本文參加百家號科學#了不起的天文航天#系列徵文
科技的快速發展讓人類很快實現了飛天的夢想，走出地球開始探索宇宙。當人類有了飛天的技術和能力之後，首先想到的就是建造空間站，這樣就可以通過站更好地觀測和研究地球和太空。
我們知道，地球有厚厚的大氣層，地面的天文望遠鏡要觀測太空深處的景象和奧秘，是會受到大氣層的阻擋，看得不夠清楚。只有在太空中完全沒有地球大氣層的阻攔，可以看得更遠，更清楚。而且在太空中觀測地球也是非常方便的，更重要的是通過空間站有可能還會發現一些可能存在的不明飛行物。
空間站對於人類的用處是非常大的，可是我們發現，太空人在空間站的行動可不像地球上一樣，而是以飄的形式前行。這其中的原因就是因為空間站沒有地球一樣的重力。而在這樣的微重力環鏡下工作，人體的肌肉會萎縮，心臟負荷會降低，為了減輕微重力對人體造成的影響，一般都會讓太空人每天進行簡單的體能訓練。而且，太空人也很難在空間站進行長久的工作，基本上每隔一段時間就需要返回地球，然後派新的太空人前往空間站。
今年初有一部科幻電影火了，它就是《流浪地球》，這部影片中讓人們比較印象深刻的就是最後國際空間站向木星撞擊，從而成功點燃了木星拯救了地球。如果細心的朋友們會發現《流浪地球》中的國際空間站可比我們現實中的強大太多了，其中最重要的一個功能就是空間站有模擬重力，人們在空間站生活和地球上沒什麼區別，可以長久呆在空間站中。
通過影片的描述，我們知道電影中的領航員國際空間站之所以能有和地球一樣的重力，是因為空間站使用旋轉機構來模擬重力。我們會發現《流浪地球》中的國際僮站是圓形的，四周有龐大的環形結構，正是依靠這種環形結構通過高速旋轉產生離心力，從而讓空間站有了模擬重力。
看完影響中的空間站，很多人產生這樣的一個疑問：為什麼我們現實中的空間站不建造旋轉機構來模擬重力？這個應該不是太難吧，可實際的情況遠比我們想像的要複雜。從理論理上說，這種方法完全可行，離心力的本質是慣性力，其作用和真實的力沒有區別，《流浪地球》中的空間站模擬重力的技術並不是完全沒有實現的可能性。但是需要把空間站建造得非常大才行。
要想在太空中產生重力，建築物就必須對人體有支持力，根據圓周運動的向心力與速度的關係，我們可以讓空間站圍繞一個中心旋轉。在沒有旋轉之前，人體和空間站的內壁沒有任何作用力，這個時候處於失重狀態。當空間站旋轉時，內壁就會對人體產生一個支持力，這個支持力就是向心力，此時人就會獲得一定的重力。只要空間站的質量和旋轉速度達到一定條件，空間站完全可以產生和地球一樣的重力。
雖然這個理論非常不錯，介理目前沒有哪個國家敢採用這種模式，主要涉及的問題有很多，比如驅動動力，製造材料，結構類型，能源消耗等。任何一個環節無法滿足條件，都有可能給空間站帶來的未知的巨大風險，因為這種旋轉裝置產生的重力沒有在地球上的重力穩定。重量要足夠。這樣建造的空間站要比現在大很多，質量巨增帶來的是巨額的物質運輸成本。
我們現在所用的火箭都是一次性消耗品，無法來回反覆使用，而一次性火箭大概在5000~10000美元每公斤，要把大量物質運送到太空，整體成本還是非常巨大；如果要建造巨型空間站，以滿足太空人的長期生活，通過建造巨大的環形結構來模擬重力，成本是當前任何國家都無法承受的。
即使資金最後解決了，可是要在太空中建造巨型空間站，光有重力還不行，還需要有更強大的材料才行。如果材料不行，空間站建得太大，那風險反而會更大。因此想要建造巨大的空間站旋轉結構來實現人造重力，首先要解決材料問題，需要研究出更強硬的材料才行。
材料問題解決後，還要解決運輸問題，以人類現在的航天發射技術，成本太高了。火箭都是一次性的，只有實現了能夠重視利用的火箭技術，才能夠將火箭運輸成本大幅下降，這樣才能夠花費比較小，才有希望建造一個巨大的旋轉結構空間站。目前全世界多個國家合作建造的一個空間站長約73米，寬108米，預計2024年退役，總耗資就有近1600億美元。這種空間站跟《流浪地球》中的那個空間站相比就是螞蟻跟大象的區別。
而且建造旋轉結構的巨大空間站來實現模擬重力，還有一個決定性的因素那就是強大的動力。《流浪地球》中的人類已經實現了可控核聚變技術，空間站的動力自然也是核聚變。只要如此強大的動力才能夠完全穩定驅動巨大的環形空間站的運行。
如果我們現在勉強建造起這樣巨大的環形結構空間站，可是沒有相對應的強大動力為核心，根本無法實現安全穩定運行，如果勉強用其它動力代替，有可能反而會讓空間站的運行非常不穩定，弄不好就會出巨大危險。由此可見，環形結構的空間站理論上來實現模擬重力是完全沒有問題的，可是在實際建設當，要多項技術的配合實現才才，而人類現在還不具備這些技術的中的任何一條。
當然，如果給人類幾百年的發展時間，可控核聚變大概率能夠實現，而空間站所需要的高強度材料也能夠實現。那個時候有了核聚變能源，從地球太空運輸物資，根本不用火箭，直接用飛船就可以快速運輸，成本會非常低。有可能那個時候，科學家會建造比《流浪地球》中還要宏偉巨大的空間站，人們能夠在有重力的空間站中長久生活和工作。
不過，通過旋轉結構利用離心力來實現模擬重力並不是完美的人造重力。而真正的人造重力是可以在小型飛船也可以輕鬆實現，而要讓普通的飛船也有重力，就需要人類掌握反重力技術才行。這是真正能夠實現人造重力的強大科技。
只要人類實現了反重力技術，飛船進出地球將會非常簡單容易，同時飛船都能夠擁有重力系統，在飛船內和地球上的重力相同。只有實現了反重力技術，有了人造重力技術。人類才能夠真正開啟星際旅行，否則在人類沒有實現人造重力之前，我們是不能夠長久在飛船內呆著，自然也就無法進行星際旅行。
因此，當人類有一天能夠走出太陽系進行星際航行的時候，標誌著人類掌握了反重力技術，掌握了人造重力技術。當然，飯要一口一口吃，人類下一步要實現的能源革命就是可控核聚變，它哪一天實現，人類的環形結構空間站之夢也就可以實現。
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