宇航员|宇航员站不起来,为何不用人造重力解决问题?哪些困难尚未解决?( 二 )


相比于上半身的体液过多 , 下半身的体液又变得特别少 , 在这种条件下就真的变得“头重脚轻”了 , 腿部会出现明显变小的情况 。
经过观察 , 当转移的体液达到2L时 , 大腿周长会减少10%~30% , 航天员会发现自己的腿就像2根“棍子” , 这就是所谓的“鸡腿综合征” 。
看到这里就不难理解为什么宇航员返回地球之后要坐躺椅和担架了 , 因为腿部一时之间是使不上力气的 。
其次感觉神经紊乱 , 微重力会影响人体的前庭系统 , 使其接收到一些杂乱的信号 , 造成一种名为“空间运动病”的不良反应 , 常常伴随着恶心呕吐、肠胃不适、食欲不振等表现 。
心肺功能受影响则更加严重 , 因为我们知道心脏是人体的发动机 , 在失重状态下人体会出现心肌萎缩、心肺血量增加、心律不齐等症状 。 重力缺失使得人体活动减少 , 心脏就长期处于低动力的状态中 , 等到宇航员返回地面时就会发现心脏机能明显下降 , 还会伴随出现耐力下降的症状 , 无法长时间站立 。
最后就是骨质疏松和肌肉退化了 , 相关宇航局展示的数据显示飞行6个月的航天员胫骨松质骨的丢失量就达到了24% , 这种情况会使得人体肾脏内的钙出现沉积 , 增加肾结石风险 , 骨骼的加速老化会导致宇航员返回地球后骨折风险大大提升 。 肌肉退化则主要体现在身体的下半部分 , 比如前文所说的鸡腿综合征 , 长期飞行的肌肉丢失量最高可以达到50% , 还会抑制肌肉纤维重建 , 想短期之内恢复过来也很难 。
除此之外还有心理问题等等 , 这就不赘述了 。 可以看出来 , 在失重的环境之下 , 人体的多项机能都受到了影响 , 有些在返回地球之后可以进行恢复 , 但是需要一个非常漫长的时间 , 比如说失重状态下骨骼退化的速度大概是正常环境的8倍 , 可以说飞入太空不仅没能让自己的时间变慢、延缓衰老 , 反而是加速了自己身体机能衰老的速度 。
因此为了长期在太空工作的宇航员身体健康着想 , 也为了日后人类愉快地完成太空旅行 , “人造重力”成为当下热议的话题 。
人造重力
人造重力是一种人为的重力效果模拟 , 主要就是为了解决以上所述的失重对人体的影响 。 常用的方法就是使空间站或者飞船处于旋转的状态 , 人为制造出离心力 。
人造重力从理论上来说是可行的 , 我们以空间站围绕0点进行旋转为例 , 这时的角速度为w , 空间站内半径R1 , 外半径R2 , 高度h , 质量m , 得出公式mw2R=ma 。
空间站由内到外的人造重力处于变化阶段 , 中心处0点则完全失重 , 距离0点越远重力就越大 , 因此如何确定空间站旋转的角速度也很重要 。
早期就有人想到这种类似于科幻电影当中“环形空间站”的设计 , 并且提出了假设 。 比如1949年《英国行星学会杂志》当中就给出了这样一个空间站的设想 , 使用推进器使得该空间站沿着轴旋转 , 这样就会产生向心力 。 重力的数值与旋转轮尺寸和速度相关 , 如上文所说速度越快 , 重力就越大 。
但是这种人造重力空间站的设想被美国宇航局工程师大卫·贝克指出 , 旋转式空间站仅仅是理论可行 , 想要在太空之中建立起来以现在的科技是不可能的 。
除了利用这种方法实现人造重力 , 还可以利用离心机 。 比如2016年11月10日俄罗斯的卫星网就发表了这一报道 , 俄罗斯科学院生物研究所所长列格·奥尔洛夫表示他们制造出了小型的离心机 , 可以用来模拟重力 , 应用在空间站和太空舱的建设当中 。
具体来说就是将宇航员放在装有离心机的装置上面 , 这个小型装置会一直旋转 , 模拟出重力 , 消除宇航员的失重感 , 但是这种旋转也会引发空间运动病 , 所以并不是最佳方法 。
新型空间站设想和困难
2011年时美国的宇航局发表了关于新型空间站的创新提议 , 名为“鹦鹉螺-X” 。 这个装置就和鹦鹉螺的外形相似 , 多个独立的舱室相互连接 , 上面有大型太阳能电池板和管道 , 围绕着零重力的中心旋转 。 但是这一设计最终由于耗资巨大无法进行 , 它的总预估耗费高达37亿美元 , 后续还在不断提升 。
日前 , 设计师蒂姆·阿拉托雷表示将设计一款名叫“冯·布劳恩空间站”的人造重力太空酒店 , 酒店内可以容纳400名旅客 , 基础设施一应俱全 , 不过这一说法目前只是设想 , 酒店业附上罗伯特·毕格罗则希望能够在太空中建立起一个充气式轮型空间站 。
以现在的深空科技发展水平来看 , 模拟重力建造空间站是不可能的 , 因为这种空间站耗资过于巨大 , 资金受限导致研究和开发工作无法进行 。 而且要确保制造出来的东西确实是可以投入使用的 。 这类大型空间站需要经过精确组装 , 显然组装工程要在太空当中进行 。