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。
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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:
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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)。
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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。
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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。
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關 鍵 詞
#空間站 #旋轉空間站 #空間重力
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