太空中的人工重力:一门宇宙科学

La 太空中的人造重力 它是自然重力(G力)以人为方式的变化,特别是在太空中,但在地球上也是如此。 这可以在实践中通过使用不相等的力来实现,主要是离心力和线速度。

重力

同样,它是人类通过天体站或太空环境在宇宙中持久存在的必要技术。 此时,天体物理学和航空航天工程正在研究和部署这些领域的再现和管理的新方法。 引力.

纵观历史,已经提出了许多技术来创造人造重力,就像它也发生在科幻小说领域一样,在这两种情况下,都使用了真实的和人造的力量。 然而,在实践中,研究 人造重力外太空 对于人类使用,它们还没有被执行,特别是因为它被要求从大延伸的天船中获得足够的旋转,以提供必要的向心及时性。

空间人工重力产生技术

重力 人造的 在空间中,它可以用多种方式表示:

旋转角度

人工重力生成技术

旋转的船会在您的头盔内引起重力感。 旋转将船内的任何物体移向其墙壁,给人一种神韵的外观 引力 朝外走去。 “热情”,通常被认为是离心力,实际上是船上实体因冷漠而假装直线行驶的一种表现。

船壁提供所要求的向心力,使物体绕一圈行走(如果它们沿直线延伸,它们就会离开船的极限)。 因此,物体感受到的重力是物体在墙壁上的简单阻力,与墙壁对身体的向心力相抗衡,根据 牛顿第三定律。

人工重力

从这个意义上说,从在环境中旋转的人类的角度来看, 人工重力 在空间中通过旋转,它以与正常重力相同的方式进行,但它具有以下特性:

离心力

与向中心激发的真实重力不同,这种自旋伪力提供了远离旋转轴的旋转“重力”。 人造重力水平仅随距中心的距离而变化 翻译. 由于回转半径很小,头顶上感受到的重力量将与脚上感受到的重力不相等。

这可能会造成身体状态的运动和令人尴尬的变化。 根据 物理学 涉及到,较慢的旋转或较大的旋转半径将驯服或排除这个缺点,对于第三 牛顿定律.

科里奥利效应

科里奥利效应

这会在相对于旋转故事框架摇晃的对象上产生明显的力。 这种假定的力与摆动和旋转轴成直角进行,并倾向于使运动向与环境旋转相反的方向弯曲。 如果一名宇航员处于以下情况 重力 如果旋转的人造物体朝向或远离旋转轴摆动,您会感觉到朝向或远离旋转方向的刺激力。

这些力量在内耳上运行,可能导致头晕、恶心和混乱。 延长旋转周期(降低平移速度)会使 科里奥利力 及其后果。 一般来说,发现在 2 rpm 或更低时,科里奥利力不会产生不利影响; 在较高的利率下,有些人可以自学,而其他人则不能; 但是以 7 rpm 的主要速度很少有人可以训练。​​​

目前尚不清楚长期暴露于高水平的科里奥利力是否会增加拟合倾向。 科里奥利效应的恶心诱导效应也可以通过限制 运动 的头。

科幻电影中出现的太空人造重力背后的科学

在太空中人为地伪造重力需要什么? 任何看过电影的人都会争辩说,制造一艘自行旋转的船就足够了 同心力 类似于重力。 答案在假设上是正确的,但实现这个目的是完全不同的。

美国国家航空航天局

轮形天体站滚动以便其工作人员可以坚持附着在地面而不是漂浮的想法并不新鲜。 我们已经在从 2001 年的数十部电影中看到它:从太空漫游到火星人。 在 60 年代, 美国航空航天局 他制作了一个巨大的伪造者,试图试验物体旋转所激发的离心力是否可以用来伪造该物体内部的重力。 效果是有效的,但从未获得过这样的船。 为什么?

原因仅仅是实际的。 建立一个 宇宙站 因此,需要大量无序的财产和资本。

第一个困难是车站的巨大。 在侵入我们的情况下,离心力等于直径等于旋转速度,我们在电影院看到的这种类型的天船并不担心计算。 以 2001 年:太空漫游为例,银河站直径为 300 米,自转速度约为 1 rpm。 这种安排几乎不足以伪造月球引力,这是地球的 1/6。 出现一个 重力 就像地球的延伸一样,它必须以 2,4rpm 的速度滚动。

如果航天器的尺寸更合理(半径为 25 米),它必须以 6 rpm 的速度运行,这对于测试可能不切实际,并且会误导航天员。 同时,重力取决于到旋转中心的路径。 在这样一个小站内,在人脚上发现的重力与在头部观察到的重力是不相等的。 回到国际空间站,实际上我们在太空中的真实站的一部分优雅在于它让我们注意到 微重力.

最后,为了有效地假装重力,一个站 蔚蓝的 它必须非常大,而且仅仅将棒送入轨道来建造它就非常昂贵。 用 SpaceX 现有的猎鹰 9 号火箭将一公斤的重量送入轨道需要 2700 美元。 当该公司开始调整其新的猎鹰 9 装载差异时,该价格将受制于每公斤货物 1.650 美元。

当我们能够从太阳系中出现的小行星中提取金属并在 宇宙. 即便如此,建造像电影极乐世界中的车站这样直径 60 公里的地标将是一个行业挑战。 如果您想了解太空中的人造重力,那就太棒了。


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