若將空間站設計成環形,便能用離心力取代重力,科學家為什麼不做

2020-12-17 奇點使者

引言:有關注過天文消息的朋友可能就知道,現實中的空間站外形看起來十分不規則,和科幻電影中的環形空間站比起來缺少了美感。而且環形空間站能夠利用離心力來代替重力,從而讓太空人省去失重的煩惱,可為什麼現實中不存在這樣的設備呢?

今天春節檔的一部《流浪地球》讓國人重新看到了國產科幻片的希望,該電影以精彩的故事情節和逼真的特效製作贏得了觀眾的口碑。電影講述了未來的人類為了躲避太陽演變紅巨星的膨脹而驅動地球遠離太陽,在地球「流浪」的過程中我們可以看到始終有一個環形的國際空間站在領航。該空間站上的工作人員來自世界各國的航天技術人員,其中就包括了由吳京扮演的中國技術人員。

和現實中的空間站比起來,科幻電影中的空間站往往看起來更具有科技感,因為它們普遍都是環形的。那麼環形空間站真的比現實中的空間站要好嗎?在電影中我們也可以看到,環形空間站內的太空人可以在站內自由行動,絲毫不用擔心失重的問題。這就是環形空間站的一大特點,它在旋轉的時候會產生離心力,這股離心力相當於地球上的重力,因此即使是普通人進入環形空間站之前也不需要經過專業的訓練,因為在這裡並不用擔心重力問題。

然而實際上現實中的空間站普遍都不是環形的,例如中國在未來計劃建造的空間站看起來就是「T」字型,而歐洲航天局、俄羅斯宇航局等天文機構所建造的空間站也並非是環形的。既然環形空間站能夠克服重力的問題,為什麼科學家不按照科幻電影中的那樣建造環形空間站呢?科學家也想建造出這樣的空間站,這對太空人來說是最大的便利,但是它的建造並沒有想像中那麼簡單。

如果仔細思考這個問題的話,我們會發現其實人類不一定能夠適應環形空間站。環形空間站能夠利用向心力來抵消重力自然是不錯的選擇,但是人體內的器官是否能夠承受住旋轉所帶來的反應呢?人類之所以能夠在不斷旋轉的地球上對旋轉毫無察覺,是因為地球擁有足夠大的引力,但是環形空間站的引力是不能和地球相比的。也有科學家對環形空間站的旋轉周期進行計算,如果要想空間站裡的人不會感到不適,那麼旋轉速度就要達到每分鐘2次左右。

如果按照這樣的周期進行計算的話,那麼研發出來的環形空間站的半徑至少也要達到56米。到目前為止,世界上最大的國際空間站的半徑也只有54米,而且這已經是人類科技水平所發揮出來的極限。當然不能排除未來人類能夠在這方面有進一步的發展,但至少現在看來,要想建造出一個如此大半徑的環形空間站是不太可能的。

再者,國際空間站並不是那麼容易建成的,而且單靠一個國家也是無法完成的。據了解一個國際空間站需要多個國家共同努力,一點一點地將設備發射升空後再進行組裝。如果要建造環形空間站的話,首先是技術需要得到進一步的突破,二是要投入大量的人力和物力。這對很多國家來說得不償失,因此至今環形空間站仍然存在於科幻作品中。

相關焦點

  • 若將空間站設計成環形,離心力將代替重力,科學家為什麼不這麼做
    在許多科幻片中,我們看到的空間扎都是環形的,它的外表就像一個巨大的輪子,而神奇的是,人們就生活在這個輪子的內側。而且,這種礦建站還能利用輪子轉動的向心力來抵抗重力,這也就讓上到天空的人即使不用經過大量的訓練也能適應外天空的無重力環境了。
  • 空間站設計成環形,可以以離心力代替重力,為什麼科學家不這樣做
    空間扎呈現出環形,特別像是一個輪子,而人類就是生活在這個輪子裡頭。這個空間站其實非常強大,因為它可以通過輪子的滾動進而產生向心力來抵抗重力,即便沒有經過特殊訓練的人都可以藉助它到達外太空。因為無重力的環境在這個空間站內起不到任何影響。現實中,我們的宇宙空間站不管是國際的還是中國的,都呈現出T型。車輪型的空間站可以擺脫向心力的束縛,為何就不製造成這樣的呢?
  • 空間站為什麼不建成科幻片中的環形,用離心力模擬重力?
    科學家非常想將空間站建造成能用離心作用模擬出重力來的環形,比如《極樂空間》中那龐大的空間站,當然那個太大,還是《火星救援》中的赫爾姆斯號飛船或者《星際穿越》中的永恆號,都非常不錯,人類在0.4-0.8G模擬重力下工作與生活,對於身體健康和到地面的恢復時間都可以大大縮短,既然有那麼多優勢
  • 環形結構的太空飛行器旋轉可以產生重力,為什麼人們不這樣製造?
    在太空中工作生活,面臨的其中一個大問題就是無重力。無重力環境下對人體血液循環、骨骼、肌肉等都產生不利影響,因此要長期在太空生活,人造重力是很有必要的。 太空中實現人造重力最簡單也是最可行的方法就是旋轉,用離心力代替重力。
  • 空間站為什麼不建成像科幻片裡的圓形,靠離心力模擬重力?
    人造重力系統,是未來星際探測的必須實現的技術。人造重力系統技術上基本沒有問題,重要是投入產出比不划算,而且也不需要!就目前來說,人造重力技術不在理論層面,而在於實踐層面。畢竟維持加速運動要源源不斷地消耗燃料,這種方式並不可取。最靠譜的方式就是利用離心力模擬重力。其實離心力就是一種虛擬力。是相對於受力物體而言的。當你坐在一個大圓盤上旋轉的時候,在外部的觀察者看來,你之所以可以保持平衡是由於摩擦力提供了向心力。
  • 建造產生和地球一樣重力的環形太空飛行器,它的旋轉速度要多快?
    在太空中工作生活,面臨的其中一個大問題就是無重力。無重力環境下對人體血液循環、骨骼、肌肉等都產生不利影響,因此要長期在太空生活,人造重力是很有必要的。太空中實現人造重力最簡單也是最可行的方法就是旋轉,用離心力代替重力。
  • 地球同步軌道的空間站內,「離心力」可以達到地面1G的水平嗎?
    這是一個比較有趣的話題,因為這裡所說的同步軌道其實有好幾種同步軌道,但無論在哪種同步軌道的空間站內都是失重的,因為能在這個軌道上運行的話,它所受到的「離心力」和引力是平衡的,因此是一種平衡狀態,下面我們就這兩個來做個簡單的討論:一
  • 人工重力如何產生?國際空間站為何不採用?
    但事實上人工重力是可以實現的,也許需要一定結構與技術,比如有如下幾種:請注意「創業之星好」上旋轉的那個艙室,這就是人工重力產生的太空人生活起居模塊,產生的也並非是真正的重力,而是離心力模擬的重力,與重力向心相反,離心力是有旋轉中心放射性向外的!
  • 帶著重力上太空
    1928年,奧地利作家赫爾曼·諾丁提出了人工重力空間站的詳細設計。這個名為「生命之輪」的空間站外觀呈輪形,輪軸的一端是發電站和天文臺,另一端是巨型凹面鏡,可匯聚陽光產生動力,驅動居住艙所在的輪形結構。專業人士提出人工重力的設想是在1953年。
  • 網友:通往太空的電梯啥時候能建?答案來了!
    他受當時新建的艾菲爾鐵塔的啟發,開始認為,如果該塔能夠建造到3.6萬千米的高度,那麼它將直接進入地球靜止軌道,因此不需要火箭就可將宇宙飛船送入太空。 雖然太空電梯造價昂貴,但建成之後的運行費用會比運載火箭低兩個量級,且可以24小時連續運轉。英國的一項測算顯示,用太空電梯運送1個人和貨物的費用相當於太空梭運費的0.25%。
  • 國際空間站噴墨印表機:惠普如何完成任務?
    【中關村在線原創】4月2日,馬斯克的SpaceX發射了一枚Falcon9火箭,此次任務是向國際空間站運輸貨物,總重量為5800磅。這個任務當中,有個特殊的產品也被送到了國際空間站ISS,那就是一臺惠普的ENVY噴墨印表機,以取代過去的產品。
  • 重力又是什麼?
    重力,在地面上的物體由於受到地球的萬有引力作用,我們感受的是重力,但只限於在地表或距離地面不太遠的地方,在太空中,講的是地球的萬有引力。不能簡單的說重力就是萬有引力,重力不是引力,但是在地面上,重力確實是由萬有引力產生的,不過重力並不一定需要由萬有引力來產生。
  • 國際空間站上的第五種物質狀態
    墨子沙龍請教了超冷原子領域的專家,與大家做下分享。2018年,耗資1億美元,NASA將「冷原子實驗室(Cold Atom Lab,CAL)」發射、安置到國際空間站(ISS)。ISS環繞地球做軌道運行,空間站上的重力極其微弱,是研究微重力環境下玻色—愛因斯坦凝聚的理想場所。
  • 為什麼只有科幻小說中的空間站在旋轉呢?
    這種空間站是通過旋轉產生的離心加速度用來代替重力加速度(g),達到模擬重力的目的。公式為:ω^2 r=g根據上述公式,我們只要讓物體按照角速度(ω)旋轉,那麼在離旋轉中心一定距離(r)的地方會產生一個與重力相同的力(離心力),即通過旋轉模擬重力。
  • 不再是科幻小說中的場景了,人造重力或將實現!
    但正在設想設計旋轉系統的新方法,這些系統可能適用於未來空間站甚至月球基地。太空人每天只能爬進這些房間鍛鍊幾個小時,以彌補重力的缺失,想想水療,但對減肥的影響。該研究機構希望,有一天他們的研究將有助於太空人在太空探險時保持健康,使人類能夠比以往任何時候離地球更遠,並在太空停留更長時間。但首先,克拉克的團隊需要解決一個困擾人工重力支持者多年的問題:暈動病。
  • 為什麼我們需要人工重力來執行長期的太空任務?
    諸如此類的旋轉會產生非常具有真實感的重力——更確切地說是人工重力。這能為你的身體提供重量。換句話說,你的骨骼和肌肉無法將其與地球或其他行星所提供的重量區分開來,儘管後者的來源純粹是行星的巨大質量。《2001太空漫遊》中的五號空間站是一個旋轉的空間站,它能產生相當於月球重力的人工重力。除了舒適之外,我們也有充分的理由在遠距離太空任務中用到人工重力。在失重狀態下,我們的身體會發生一些變化,當太空人到達目的地(比如火星)或返回地球時,這些變化可能會對人體造成傷害。
  • 它能將塑料垃圾熔化成列印用的「墨水」
    它能將塑料垃圾熔化成列印用的「墨水」  Winnie Lee • 2019-10-27 16:20:02 來源:前瞻網
  • 地球同步軌道的空間站內,「離心力」可以達到地面的1g水平嗎?
    首先糾正一個概念,根據題意,「離心力」顯然是指空間站的物體受到的力,受力體是空間站的物體。實際上世上根本不存在「離心力」,所謂的「離心力」不過是維持慣性的效應趨勢,是強制改變物體運動狀態的主體施力方(在這裡就是地球)感受到的力(在這裡就是物體對地球的引力),這個力是主體方施於物體向心力的反作用力,而對於物體來說,離心力是「虛擬的」,物體只感受到向心力,沒有受到「離心力」。
  • 人類或將通過人造引力深入宇宙,實現文明飛躍
    一到達美國宇航局的設施,庫珀首先把目光放在了巨大的圓柱形宇宙飛船上,它將拯救地球上剩下的人類。在世界的其他地方,有幾艘這樣的船正在建造中。人們將登上飛船,前往太空,在環繞土星的軌道上開始他們的新生活,這是對他們艱難掙扎的家園的最後告別。但這些飛船很重,不可能輕易擺脫地球的引力。物理學家基普·索恩的著作《星際科學》揭示了飛船之所以能夠進入太空,是因為塔斯的量子數據使墨菲能夠控制重力異常。
  • 向心力與離心力 權成
    世界上的任何物體都存在兩種力來維持平衡,一種是作用力,一種是反作用力,人站在地球上自然就會有一個重力的產生,同時也會有一個雙腿的支撐力來做反作用力,進而使兩種力互相作用,來維持平衡。向心力和離心力也是同樣的道理,只有向心力物體就會被拉到軸心,只有離心力物體就會飛出圓周。