在太空中,大型空间站的旋转是否真的能产生人造重力?

现在的空间站没有采用这种方式制造人造重力,且没有必要制造人造重力,因为我们还需要了解失重的环境对于人的危害,并且相关实验还需要依赖于失重的环境。

但是,人造重力是人类前往星辰大海所必须要攻克的难关,因为人们了解到失重的环境不利于人的长期活动,这会导致一系列的健康影响,比如心率下降、骨质流失等等。

虽然现在的人类科技不能像科幻电影中利用电来直接产生重力,但可见的未来是可以利用旋转来提供人造重力。旋转提供的离心力可以模拟替代重力的效果,这是等效的。

《星际穿越》中的永恒号就是利用整体旋转产生的离心力来提供人造重力的效果。

不过,利用旋转来提供人造重力,不能忽视科氏力的影响,科氏力是指在旋转体系中,里面的质点由于惯性,会有沿着原有方向继续运动的趋势,整个体系是旋转着的,这会造成里面的人员感觉到头晕,为了避免这一现象发生,旋转空间站的半径要做的足够大才行。

不过,以人类现在的科技水平来讲,制造像永恒号、IXS企业号这样的飞船是不可能的。

但未来说不定!

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这种方式确实可以产生人造重力,但如果要产生「高质量」的人造重力,对于太空站的尺寸还是有很大要求的。

先说为什么可以产生人造重力:其实这就是旋转时产生的向心加速度,从而让人感受到和引力等效的力。根据「等效原理」,这种向心加速度,与引力产生的加速度是没有差别的。所以人在其中是可以正常生活的。

但是这还是要考虑「质量」的问题。这里的质量,主要是看看人在其中能否发现与地球有差别的地方。这个差别主要在哪里呢?主要在于科里奥利力是否很大。科里奥利力很大的话,人在跳起来的时候,会同时受到一个水平的加速度,从而会让人产生一个水平的速度。

这个现象对于习惯了地球生活的我们来说,是非常怪异的。所以如果科里奥利力很强,这个重力的质量就很低。

如何减弱科里奥利力呢?答案就是要增大空间站的尺寸。尺寸越大,在相同向心加速度的条件下,科里奥利力就越弱。而我们知道,建设大型空间站的难度是非常大的,这也是主要的挑战。

如果人在没有地心引力的外太空,那么确实没有重量。


自从人类进入太空以来,失重问题就一直困扰着宇航员和科学家,因为人体是在地球上进化而来的,只能适应地球上的重力,而太空失重环境下的人体很快就会出现毛病。

宇航员如果长期在失重环境中不锻炼,那么肌肉就会萎缩,骨头也会变得疏松,宇航员会因此而长高,但是长此以往就会影响到人体健康甚至危机生命。

基于以上原因,科学家一直在寻找失重环境人工产生重力的方法,用旋转产生的离心力以产生人工重力就是一种方法。

但是用旋转产生重力就需要对空间站的尺寸进行扩大,因为普通的空间站如果转起来,带给宇航员的将不是重力而是眩晕,只有将空间站造的足够大,并且找到一个离心力与人体所契合的一个平衡点,人类才能用旋转的方法产生人工重力。

其实现在的国际空间站并没有必要产生人工重力,因为宇航员不会永久生活在空间站中,人造重力真正大规模应用和研发要等到人类有能力建造大规模太空城的时候才行。

只有在太空城中,数量巨大的人类为了保持日常生活,才会需要人工重力,并且太空城完全可以造的足够大,从而用旋转的方式产生重力,而空间站则因为体积太小,并不适合用旋转的方法产生重力。

选择不仅仅能产生重力

而且是目前在零重力环境下最为靠谱的产生持续稳定的重力的手段。

旋转实际上产生的是离心力,能够给人一种向下的加速度,在太空站中就形成为重力的感觉。

不过,在宇宙中重力真的是对人有意义的事物吗?并不尽然。

我们的另外一个头条号是《高达模型制作技巧》,在高达的作品中似乎就对重力有着特殊情节,当然是反感的情节。

“要讓MS站在地板上,這真是靈魂被重力奪去的人們才有的想法.”
“地球居民的靈魂都被重力束縛住了,人類應該全部登上宇宙才對……”

如果有一天人类真的脱离地球而进入宇宙后,长时间的零重力生活会让人类有新的生活方式、在那时重力似乎就成为不是特别重要的需求了。

科学家说的万有引力说我认为不完全对,应该是向心力才更为确切,一切旋转的物体都有向心力,物体的大小和旋转的速度成正比,即同样是一个十米直径的球体,旋转速度越快向心力也就越大,这只是个人认为。

在太空中,大型空间站的旋转是否真的能产生人造重力?

以现在的科技来看,即使是旋转产生人工重力仍然是一项难以完成的任务!而旋转产生的只是离心力,这样模拟出来的重力与真正的重力是有差别的!

这是地球上各点的重力方向示意图,我们很明显可以看出来,在南北极地区受到的只有重力的影响,而赤道地区的重力仍然比较容易分析,因为其受到一个重力已经另一个离心力(方向相反)的影响,而在其他纬度受到的重力和离心力方向叠加后的影响,其会稍微复杂一些(我们称为科里奥力的影响)!因此我们对模拟重力的结构就有一些要求了!

一般在各种科幻片中模拟重力的都是环形结构,比如《星际穿越》的“永恒号”以及《火星救援》的“赫尔姆斯号”,又或者《阿凡达》的“创业之星号”等等,在这种环形结构下形成的离心力方向比较单一,只要有足够的直径以及合适的转速,那么就能模拟出比较适宜的重力,唯一的差别是真正的重力是朝向自转天体的质心!而离心力模拟的重力则是远离旋转的中心!两者相反而已!

a为向心加速度,R圆周半径,w为角速度,如果达到足够的向心加速度,要么增加圆周半径要么增加旋转速度(即角速度)!而过高的转速会令人不适,一般我们人类感觉比较舒服的转速在1-2rpm/min之内,如果达到2-3rpm/min,长期工作时会非常难受,如果超过3rpm则很容易眩晕…..那么另一个办法就是加大直径,但大直径意味这更多的材料与成本,因此如果要模拟重力的话必须要计算好两者之间的平衡点!

《极乐空间》中大规模聚居的空间站无疑是最合适的,但开放式的空间其大气受激后逸散是个问题,但这并不是今天我们讨论的重点!

无垠的太空中谷神星空间站则是一个球体,其除了赤道附近适合居住外,其他地区的离心力并不能与地面垂直,这样的感觉会非常不舒服!

比如在高纬度地区液体的下落模式就会是这种怪异的存在……

从理论和实际操作上看,用离心力模拟重力并不会存在特殊的问题,只是在结构上上需要有一些旋转,比如封闭的环形条件会相对比较优越一些,但结构面比较多,浪费空间比较大,而球形则空间利用率比较高,但高纬地区极度令人不适!不过就现在的技术而言,我们连最简单的环形比如国际空间站的环形结构都难以实施(结构重量大,建造成本高昂),更不要说大型重力模拟环境了!!

以人类目前的水平根本无法造出真正的”人造重力”。重力被认为是有质量的物体的一种固有的属性,我们对重力的研究目前仍处于非常粗浅的地步。人类要想真正看透重力的本质并最终制造出人造重力,还有很长的路要走。

我们所说的大型空间站的旋转是能够产生所谓的”人造重力”。但这个实际上并不是重力,而是空间站旋转产生的向心力。空间站在旋转的过程中,内部有质量的物体都有一种向外侧运动的趋势,遇到空间站内壁就会被阻挡,内壁就会给有质量的物体一个指向旋转中心的支撑力,人类如果在这个空间站的内侧,就会有感觉到自己重量的感觉。这就是旋转空间站人造重力的原理。

因此,理论上来说的话,大型空间站的旋转是能够产生所谓的人造重力的,但目前为止人类并没有相关的空间站被制造出来。因为这种方法有一定的局限性,需要考虑的问题比较多。其中一些问题是人类现在很难办到的。

其中最主要的就是空间站的尺寸问题。如果依靠空间站的旋转产生人造重力,空间站需要很大的体积。而人类由于航天运载能力的局限,目前来说还很难制造大型的航天器。如果这种空间站的尺寸比较小了,那在旋转的过程中由于头部和脚部距离旋转中心的距离不同,受到的力也会有明显的区别,因此会有十分明显的头轻脚重的感觉。这个问题只有扩大尺寸才能解决。

再者而言,推动如此巨大的设备由静止到旋转本身就需要很多的能源,在运转的过程中不断地调整也需要耗费能源。这些能源人类目前还很难提供。也许将来可控热核反应实现以后这个问题可以解决吧。

此外,空间站不同区域受力不同,设备安装、材料选择方面都很麻烦,有局限。这些问题的解决需要耗费巨资,目前看来也许并不经济。从投资回报比例来看,也并不值得做这么一个空间站。

因此,对于这个问题,答案毫无疑问是”能”。但能,不代表就要去做。

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人类现在的航空技术只是最简单暴力的技术,也可以说根本谈不上有技术!未来人类破解引力波的时候,才是真正太空旅行的开始。那个时候,人类可以利用宇宙中每个方位的星体引力,来给自己的飞船提供动力,那个时候就是人类真正太空旅游的时候了!可以说只要破解了引力装置,就可以随时改变某个方向的引力,同时也可以给飞船上的人,虽然调整最舒服的重力!

举个例子,人类总是提到虫洞,可以压缩两点之间的距离,这个空间技术实际不太现实。但是压缩引力波密度,或者实现引力波中继,这样应该就可以克服所有太空旅行的难题了!

觉得有道理的,关注一下。能看懂的也关注一下,谢谢!

首先要先说明,即便在太空重力也没有消失!只是重力不再足以抵消地球自转时的离心力。空间站大多在同步轨道,仍然受地球的影响。即使真的脱离近地层进入逃逸层也要受到其它星体的重力影响。目前,最有可能稳定的模拟力场的是电磁场,人体是带电的,通过放大电荷的库仑力来模拟重力感,但如何屏蔽电荷对其它设备的影响才是关键

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