空間站為什麼不建成科幻片中的環形,用離心力模擬重力?

2020-12-17 星辰大海路上的種花家

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,那麼我們為什麼不製造環形空間站呢?

《極樂空間》中開放式大氣層的空間站

赫爾姆斯號的環形生活起居艙段

《星際穿越》中的飛行器則比較有趣,整就是一個環狀,個功能艙環形排開,中間的則是駕駛艙,用旋轉艙段隔離!

無疑幾個途中的離心作用模擬重力都是非常舒適的,當然這有一些要求,因為人類前庭器官對旋轉極為敏感,必須將旋轉速度控制在1.5-2轉/分以內,假如要達到0.5G的加速度的話,那麼要多大直徑的環形艙呢?

向心加速度計算公式,a為向心加速度,w為角速度,R為半徑!

0.5G即可4.9M/S^2

w要求為2轉/分,約0.2094395弧度/秒

那麼R=111.7M

即在舒適度約為2轉每分的情況下,如果要達到0.5G的重力加速度,那麼這個環狀結構的半徑要達到112M左右!

國際空間站的尺寸為長108.5M,寬72.8M,但實際國際空間站真正的主桁架長度不超過90M,簡單的說即可國際空間站整個尺寸連滿足上述半徑都無法滿足!而國際空間站還是16個國家和地區花了二十幾年的時間慢慢攢起來的,可想而知那個111M的半徑的環狀空間站有多難!更準確的說,是如下幾點:

一、成本,這個龐大的結構成本無疑是極高的!

二、運輸能力,以當前的火箭技術,組裝一個如此龐大的空間站幾乎就不允許!

三、現階段空間站要求人工重力非必須

出於以上幾點,空間站沒有採用人工重力設計完全是可以理解的,我們必須有,然後才能考慮舒適性!因此即使在未來很長的時間內,也不太可能採用這種設計,除非我們的火箭技術出現突飛猛進的提升,否則還是看ISS這種經典結構吧!

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。
  • 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
    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?
  • 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。
  • 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
    沒有在宇宙中真實體驗過,不過在科幻影片中倒是看到了不少從未見過的畫面。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。
  • 人工重力如何產生?國際空間站為何不採用?
    到現在為止,所有在太空中產生人工重力的想法都僅僅停留在紙面上,或者科幻片中!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!
  • 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。
  • 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?
    換靜止軌道建立一個環的難度有點大,不過好處是可以讓這個換超過靜止衛星的公轉速度運轉,一直達到「離心力」為一G的狀態,但事實上這樣似乎有些勞民傷財,比如下圖:比如參考傳說中的戴森文明的做法,但這樣的工程似乎太大了,如果要在太空生活,而又要1個G的重力的話,不妨用環形空間站這樣會比較省事!
  • 為什麼只有科幻小說中的空間站在旋轉呢?
    因為只有在科幻小說中,才有如此多用於太空計劃的資金來建造如此宏大的空間站。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。我們通過上述公式可以發現,有兩個旋轉的參數影響著我們模擬的重力加速度大小,一個為角速度大小,另一個為半徑大小。
  • 帶著重力上太空
    由於缺乏重力,航天員最先感覺到的就是身體飄浮,有一種無休止的「下落感」。人身上所有與重力有關的感受器都發生了變化,四肢感覺不到重量,人體感覺不到頭部的活動。這種異常的感覺使航天員產生定向錯覺,比如用手推拉艙壁時,航天員感覺不到是自己在前後運動,而會認為是太空飛行器在前後運動,自己則是靜止不動的。
  • 科幻片中的太空飛船是怎麼製造出人工重力的?
    似乎這和科幻片中設定的背景有關,也與導演的科學嚴謹性有關,科幻片中的人工重力製造方式不外乎三種,一種是莫名其妙就有的重力,另一種是旋轉離心力來產生重力的,還有一種是利用加速度產生重力的,只有這三種,我們下面一一來介紹下!
  • 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。
  • 不再是科幻小說中的場景了,人造重力或將實現!
    長期以來,人造引力一直是科幻小說的內容,想像一下《2001太空漫遊》和《火星人》等影片中出現的輪狀飛船,它們在太空中旋轉,產生自身的重力。現在,來自科羅拉多大學博爾德分校的一個團隊正在努力使這些技術成為現實。
  • 科幻片中十大常見的太空誤解
    但是科幻片中的科幻效果在真實的環境中會如何呢?比如在太空中飛船可以無限加速嗎?在沒有氧氣的黑暗宇宙,爆炸會持續燃燒嗎?我們一起來解開哪些科幻片中常見的太空誤解吧。科幻片中十大常見的太空誤解在太空中可以實現無限加速?沒有空氣阻力,穩定加速的物體能夠接近無限的速度?當然不會!
  • 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」。
  • 《流浪地球》降維科普(片中那些合理不合理的科學常識)
    到時候人類還在不在都兩說,我們更是渣都不剩了。二、太空中為什麼有重力?有人吐糟說,空間站位於太空,哪裡來的重力?大家來看看空間站的構造看起來像不像車輪?空間站不斷做圓周轉動,產生的離心力就可以產生重力,所以空間站的人都是這樣站立的。
  • 為什麼我們需要人工重力來執行長期的太空任務?
    在諸如此類的旋轉遊樂設施(圖中大約是1950年)中,你能體驗到人工製造的重力幾十年來,科幻小說作家們一直在設想某種旋轉的宇宙飛船,可以在太空任務最長的時間段內為太空人創造人工重力。當飛船加速上升或在大氣中減速,會產生額外的重力,但在時間最長的太空飛行期間,重力的影響被抵消,飛船會進入失重狀態。
  • 縮時:一天模擬上千年縮尺:實驗室裡「跑高鐵」
    什麼是超重力離心模擬與實驗裝置?它有什麼作用?為了揭開這高大上設備的廬山真面目,錢報記者來到浙大紫金港校區,專訪了負責該項目的陳雲敏院士團隊,並獨家參觀了實驗裝置。陳院士是浙大建築工程學院的教授,也是該項目的首席科學家。原來,這套高科技設備具有「壓縮時空」的神奇功能,它能讓研究人員「跨越時間」,用一天模擬一千年,還能在實驗室裡「跑高鐵」!
  • 國際空間站上的第五種物質狀態
    這項工作獲得了許多媒體的盛讚,不少標題甚至帶有科幻色彩:「太空首次觀測到『物質的第五態』,或解決量子宇宙中最棘手難題」、「首次在太空中,創造出第五種物質狀態」、「人類在太空製造出『物質第五態』,科學家:有望揭開暗能量之謎!」