为什么我们需要人工重力来执行长期的太空任务?

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2020-11-30 11:06:45

中国北京时间11月30日信息,想像一下,如果你置身一个迅速旋转的机械设备设备时,你能感受到一股力将你的人体压在墙壁或坐位上。当这类旋转变的越来越快时,驱使你应对墙面的工作压力就会提升(反过来,假如旋转缓减,工作压力也会降低)。你感受到的净重如同给你的人体紧靠路面的重力一样。

为什么我们需要人工重力来执行长期的太空任务?

影片《火星救援》(The Martian)中的赫尔墨斯号宇宙飞船具备极大的旋轮构造,在从地球上前往火星的中途不断旋转

自然,也许和大部分人一样,你对这类旋转力最振奋人心的感受很有可能来源于儿童游乐园的游乐场设施。尤其是十九世纪中后期至今,出現了很多經典的旋转设备,在给大家产生很多快乐的另外,也让很多人反胃不己。

也有少数人,例如航天员和国防航空员,会在载客离心脱水机上面碰到一样的状况。载客离心脱水机旋转时造成的这种较强的“G力”,也就是瞬时速度。离心脱水机检测也称之为抗“G”检测,这儿的G便是地球大气层的重力瞬时速度。2GB便是飞机场平飞时,四轴飞行器再加上载重量和司机的净重,而当四轴飞行器更改速率或姿势时,就会造成正或负的G力。当性能卓越飞机场髙速拐弯,或是乘座火箭升空到外太空,及其乘座航天飞机回到大气圈时快速降速等状况下,航空员或航天员们就会感受到这类G力。

什么叫人工重力?

各抒已见的旋转会造成十分具备现实感的重力——更准确地说成人工重力。这能给你的人体出示净重。也就是说,你的人体骨骼和全身肌肉没法将其与地球上或别的大行星所出示的净重区别起来,虽然后面一种的来源于纯碎是大行星的极大品质。

为什么我们需要人工重力来执行长期的太空任务?

在各抒已见的旋转游乐场设施(图上大概是1950年)中,你可以感受到人工生产制造的重力

几十年来,奇幻小说文学家们一直在构想某类旋转的太空飞船,能够在外太空每日任务最多的时间范围内为航天员造就人工重力。当宇宙飞船加快升高或在空气中降速,会造成附加的重力,但在時间最多的太空飞行期内,重力的危害被相抵,宇宙飞船会进到失重状态。

在科幻作品中,这类人工重力的2个事例分别是二零一五年的影片《火星救援》(The Martian)和1968年的史诗大片《2001太空漫游》(2001: A Space Odyssey)。前面一种的特点是一艘名叫“赫尔墨斯”号(Hermes)的星际飞船,它有一个极大的旋轮构造,能够在地球上和火花中间的航行中不断旋转。当摄像镜头变大时,你能注意到,针对航天员而言,赫尔墨斯号內部的“上”一直房屋朝向旋轮的中心,而“下”(即“路面”),则是旋轮的边沿。《2001太空漫游》中的五号太空站是一个旋转的太空站,它能造成等同于月球表面重力的人工重力。

除开舒服以外,大家也是有充足的原因在长距离外太空每日任务中采用人工重力。在失重状态下,我的身体会产生一些转变,当航天员抵达到达站(例如火花)或返回地球时,这种转变很有可能会对身体导致损害。比如,人体骨骼会丧失矿物(变松且非常容易骨裂);肌萎缩(能量减弱);血液会流入头顶部,也会从人体排出来,造成内分泌系统和肺脏的转变;中枢神经系统出現混乱。近些年,太空医学研究工作人员还发觉,一些航天员的双眼很有可能会遭受永久的损害。除此之外,有研究说明,人们在外太空中的一切正常孕期很有可能必须重力,因而配用人们在太阳系行星航行的一切航天飞机要不应当旋转,要不宇宙飞船的一些一部分应当旋转,这好像是不容置疑的。

研究人工合成重力

美国国家航空航天局(NASA)和别的组织是不是已经研究人工重力的概率?回答是毫无疑问的。自二十世纪六十年代至今,NASA的专家就一直在考虑到根据旋转来完成人工重力的市场前景。殊不知,过去的几十年里,这些方面的勤奋,及其有关的资产和激情有涨有落。在二十世纪六十年代,当NASA着眼于将人们送上月球表面时,相关人工重力的研究猛增(那时候NASA的成本预算基本上是全部美国联邦政府的5%,是今日的10倍)。

为什么我们需要人工重力来执行长期的太空任务?

在德国科隆的法国航天航空中心(DLR)航空公司医药学研究所,有一台短臂离心脱水机机器设备(DLR Short-Arm Centrifuge, Module 1)。它是全世界唯一一个以这类方式研究重力更改怎样危害身体健康,尤其是微重力下健康风险的试验设备。

虽然NASA过去的半世纪里一直沒有注重对人工重力的研究,但不论是在该组织內部,還是在其他国家的航空航天组织,专家都会研究一系列的状况。在国际空间站上,研究者将小白鼠放进小型离心机,发觉他们在旋转时安然无事;在地球上,也是有一些人到学习培训怎样融入旋转的室内空气,例如英国布兰戴斯高校的阿什顿·卡兰小熊室内空间精准定位试验室就会有那样的试验设备。在德国科隆的法国航天航空中心(DLR)航空公司医药学研究所,有一台短臂离心脱水机机器设备(DLR Short-Arm Centrifuge, Module 1),它是全世界唯一一个以这类方式研究重力更改怎样危害身体健康,尤其是微重力下健康风险的试验设备。

为何都还没旋转的太空飞船?

可是,假如人工重力的重要性这般确立,为何也要在外太空或地球上开展研究呢?为何技术工程师们不立即刚开始设计方案像赫尔墨斯号那般的旋转宇宙飞船呢?

回答是,人工重力必须衡量,由于旋转也会造成难题。如同在旋转游乐场设施中,在高速旋转的状况下旋转头顶部会给你觉得恶心想吐。旋转还会继续危害血液在你的耳道和别的人体部位的流动性。旋转的速率越快,恶心想吐、定项阻碍和健身运动难题就会越比较严重。自然,人工合成重力的抗压强度在于转速比和旋转物件的尺寸。

要感受一个给出的重力——例如在地球上一般感受到的重力的一半——旋转半经的长短(从你一直在木地板上站起的部位到旋转物件中心的间距)决策了旋转的速率。修建一个半经为225米的轮状四轴飞行器,能够在每分1转(1RPM)的速度下造成彻底的地球上重力(即2GB)。那样的速率充足慢,专家十分相信没人会觉得恶心想吐或找不到方向。

除开木地板一些弯折以外,旋轮宇宙飞船上的物品看上去和一切正常情况没有什么两种。可是,在外太空中修建和运作那样一个巨大的构造可能产生很多工程项目上的挑戰。

这也代表着,NASA和别的一切很有可能在未来将人们送上太阳系行星的外太空组织或机构必须考虑到更低的重力或高些的转速比——或是二者兼而有之。实际上,月球表面的重力仅为地球大气层的16%,这使其变成研究低重力(相对性于失重状态)危害的极佳场地,但因为月球表面上都还没试验室,因而压根沒有充足的数据信息来掌握长期性外太空每日任务或创建太空殖民地时人们需要的最少重力标准。这种数据信息及其人们能够有效承担是多少转速比的数据信息,在人工重力研究上都是必需的。也许未来太空飞船上的人工重力无须彻底和地球上一样,但也充足维持航天员的身心健康。

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淺水¹³¹⁴

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笛怨箫清听未真,江湖旧雨散成尘。平生只有双行泪,半为苍生半美人。

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