地球上供宇航员训练的零重力环境是怎么制造出来的?

鞠文波

宇航员在太空中,是这样的。

宇航员在飞行器中的一举一动往往给人一种错觉,以为他们放松、优雅、从容不迫、井井有条。其实,在无重力状态下,宇航员的感觉却是恶心、盲目、头痛、无食欲。如果没有经过专业训练,太空中的宇航员不可能像在地球上那样行动和工作。


太空飞行前的“零重力”训练是一堂必修课,宇航员体验并熟悉失重环境,在失重情况下做各种试验,如吃东西、喝水、穿脱衣服、闭眼与睁眼的定向运动,甚至进行人在失重时的出舱训练。

什么是零重力环境?

零重力可以说是失重。是脱离了万有引力,或者说是地球引力的物理现象。通常在外太空就是处于一个零重力的环境。现代社会不断出现零重力的飞行体验,而制造零重力环境,也是困扰现代科学家的一个课题。

在地球上模拟太空的零重力环境,比较常用的办法有以下几种:

一是配置特殊密度的溶液,让宇航员穿上宇航服以后,在溶液中受到与重力相当的浮力,得到一个无重力环境。

另一种方法就是在水里模拟,利用水的浮力


消一部分重力——在水中活动确实有在太空里飘行的感觉,但效果的真实性很差。其主要是训练航天员舱外的太空行走和维护、检修等操作作业。

此外,制造风洞也是一个方法,让较大气流向上吹,使人的重力与风向上的吹动力平衡,从而使人感到失去了重力。

俄罗斯航天局

最有效的方法是通过飞机的自由落体实现“零重力“状态。俄罗斯加加林航天训练中心的训练方法是,飞机把宇航员带到10000 米高空,突然俯冲,以获得短暂的失重效果来进行训练。

美国宇航局

他们借助政府或私人提供的飞行器进行零重力飞行训练。“零重力”公司是唯一一个被美国联邦航空局批准的,NASA提供零重力实验和飞行训练的公司。


成功制造的地球零重力环境一重力一号

让人们体验到零重力的秘密武器是一架由波音727-200 改造而成的“重力一号”(G-force One),它为很多好莱坞大片出过力,解决过《阿波罗13号》、《黑客帝国2·重装上阵》和《黑客帝国3·矩阵革命》等大片中漂浮场景的拍摄。

重力一号通过一种抛物线飞行—即由机师控制的特定飞升和俯冲来创造短暂的失重:飞机起飞后到达离地面7320 米高度时,以45 度仰角向上“爬升”,到约一万米的高度之后,以最大30 度的俯角高速俯冲。

这时,每作一次抛物线飞行可获得20s至30s失重时间,多次连续抛物线飞行,在飞机作一次起降飞行时间内累计可获得5至20min的失重时间。
零重力环境下,大量血液都从腿部聚集到头部和胸部,宇航员会觉得脸部膨胀,太阳穴受到挤压,而腿部缩水。如果你仔细比照一下宇航员在地球上和在舱内的脸部,就会发现,他们在舱内时的眼睛和脸颊都更大。长此以往,宇航员的面貌也将发生改变。


起止于步

在地球上模拟太空的零重力环境,困扰了科学家很多年,从来没有圆满解决。

比较常用的办法有以下几种:一是配置特殊密度的溶液,让宇航员穿上宇航服以后,在溶液中受到与重力相当的浮力,得到一个无重力环境;

还有一种方法就是在水里模拟,利用水的浮力抵消一部分重力——在水中活动确实有在太空里飘行的感觉,但效果的真实性很差。

此外,制造风洞也是一个方法,让较大气流向上吹,使人的重力与风向上的吹动力平衡,从而使人感到失去了重力。

  相比之下,最有效的方法是通过飞机的自由落体实现“零重力“状态。俄罗斯加加林航天训练中心的训练方法是,飞机把宇航员带到10000 米高空,突然俯冲,以获得短暂的失重效果来进行训练。美国宇航局也一样,他们借助政府或私人提供的飞行器进行零重力飞行训练。

“零重力”公司(Zero GravityCorporation)是唯一一个被美国联邦航空局批准的,为美国宇航局(NASA)提供零重力实验和飞行训练的公司,两者在今年1月正式签署了合作协议,NASA可以在“零重力”公司提供的飞行器上进行宇航员的培训,以及航空学、流体学、燃烧、物质科学和生物科学的实验。

  “零重力”创办于1993 年,是一家提供私人太空娱乐及旅游的公司,总部位于美国赌城拉斯维加斯,创办者是艾克斯奖(X Prize)主席彼得·戴尔蒙迪斯(Peter H. Diamandis)。艾克斯奖为突破当今世界面临的一些顶尖难题而设,在航空领域尤为著名。“零重力”曾免费为物理学家斯蒂芬·霍金策划了一起成功的“零重力”飞行。

  让人们体验到零重力的“秘密武器”是一架由波音727-200 改造而成的“重力一号”(G-force One),它为很多好莱坞大片出过力,解决过《阿波罗13号》、《黑客帝国2·重装上阵》和《黑客帝国3·矩阵革命》等大片中漂浮场景的拍摄。

  “重力一号”和一般的客机不一样。这架飞机内拆去了部分坐椅,机舱后半部分是“座位区”,在一般飞行时供乘客们做准备,而前半部分是空地,在机舱壁上安装了特殊软垫等装置后就成了“漂浮区”,乘客们就在这里体验“零重力”。

  “重力一号”通过一种抛物线飞行—即由机师控制的特定飞升和俯冲来创造短暂的失重:飞机起飞后到达离地面7320 米高度时,以45 度仰角向上“爬升”,到约一万米的高度之后,以最大30 度的俯角高速俯冲,这时游客如同飞人般在机舱内轻飘飘地飞行,直到飞回7320 米的高度,“重力一号”就完成了一个抛物线飞行。整个过程将持续一分钟,每次飞行将重复十五次。


十色彩虹

有两种方法:

l 呕吐彗星法:

飞机沿着某一轨迹飞行时可以模拟出短时间的零重力环境,通常在30秒左右。这种方式常被称为“呕吐彗星”,尤其是在较早的时期。它主要用于短期的零重力测试。

l 水下测试设施:

水下测试可以利用中性浮力实验室完成。基本上就是让自身的重量与排开水量的重量相等,从而让自己“飘浮”在零重力环境之下。如果你推开某个物体,你就会一直移动。不过呢,水中有阻力,而且游泳也可以让自己移动起来。


迷失在耶路撒冷

最逼真和有效的方法就是用大型运输机把受训人员带上高空然后用抛物线飞行方式进行自由落体,自由落体时间一般约2分钟每次,期间所有人员和飞机上的一切东西都处于相对失重状态,受训员就可以进行零重力训练了,在密闭机舱内只会受到可以忽略不计的空气阻力,最接近太空失重环境,不过每次费用不低,不能用于常规训练。于是就有了第二种训练方式:水下训练,费用低,适合常规训练,利用水的浮力特性来抵消人的重力来模仿失重,不过水阻力很大,很难模拟太空零阻力环境。


上官雨心

看了上面那些专家所言,真是颠覆我的想法,没想到人为的无重力空间那么麻烦又危险,我以前一直以为无重力空间是在那个空间顶面设置跟地心引力同等的磁吸力,太空人匀称的穿上可被磁吸的衣服,地心引力跟磁吸力互相抵消平衡就可以了哈😊


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