長期太空居住是否需要人造重力？旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)是否是唯一可行方案？

簡 要

我們知道就像《星際迷航》里那樣的人造重力。我們現(xiàn)在還做不到。

但我們知道為什么很難造出旋轉(zhuǎn)空間站就像電影《2001太空漫游》里那樣，利用離心機(jī)制造偽重力。

是資金問題還是技術(shù)問題？

目前，已知在太空中產(chǎn)生重力的方法只有兩種：旋轉(zhuǎn)重力，即以特定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)飛船或空間站來制造重力的“錯覺”；以及線性推力，這種方法僅適用于飛船，不適用于空間站。

在科幻作品中，大多數(shù)影視作品都使用一種名為引力子的理論粒子。這種粒子被“重力發(fā)生器”用來在飛船或空間站內(nèi)產(chǎn)生重力，例如在《星際迷航》等影視作品中就有所體現(xiàn)。旋轉(zhuǎn)重力最著名的例子包括《2001太空漫游》和《巴比倫5號》等電影。

因?yàn)橹挥性诳苹眯≌f中，太空計(jì)劃的資金才會達(dá)到建造如此壯觀的空間站所需的水平（影視虛擬）。

/*內(nèi)容

利用旋轉(zhuǎn)模擬重力的原理是，用向心力的反作用力代替重力。為了實(shí)現(xiàn)這種模擬重力，航天器會旋轉(zhuǎn)，使內(nèi)部物質(zhì)被推向外緣，從而產(chǎn)生重量感。

該力的公式為：

這意味著我們給車輛施加了一個角速度 (ω)。在距離中心 (r) 處，這將產(chǎn)生一個相當(dāng)于 mg（重量）的沖擊力。

從該方程可以看出，影響旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的模擬重力大小的兩種方法是加快旋轉(zhuǎn)速度 (ω) 或增大圓周率 (r)。

由此產(chǎn)生的一個復(fù)雜情況是，對于站在這種空間站“地面”上的人來說，腳部的“r”值與頭部的“r”值不同。這意味著腳部和頭部感受到的速度和加速度不同，輕則令人不安，中度令人惡心，重度則會導(dǎo)致身體虛弱。

為了避免這種情況，我們需要一個非常大的“r”值。“r”值越大，腳和頭之間的偏差就越小。

在規(guī)劃此類環(huán)境時(shí)，必須考慮這些因素。一般來說，我們認(rèn)為應(yīng)將角速度限制在不超過 2 rpm (0.209 rad/s)，以最大限度地減少腳部和頭部之間的角度梯度。

如果我們把這個較大的數(shù)值代入公式，就可以確定模擬地球重力的空間站的最小半徑。

那可是個巨型空間站。目前我們根本沒有足夠的資金來建造這么大的航天器。

此外，像國際空間站（ISS）這樣的空間站的主要目的是提供一個不受重力影響的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

我們之所以將實(shí)驗(yàn)送往國際空間站，正是因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，就必須消除重力的影響。晶體生長實(shí)驗(yàn)就是一個例子。

我們知道，地球上的重力會限制晶體的生長。在太空中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)可以獲得在地球上無法觀察到的結(jié)果。如果實(shí)驗(yàn)室是旋轉(zhuǎn)的，那么就會模擬重力，進(jìn)行這些實(shí)驗(yàn)也就失去了意義—因?yàn)閷?shí)驗(yàn)結(jié)果將與在地球上相同。

關(guān) 鍵 詞

#空間站 #旋轉(zhuǎn)空間站 #空間重力