長期太空居住是否需要人造重力？旋轉結構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。我們現在還做不到。

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

是資金問題還是技術問題？

目前，已知在太空中產生重力的方法只有兩種：旋轉重力，即以特定轉速旋轉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“重力發生器”用來在飛船或空間站內產生重力，例如在《星際迷航》等影視作品中就有所體現。旋轉重力最著名的例子包括《2001太空漫游》和《巴比倫5號》等電影。

因為只有在科幻小說中，太空計劃的資金才會達到建造如此壯觀的空間站所需的水平（影視虛擬）。

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利用旋轉模擬重力的原理是，用向心力的反作用力代替重力。為了實現這種模擬重力，航天器會旋轉，使內部物質被推向外緣，從而產生重量感。

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，這將產生一個相當于 mg（重量）的沖擊力。

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

由此產生的一個復雜情況是，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。

在規劃此類環境時，必須考慮這些因素。一般來說，我們認為應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驗環境。

我們之所以將實驗送往國際空間站，正是因為要實現實驗目標，就必須消除重力的影響。晶體生長實驗就是一個例子。

我們知道，地球上的重力會限制晶體的生長。在太空中進行實驗可以獲得在地球上無法觀察到的結果。如果實驗室是旋轉的，那么就會模擬重力，進行這些實驗也就失去了意義—因為實驗結果將與在地球上相同。

關 鍵 詞

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