人造重力技术的发展现状如何

人工重力：旧思维的新诠释

在往返遥远火星的长途跋涉中，让宇航员保持最佳状态可能需要便携式重力。长期的太空旅行者需要对抗肌肉萎缩、骨质流失、心血管失调和平衡失调等衰弱效应——人类在微重力环境下的反应。

几十年来，人工重力研究一直是一个时断时续的命题。但在过去几年里，在NASA的新月、火星和其他 探索 任务的推动下，人工重力研究现在正在发展，这一次有了一个新的转机。

“这个想法的时代已经一遍又一遍地到来”，位于马萨诸塞州剑桥市的麻省理工学院(MIT)阿波罗航天计划教授劳伦斯·杨解释道。

杨也是一名 健康 科学和技术教授，长期以来一直在研究人工重力可能发挥的作用，以防止人类在星际空间中旅行时变弱。

“自从我在20世纪60年代开始研究这个问题以来，我认为大家正在认真对待。我们拥有大量优秀的开发者……以及华盛顿特区的支持。”

在过去，随着太空生命科学家开始意识到宇航员的 健康 问题，NASA开始寻找快速、个性化的解决方案。活动平板车、飞行中的锻炼、药物——所有这些和其他疗法都是为了一次治疗一个身体系统。

与此同时，俄罗斯专家研究了他们在地球轨道上待的时间长得多的宇航员，他们指出，他们遇到的医疗问题不容易解决。

杨说，从1995年到1998年的航天飞机/和平号项目开始，寻找“通用解决方案”的工作开始向优先级上升。

过去，有一个问题一直让人工重力倡导者感到不满，那就是设想一个巨大的旋转航天器，让它的居民处于与地球一样的单重力状态。而像《2001太空漫游》这样的电影则有助于将这种“太空神童”的形象植入太空心灵。

近年来，一种想法开始浮现，即航天器内的短半径离心分离机可能更有吸引力。“你开始锻炼。你的重力加速度耐受性会持续一段时间，每天或一周几次，这听起来对工程师很有吸引力。”，杨说道。

在位于德克萨斯州休斯顿的国家空间生物医学研究所(NSBRI)的支持下，杨和麻省理工学院的同事托马斯·贾尔肖(Thomas Jarchow)等人得以深入研究个人短半径离心和潜在的副作用，比如晕动病，每秒180度旋转时头部运动引起的认知和运动功能干扰。

此外，还需要研究来评估短半径离心训练是否对骨骼、肌肉和体内液体产生必要的影响，以帮助抑制空间失调。

考虑到开始讨论一个严肃的、长达三年的人类到火星的努力已经变得合情合理，杨说，突然之间，NASA和许多大学研究人员面临着与人工重力相关的关键问题，需要尽快找到答案。

国际人工重力工程

位于加尔维斯顿的德克萨斯大学医学分部(UTMB)正在准备一项人工重力研究的重大项目，由美国宇航局位于德克萨斯州休斯顿的约翰逊航天中心监督。

从明年开始，在UTMB，一群人将参与重现失重效应的卧床休息研究，其中一半人也每天在离心机上旋转一次。

杨是这项工作的联合研究员，他与美国宇航局约翰逊航天中心人类适应与对策办公室的首席科学家威廉·帕洛斯基合作。

这项由NASA资助的研究分为两个阶段。第一阶段是使用短半径离心机，其半径为10英尺(3米)，以支持美国宇航局的人工重力飞行员研究。杨补充说，第二阶段将包括对离心机设计的重大改进，为涉及德国和俄罗斯的跨国人工重力项目提供支持。

在这项人工重力项目的试点研究中，受试者被放置在六度仰卧的床上，以模拟微重力对人体的影响。然后，测试对象被放置在短半径离心机中，并在其脚下承受2.5G的重力，以模拟重力环境。

“在我看来，”杨总结道，“所有这些研究的目的不是为了展示如何利用人工重力。而是要确定人工重力是否是一个可接受的解决方案。”

老鼠和微重力

在太空进行人工重力实验是最理想的，特别是在国际空间站上进行。这方面的讨论正在进行中，但尚未得到批准。

与此同时，进入火星重力生物实验卫星计划。这是一个高度由学生驱动的项目，结合了三所顶尖大学的人才:麻省理工学院(领导小组)、华盛顿大学西雅图分校和澳大利亚昆士兰大学。

火星重力生物卫星计划是一个研究火星重力对哺乳动物影响的任务。从轨道航天器收集的数据将有助于基础空间生物学，目的是推进人类对空间的 探索 。

该项目的项目经理、麻省理工学院空间系统实验室的研究科学家保罗·伍斯特说:“最大的问题之一是，去火星需要多大程度的人工重力。”

资金:艰难的任务

伍斯特说，火星重力生物卫星将携带15只老鼠进入太空，使它们旋转起来以制造人造重力。为了给卫星上的动物产生人造重力，卫星将快速旋转，大约每两秒钟旋转一圈(每分钟34转)。这个向内的加速度将模拟火星表面的重力——大约是地球表面的三分之一。

经过五周的飞行后，这些标本将通过降落伞返回地球。“我们想知道在他们的骨骼、肌肉和前庭系统中可以发现什么影响，”。

虽然生物卫星的设计工作已经取得了稳定的进展，但要找到所需的资金来完成这个估计为3000万美元的项目却是一项艰巨的任务。

到目前为止，已经筹集了大约100万美元。感谢顾问和业界的支持，以及一位愿意为有效载荷助推器支付大约一半费用的匿名捐赠者，工作还在继续。伍斯特说，自2001年8月这项活动开始以来，已经有300多名学生参加了这项活动。“如果我们现在有足够的资金，我们可以在2008年升空。”

“这真的很值得。学生们正在学习大量的东西，通过建立真实的硬件原型，然后测试硬件。这比坐在教室里计算要好。”Wooster总结道。

BY: space

FY: 龙城D哥

转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处

对于爱看科幻片的读者来说，人造重力是可望而不可及的技术，其实人造重力理论上是很简单的！ 太空上可以体验到地球的重力，同样在地球上也可以体验到失重的感觉。

比如霍金就通过飞机体验过零失重体验！

第一种就是一直加速来模拟地球重力体验。

这个思想最初来源于爱因斯坦于1911发表的《关于引力对光线传播的影响》。 等效原理告诉我们：你乘坐在飞船中遨游宇宙，如果飞船以垂直于底部向上以9.8m/s²的加速度前进，如果飞船内的人不向外看，那么他是无法区分自己是在地球上还是在太空上加速运动的。

这就很好的模拟了地球的重力！这种方法虽然简单明了，但是却很费燃料，一直保持重力加速度需要消耗大量的能量，原理简单，但是实行起来不靠谱。

第二种相对来说就比较靠谱，通过旋转来制造离心力，让宇航员们额外体验到一种力，这种离心力就可以带来重力体验的效果。

其实离心力一种虚拟的力，其并不真实存在！

我们可以想象一个很简单的例子就可以理解。 如果你坐在一个旋转的飞椅上，你以飞椅为参照物，会发现自己静止不动。但是你会有一种要甩出去的感觉，这就是离心力。

在你看来，正是因为离心力等于向心力才让你合外力为零，所以你可以静止不动。但是站在地面的观察者不会额外引入向心力，他们只会认为你受到了向心力！你在飞椅上不仅可以感受到向心力也会感受到离心力，就相当于重力和地面支撑力一样。不过离心力是虚拟的力。

那么问题就很简单了，要使离心力达到地面重力效果，就要求向心力F=mrω²(ω是角速度)替代重力。所以向心加速度就是rω²。代入重力加速度9.8m/s²。令rω²=9.8。如果飞船旋转的r为100m，这就要求飞船每秒旋转18º，20秒要旋转一圈。

这样理论上就可以体验到重力了，其实两个飞船靠绳子绑在一起可以依靠惯性维持彼此长久的环绕旋转，省时省力！

不过目前人类还达不到长途宇宙航行的水平，顶多就是在国际空间站上做做实验，而且某些实验就需要空间站的微重力，所以人造重力目前没有多大用！

第三个比较笨拙，就是通过电磁场额外施力。

宇航员可以穿戴感应设备，这样就可以体验到电磁力了，如果把电磁力大小设计到重力大小就哦可了。但这也是最笨最麻烦的一种了！

实现是实现了，可是还不能投入市场使用，就像核武器一样！还在实验阶段，不出15年，会有重力设备的出现的，这是人类必须发展的东西，这只是时间问题，

这个很简单，用离心力模拟重力。做一个圆环，人的头指向圆心，圆环旋转，会产生离心加速度，速度和半径不同，加速度也不同，只需调节到9.8左右即可。