简 要
我们知道就像《星际迷航》里那样的人造重力。我们现在还做不到。
但我们知道为什么很难造出旋转空间站就像电影《2001太空漫游》里那样,利用离心机制造伪重力。
是资金问题还是技术问题?
目前,已知在太空中产生重力的方法只有两种:旋转重力,即以特定转速旋转飞船或空间站来制造重力的“错觉”;以及线性推力,这种方法仅适用于飞船,不适用于空间站。
在科幻作品中,大多数影视作品都使用一种名为引力子的理论粒子。这种粒子被“重力发生器”用来在飞船或空间站内产生重力,例如在《星际迷航》等影视作品中就有所体现。旋转重力最著名的例子包括《2001太空漫游》和《巴比伦5号》等电影。
因为只有在科幻小说中,太空计划的资金才会达到建造如此壮观的空间站所需的水平(影视虚拟)。
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利用旋转模拟重力的原理是,用向心力的反作用力代替重力。为了实现这种模拟重力,航天器会旋转,使内部物质被推向外缘,从而产生重量感。
该力的公式为:
这意味着我们给车辆施加了一个角速度 (ω)。在距离中心 (r) 处,这将产生一个相当于 mg(重量)的冲击力。
从该方程可以看出,影响旋转产生的模拟重力大小的两种方法是加快旋转速度 (ω) 或增大圆周率 (r)。
由此产生的一个复杂情况是,对于站在这种空间站“地面”上的人来说,脚部的“r”值与头部的“r”值不同。这意味着脚部和头部感受到的速度和加速度不同,轻则令人不安,中度令人恶心,重度则会导致身体虚弱。
为了避免这种情况,我们需要一个非常大的“r”值。“r”值越大,脚和头之间的偏差就越小。
在规划此类环境时,必须考虑这些因素。一般来说,我们认为应将角速度限制在不超过 2 rpm (0.209 rad/s),以最大限度地减少脚部和头部之间的角度梯度。
如果我们把这个较大的数值代入公式,就可以确定模拟地球重力的空间站的最小半径。
那可是个巨型空间站。目前我们根本没有足够的资金来建造这么大的航天器。
此外,像国际空间站(ISS)这样的空间站的主要目的是提供一个不受重力影响的实验环境。
我们之所以将实验送往国际空间站,正是因为要实现实验目标,就必须消除重力的影响。晶体生长实验就是一个例子。
我们知道,地球上的重力会限制晶体的生长。在太空中进行实验可以获得在地球上无法观察到的结果。如果实验室是旋转的,那么就会模拟重力,进行这些实验也就失去了意义—因为实验结果将与在地球上相同。
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