight के आधार पर 1.67–2.42 गुना निकली—हड्डियों में calcium resorption रोकने के लिए पर्याप्त स्तर
- रोज़ 8–9 चक्कर, कुल 40–45 सेकंड की छोटी दौड़ से ही skeleton, muscles, cardiopulmonary system और nervous system को साथ-साथ stimulus मिल सकता है, लेकिन sample size छोटा है और dedicated bed-rest study की जरूरत है
चंद्र low-gravity exercise समस्या और गोल दीवार पर दौड़ना
- चंद्र बस्ती और लंबे प्रवास में कम गुरुत्व का exposure cardiopulmonary fitness, musculoskeletal system, और posture व motor neural control पर बुरा असर डाल सकता है
- चंद्र गुरुत्व में चलने पर शरीर के center of mass की kinetic energy और potential energy का संतुलन बिगड़ता है, जिससे speed range कम तक सीमित होती है और training effect भी घटता है
- running, skipping और hopping जैसे bouncing gaits चलने से तेज़ होते हैं, लेकिन low gravity में muscle-tendon complex में mechanical mismatch और vertical take-off velocity में कमी आ सकती है
- मौजूदा विकल्पों की अपनी सीमाएं हैं
- low-intensity continuous exercise या high-intensity interval exercise cardiopulmonary fitness बनाए रखने में काम आ सकते हैं, लेकिन muscle और bone mass पर असर छोटा होता है
- sled-type plyometric exercise ने cardiopulmonary और musculoskeletal function बनाए रखने की संभावना दिखाई है, पर यह पृथ्वी जैसी gait से अलग है और balance व motor control stimulus कम हो सकता है
- centrifuge-based gravity simulation का muscle function पर सकारात्मक असर होता है, लेकिन चंद्रमा पर चलने योग्य centrifuge में तकनीकी कठिनाइयां और power requirements बड़े हैं
- प्रस्तावित तरीका यह है कि चंद्र निवासी vertical circular wall के अंदर चंद्र सतह के समानांतर दौड़ें और centrifugal acceleration से अधिक artificial gravity हासिल करें
Wall of Death आधारित experiment design
- प्रयोग में amusement-park शैली की Wall of Death का उपयोग किया गया
- radius 4.73m, circumference 29.7m
- wooden wall structure
- floor पर 0.8m चौड़ी, 30° inclined acceleration ramp है
- पृथ्वी पर मनुष्य के दोनों पैरों की muscles से दौड़कर इस संरचना पर stable run करना कठिन है, लेकिन चंद्र गुरुत्व में आवश्यक minimum speed कम हो जाने से theoretical रूप से यह संभव हो जाता है
- चंद्र गुरुत्व का अनुकरण करने के लिए छत हटाई गई और 36m ऊंची crane से दो bungee-jump rubber bands को series में जोड़ा गया
- प्रतिभागियों का वजन पृथ्वी के वजन का 1/6 हो, इसके लिए 83% load हटाया गया; इसे बगल से लेटी posture में digital scale से verify किया गया
- प्रतिभागी 2 थे
- 36 वर्षीय पुरुष, 1.78m, 60kg
- 33 वर्षीय महिला, 1.70m, 62kg
- harness और connecting rope के कारण horizontal posture में ऊपर वाले arm की movement सीमित थी, और उस arm को swing न करके suspension line पकड़ी गई
जरूरी speed और physics conditions
- Wall of Death में दीवार के साथ circular motion से पैदा होने वाली centrifugal force और wall friction नीचे फिसलने से रोकते हैं
- पृथ्वी पर radius 4.7m और static friction coefficient 0.8 मानने पर point mass के आधार पर minimum speed 7.59m/s, यानी 27.3km/h है
- असल runner और motorcycle point mass नहीं होते; center of mass की position को ध्यान में रखने पर पृथ्वी पर runner के लिए जरूरी speed करीब 30.4km/h निकली, जिसे मानव दौड़ से कठिन माना गया
- चंद्रमा पर gravity पृथ्वी की 1/6 है, इसलिए उसी structure में theoretical minimum speed 12.5km/h, यानी 3.5m/s से ऊपर तक कम हो जाती है
- पृथ्वी प्रयोग में lunar-gravity simulator में bungee bands शरीर को ऊपर खींचने के साथ center direction में हल्का force भी बनाते हैं, इसलिए वास्तविक प्रयोग में जरूरी speed को 13.1km/h, यानी 3.63m/s पर correct किया गया
- horizontal running के दौरान शरीर को थोड़ा ऊपर की ओर झुकना पड़ता है; यह posture पूरे शरीर की mass distribution से पैदा torque और centrifugal force से पैदा opposite torque को balance करने के लिए है
वास्तविक running results
- प्रतिभागी एक-दिन के experiment session की शुरुआत में सिर्फ 5–8 attempts में अनजान horizontal running के अभ्यस्त हो गए
- इसके बाद दोनों प्रतिभागियों ने 7-7 बार, कुल 14 analyzable runs किए
- हर run में initial acceleration के बाद deceleration से पहले कम-से-कम एक चक्कर, यानी 29.7m से अधिक दूरी शामिल थी
- ramp से accelerate किया गया, और run खत्म करते समय speed घटाकर wall की horizontal posture से floor की upright posture में सुरक्षित रूप से उतर आए
- कोई injury नहीं हुई
- wall-running speed औसतन 5.93±0.45m/s थी और range 5.38–6.45m/s रही
- यह speed गिरने के जोखिम से बचने की minimum condition की तुलना में safety factor 1.48–1.78 के बराबर थी, जो पृथ्वी पर Wall of Death motorcycle runs के safety factor range जैसी है
- औसत stride length और gait metrics इस प्रकार थे
- stride length: 3.78±0.29m
- gait frequency: 1.58±0.17Hz
- contact time: 0.176±0.017 sec
- duty factor: 0.27±0.01
- कुल 194 steps को मिलाने पर speed range 4.60–7.50m/s तक फैल गई
- सामान्य पृथ्वी running की तरह तेज speed मुख्यतः higher gait frequency से हासिल हुई; stride length अपेक्षाकृत स्थिर रहा, और contact time व duty factor speed बढ़ने के साथ घटे
running mechanics और ground reaction force
- देखी गई speeds पर predicted inclination angle औसतन 12.4°±1.9°, range 10.4°–14.9° था
- wall horizontal running की औसत vertical ground reaction force पृथ्वी के body weight के आधार पर 1.13±0.16 गुना, और estimated peak 2.04±0.29 गुना थी
- average range: 0.93–1.34 गुना
- peak range: 1.67–2.42 गुना
- अलग LOOP lab session में उन्हीं प्रतिभागियों ने treadmill और body-weight suspension device के साथ 1g, 0.8g, 0.5g, 0.17g conditions में दौड़ा
- maximum speed 0.17g पर 5.28m/s, 0.5g पर 5.75m/s, 0.8g पर 6.25m/s, और 1g पर 6.94m/s थी
- maximum speed पर average और peak vertical ground reaction force 0.17g में 0.85·1.54 गुना, 0.5g में 1.44·2.60 गुना, 0.8g में 1.94·3.51 गुना, और 1g में 2.09·3.79 गुना थी
- vertical रूप से lunar gravity simulate करने वाली treadmill running, Wall of Death horizontal running से kinematics में साफ अलग थी
- lunar-gravity vertical running में stride length काफी लंबा और duty factor बहुत कम हो गया
- 0.5g और 0.8g conditions, 1g running और Wall of Death step data के ज्यादा करीब थीं
- Strouhal dimensionless metric ने दिखाया कि Wall of Death horizontal running सामान्य पृथ्वी running से dynamically similar है
- lunar Wall of Death horizontal running का Strouhal value लगभग 0.80–1.10 था
- LOOP में वही range सिर्फ 0.50g या उससे ऊपर दिखाई दी
- 0.17g high-speed vertical running ने लगभग 0.55–0.65 की abnormal mechanics दिखाई
muscles, bones और nervous system stimulus
- Wall of Death running, minimum anti-slip speed से काफी तेज 5–7m/s range में की गई और 2.5–4Hz की high step frequency के साथ हुई
- ऐसी तेज running में lunar surface पर upright running की तुलना में muscle-tendon units को करना पड़ने वाला कुल mechanical work अधिक हो सकता है
- bone stimulus की गणना पुराने bed-rest studies के jump-training results से compare करके की गई
- 60-day bed-rest study में औसतन रोज़ 0.8 बार के हिसाब से 48 jump-training sessions ने bone density और calcium content loss समेत कई गिरावटों को रोका
- उस session में औसतन 78 jumps, average peak ground reaction force 3.6kN थी, जो पूरे body weight का 4.8 गुना या प्रति पैर 2.4 गुना थी
- Wall of Death पर 6m/s से दौड़ते समय प्रति step peak ground reaction force को 2.2 गुना मानें, तो समान cumulative ground reaction force पाने के लिए जरूरी steps की संख्या 170 निकली
- circumference 30m और step frequency 3.2Hz condition में एक चक्कर 5 sec और 16 steps का होता है
- हर 1.25 दिन में 10–11 चक्कर
- या रोज़ 8–9 चक्कर
- कुल exercise time 40–45 sec
- इस तरीके को high-impact dynamic loading, रोज़ 40–60 contacts के स्तर, और लंबे sessions से बचने वाली conditions के साथ consider किया गया
- nervous system के नजरिए से gait pattern पृथ्वी की सामान्य running जैसा है और कई joints शामिल होते हैं, इसलिए propulsion और posture maintenance दोनों की मांग होती है
- sled-type plyometric exercise या cycle ergometer, trunk constraints या dynamic balance task की कमी के कारण Wall of Death-style gait से अलग stimulus देते हैं
cardiopulmonary metabolic intensity और चंद्र बस्ती में application
- oxygen uptake सीधे measure नहीं किया गया, लेकिन पृथ्वी running metabolic cost और low-gravity running regression equations के आधार पर Wall of Death running की minimum metabolic requirement estimate की गई
- 5.5–6.5m/s range और संबंधित artificial gravity 0.5g–0.73g लागू करने पर oxygen uptake 54–74mlO₂/kg/min अनुमानित हुआ
- Artemis Program crew को पृथ्वी पर लगभग 40mlO₂/kg/min के maximum oxygen uptake तक पहुंचने के लिए train किए जाने की उम्मीद है
- इसलिए Wall of Death run की estimated intensity high-intensity interval exercise में cardiopulmonary adaptation पैदा करने वाले स्तर से compatible हो सकती है
- हालांकि ये values direct measurements नहीं हैं, और actual Wall of Death पर additional experiments से evaluate करनी होंगी
- चंद्रमा पर पृथ्वी प्रयोग की simulation biases खत्म हो सकती हैं
- bungee bands से पैदा center-direction component के कारण अधिक tangential speed जरूरी हुई थी
- limbs ने swing के दौरान residual Earth gravity experience की थी
- harness, ropes और suspension equipment के करीब 9kg अतिरिक्त mass को accelerate करना पड़ा था
- dedicated pre-training से horizontal movement की आदत पड़ जाए, तो चंद्रमा की छोटी Wall of Death में भी धीमी speed पर moving करने में मदद मिल सकती है
- चंद्रमा पर dedicated exercise equipment ले जाने या बनाने की constraints को देखते हुए, यह तरीका habitation के circular structures की walls का उपयोग करके और additional power supply की जरूरत के बिना passive facility के रूप में implement किया जा सकता है
- निष्कर्ष सीमित हैं
- sample size 2 लोगों का छोटा है
- unusual field experiment होने के कारण kinematic measurements बहुत precise नहीं हैं
- आगे dedicated bed-rest study की जरूरत है
- जब चंद्रमा पर vertical running low gravity के कारण सीमित हो, तो circular wall horizontal running, पृथ्वी पर असंभव gait को चंद्रमा पर stable तरीके से संभव बना सकती है, और छोटी daily runs से cardiopulmonary व motor ability तथा bone mineral status बनाए रखने के लिए पर्याप्त artificial gravity पैदा कर सकती है
1 टिप्पणियां
Hacker News की राय
सप्लिमेंटरी डेटा वीडियो तक पहुँचने के लिए कई बार क्लिक करना पड़ता है: https://rs.figshare.com/articles/media/a_participant_running...
शायद दिशा बार-बार बदलना बेहतर होगा
सोच रहा हूँ कि क्या यह गुरुत्वाकर्षण की दिशा की वजह से है, या शरीर का कोण पूरी तरह क्षैतिज नहीं दिख रहा इसलिए पैर के जमीन छूने का कोण अजीब हो जाता है, या फिर यह उस व्यक्ति की शारीरिक विशेषता है
मुझे घूर्णनशील सतह का कोई ज़िक्र नहीं दिखा
अगर कोण समायोजित की जा सकने वाली दीवार और बदलती rotational speed वाला tapered cylinder gravity gym हो, तो कहीं ज़्यादा बड़ा “गुरुत्वाकर्षण” अधिक सहज तरीके से बनाया जा सकता है
rotational gravity से bodyweight exercise, core exercise, exercise bike जैसी स्थिर या कम-क्षेत्र वाली cardio, VR game, yoga, यहाँ तक कि नींद भी संभव हो सकती है
संपादन: मैं यह हिस्सा देख नहीं पाया था कि “लेकिन अंदर चलने-फिरने योग्य चंद्र-आधारित centrifuge तकनीकी चुनौतियाँ पैदा करेगा”
फिर भी मुझे लगता है कि अंततः इससे बचा नहीं जा सकेगा। शारीरिक और मानसिक, दोनों तरह से यह कहीं अधिक उपयोगी है। “घूमती सतह” तो “low-gravity health decline” या “चक्कर काटते-काटते ऊबकर मर जाना” की तुलना में कहीं सरल समस्या है
हो सकता है ऐसे उपकरण पृथ्वी के बाहर childbirth problem भी हल कर दें। कुछ space rabbits को “spin up” करके नतीजा देखो! बस उम्मीद है tribble न निकलें
low-gravity colony में rotating zones निश्चित ही आम हो जाएँगे। कोई startup शुरू करेगा?
वहाँ लंबे समय तक रहने से मांसपेशियाँ और हड्डियाँ मज़बूत होंगी, इसलिए fitness enthusiasts या professional athletes को इसमें दिलचस्पी हो सकती है
मंगल या चंद्रमा पर ऐसी चीज़ बनाने और चलाने से पहले यह पृथ्वी पर अच्छा rehearsal भी होगा। अगर इसे पृथ्वी पर चलाया जा सकता है, तो कम गुरुत्वाकर्षण में कम acceleration की वजह से यह और आसान होगा
शायद थोड़ा झुके हुए circular track पर train या roller coaster से भी यह किया जा सकता है। हल्का-सा झुकाव बस gravity vector को फर्श के लंबवत दिशा में ले जाएगा
इसके प्रचलित न होने की शायद कोई वजह होगी
या फिर जब भी airlock खोलना हो, बस घुमाव रोक दो
या इसे कक्षा में डाल दिया जाए, तो यह समस्या और आसान हो जाएगी, और दिन-रात के radiation shielding या heating की चिंता भी कम होगी
“अंदर चलने-फिरने योग्य चंद्र-आधारित centrifuge तकनीकी चुनौतियाँ पैदा करेगा और काफी बिजली माँगेगा” वाला नकारात्मक बिंदु काफ़ी मज़ेदार है
“तकनीकी चुनौतियाँ” ही तो वह संकेत नहीं हैं जो बताते हैं कि आप चंद्रमा पर हैं?
एक स्थिर rotation system तो संभवतः चंद्रमा की व्यवहार्य परियोजनाओं में सबसे सरल चीज़ों में होगा। अगर इसे मौजूदा environmental shell के भीतर लागू किया जाए, तो यह काफ़ी low-tech भी हो सकता है
low gravity में rotation बनाए रखने की power consumption बहुत कम होनी चाहिए। नुकसान बस घूर्णन बिंदुओं पर friction और लोगों की गतिविधि के मुताबिक संतुलन बनाए रखने के लिए position-control weights तक सीमित होंगे, और दोनों ही छोटे होंगे
हालाँकि, जो non-tech समाधान प्रस्तावित है वह निवेश की तुलना में असरदार है, और शुरुआती चरण या कम-आवृत्ति वाले मानव चौकियों के लिए व्यावहारिक भी
आखिरकार मैं ऐसा व्यक्ति बन गया हूँ जिसके पास अजीब तरह से प्रासंगिक अनुभव है। 2012 में मैंने लगभग 6 मीटर व्यास वाला एक बड़ा rotating circular platform बनाया था, यानी दुनिया का सबसे बड़ा hamster wheel[1]
थोड़ी देर दौड़ने के लिए यह मज़ेदार और अनोखा था, लेकिन ज़्यादातर लोग कुछ मिनट jog करने के बाद चक्कर महसूस करने लगते थे। मुड़ा हुआ platform गिरने का जोखिम भी पैदा करता था
व्यवहार में इसे एक तरह के झूले की तरह ज़्यादा इस्तेमाल किया गया, और पता नहीं यह चंद्रमा पर भी संभव होगा या नहीं
मुझे शक है कि चंद्रमा पर अनुभव इससे बहुत बेहतर होगा। खासकर इसलिए कि प्रस्तावित व्यास इससे भी छोटा है
क्या कोई वजह है कि चंद्रमा पर water rowing machine जैसी चीज़ काम न करे? चाहें तो weighted vest या वजनदार seat भी जोड़ी जा सकती है
rowing लगभग पूरे शरीर की exercise है, और यह गुरुत्वाकर्षण पर इतनी निर्भर भी नहीं लगती
सिद्धांततः squat या deadlift जैसे प्रमुख compound exercise शरीर की लगभग हर मांसपेशी को सक्रिय करते हैं, इसलिए ये काफ़ी मददगार हो सकते हैं। हफ़्ते में सिर्फ 2–3 बार बड़े lifts करने से भी लगातार अच्छा muscle growth मिल सकता है
बेशक, अंतरिक्ष में वजन नहीं होता, इसलिए शाब्दिक अर्थ में barbell नहीं उठाई जा सकती। लेकिन bands, pneumatic devices आदि से resistance बनाया जा सकता है
rowing बहुत बढ़िया है क्योंकि इसमें resistance exercise और cardio दोनों साथ मिलते हैं
चंद्रमा पर गुरुत्वाकर्षण है, बस कम है। क्या किसी ने बस विशाल पत्थरों से squat और deadlift करने पर विचार नहीं किया? बड़ी टोकरी में moon rocks भरते जाओ, आखिरकार वह भारी तो हो ही जाएगी
“ergometer पर कम-तीव्रता वाला लगातार व्यायाम या उच्च-तीव्रता interval training हृदय-फेफड़ा फिटनेस को बनाए रखने में मदद कर सकती है, लेकिन मांसपेशियों और हड्डियों के द्रव्यमान पर इसका प्रभाव छोटा होता है”
Arthur C. Clarke की Imperial Earth में कम-गुरुत्वाकर्षण वाले अंतरिक्षयान के अंदर एक गोलाकार साइकिल ट्रैक आता है
नायक ने पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण की तैयारी के लिए उस ट्रैक पर बहुत तेज़ी से चक्कर लगाए, जब तक कि उसे 1G महसूस न होने लगा
50 साल से भी पहले की 2001 Space Odyssey की गोल दीवार पर दौड़ याद आ गई: https://youtu.be/1wJQ5UrAsIY
सोचता हूँ कि क्या ये दोनों दिशाएँ क्रमशः “चढ़ाई” और “ढलान” जैसी महसूस होंगी। ट्रेनिंग के मकसद से देखें तो शायद चढ़ाई बेहतर होगी
सिर्फ़ फ़िल्म से यह निकालने के लिए पर्याप्त जानकारी है या नहीं कि घूर्णन वाला हिस्सा किस दिशा में घूम रहा है, पता नहीं
गोल-गोल घूमना बोरियत को हराने का शानदार तरीका लगता है
बिल्कुल सही नाम वाली Wheel-of-Death मशीन के बगल में पेंट सूखते देखने के लिए एक अलग कमरा भी है, और प्रचार सामग्री के अनुसार वह पक्षी-दर्शन जैसा है
समझ नहीं आता कि पूरे शरीर के साथ चलना-फिरना मांसपेशियों के क्षय और हड्डियों के डीमिनरलाइज़ेशन को रोकने का सबसे अच्छा तरीका क्यों होगा। पृथ्वी पर भी यह सबसे अच्छा तरीका नहीं है
बेहतर तरीका शायद बैंड या चंद्रमा के पत्थरों से वेट ट्रेनिंग करना होगा
deadlift, squat जैसी लिफ्टों में नए चंद्र रिकॉर्ड बनाए जा सकते हैं
ज़्यादा सटीक रूप से कहें तो, पृथ्वी पर बैंड या weight lifting जैसी जो भी चीज़ें आज़माई गईं, उनमें मज़बूत गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में काफ़ी मात्रा में पूरे शरीर के साथ चलना-फिरना शामिल था
हफ़्ते में 3 बार एक-एक घंटे जिम में squat और deadlift करने से बेहतरीन नतीजे मिल सकते हैं। लेकिन उस जीवनशैली में 1G गुरुत्वाकर्षण के 24 घंटे के संपर्क में रहना भी शामिल है
चाँद पर skateboard चलाना कमाल का होगा
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