我国已经正式进入空间站时代,空间站的建设预计两年内完成,在2023年左右就开始商业运营,这是我国航天历史上一个重要的里程碑。我们曾经也想参与国际合作,但是却被直接拒绝,如今也不再需要看别人脸色了。

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近些年随着祖国各方面事业的发展,科教文娱都越来越发达,然而说实话我国总体的受教育水平还不是很高。空间站核心舱发射成功、神舟十二号载人飞船对接、宇航员入驻空间站之后,在我国国内,各路媒体竞相报道,航天员们在太空中的一举一动都备受关注,无论是航天员穿舱画面还是进食、睡觉的画面都让人们感到很有趣。

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原因自然是空间站中,所有的物体都处于失重状态,航天员拆包裹的时候,拆下来的包裹也都悬浮在舱内。看到这些画面,人们也普遍对航天员感到敬佩,在失重环境中人其实没有东西南北上下左右的位置感受,而航天员又漂浮着,所以工作的时候没有坐着、站着的感觉,睡觉的时候也没有躺着的感觉。饱经训练的航天员也需要一段时间适应,他们进入空间站的第一天,因为工作和生理的短暂不适应,19个小时没睡觉。

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不过有人却对这感到不解,为啥不解决空间站中的失重状态?这样航天员不就能休息得更好,也能更好地展开工作?甚至还疑问,为啥要跟在别人屁股后头,而不是有自己的创新。这样的话就是不了解为什么太空中会失重,又不了解航天工程,还不了解空间站建设的意义。其实现在信息很发达,不知道的可以去搜索,网络上基本上都可以找到答案,而不是异想天开。

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失重的原因两方面:重力加速度随高度升高而降低,几百公里的高空重力加速度远小于地面,但这不是主要的因素。主要原因是空间站在近似圆形的椭圆轨道上惯性飞行,近地点远地点的高度都在400公里左右,靠近地点和远地点之间的重力势能和动能的变化保持飞行速度,近地点时的速度为第一宇宙速度,这样的圆周运动中,地球的引力恰好提供了圆周运动的向心力,所以空间站中的物体都基本不受重力影响(仍有引力,只是引力被抵消)。

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为什么不模拟重力环境?最大的原因就是空间站就是这么一种在轨的实验平台,恰恰因为失重,在空间站中可以进行很多地球重力影响中无法进行的实验观察,在空间站中载荷专家们要进行生物生理、物理、化学等多类学科的实验,一些小实验比如空间中物质燃烧特性、物质粒子的自由扩散运动等,虽然很简单,却有助于材料等学科科技的发展。如果模拟重力,那直接在地球上做实验不就好了?

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模拟重力的代价很大。理论上模拟重力当然可以做到,航天员在地面训练的时候,就需要经历离心机训练,主要是训练航天员在超重也就是过载情况,训练航天员的耐受力和极端环境中的思维判断能力等。如果在空间站上也造这么一个东西,那确实可能产生模拟重力,就断达不到地面上的水平,只要有地面的一半左右,人就可以较为舒适地在空间站中活动。

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可是就像地面上的离心机,要模拟一定强度的重力,离心机需要较大半径,还需要特殊的连接方式,对火箭的运载能力的要求很大,而且还会产生另一个影响,那就是角动量的问题,人拿着一个大陀螺,陀螺转动,人坐在一个可以转动的椅子上,摆动陀螺的轴人在椅子上旋转的方向就会变化,空间站上建那么大一个旋转的机构,所产生的力学影响就越大,飞船就需要频繁加注燃料,现代化学能源的飞船不适合搞这东西。

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浓缩起来答案就是空间站中的失重现代解决不了,不光咱解决不了,美国也解决不了,不是原理上的问题,而是能源和运载能力的问题。那样的空间站体积将远超如今在轨的两个空间站,我国空间站总投资几百亿,国际空间站总投资1600亿美元,搞一个大得多的空间站,以现在的火箭不知道要建设到猴年马月去,而耗费的资金也不是一个国家可以承受的。

而恰恰是这种失重状态,可以为我们提供地球上难以模拟的环境,地球上模拟失重就是用水或者失重飞机再或者提供一个向上的力与重力平衡,都不是真正的失重,所以才需要建设空间站这样允许航天员长期在轨驻留的轨道设施。