地球上供宇航員訓練的零重力環境是怎麼製造出來的?

鞠文波

在地球上模擬太空的零重力環境,困擾了科學家很多年,從來沒有圓滿解決。

比較常用的辦法有以下幾種:一是配置特殊密度的溶液,讓宇航員穿上宇航服以後,在溶液中受到與重力相當的浮力,得到一個無重力環境;

還有一種方法就是在水裡模擬,利用水的浮力抵消一部分重力——在水中活動確實有在太空裡飄行的感覺,但效果的真實性很差。

此外,製造風洞也是一個方法,讓較大氣流向上吹,使人的重力與風向上的吹動力平衡,從而使人感到失去了重力。

  相比之下,最有效的方法是通過飛機的自由落體實現“零重力“狀態。俄羅斯加加林航天訓練中心的訓練方法是,飛機把宇航員帶到10000 米高空,突然俯衝,以獲得短暫的失重效果來進行訓練。美國宇航局也一樣,他們藉助政府或私人提供的飛行器進行零重力飛行訓練。

“零重力”公司(Zero GravityCorporation)是唯一一個被美國聯邦航空局批准的,為美國宇航局(NASA)提供零重力實驗和飛行訓練的公司,兩者在今年1月正式簽署了合作協議,NASA可以在“零重力”公司提供的飛行器上進行宇航員的培訓,以及航空學、流體學、燃燒、物質科學和生物科學的實驗。

  “零重力”創辦於1993 年,是一家提供私人太空娛樂及旅遊的公司,總部位於美國賭城拉斯維加斯,創辦者是艾克斯獎(X Prize)主席彼得·戴爾蒙迪斯(Peter H. Diamandis)。艾克斯獎為突破當今世界面臨的一些頂尖難題而設,在航空領域尤為著名。“零重力”曾免費為物理學家斯蒂芬·霍金策劃了一起成功的“零重力”飛行。

  讓人們體驗到零重力的“秘密武器”是一架由波音727-200 改造而成的“重力一號”(G-force One),它為很多好萊塢大片出過力,解決過《阿波羅13號》、《黑客帝國2·重裝上陣》和《黑客帝國3·矩陣革命》等大片中漂浮場景的拍攝。

  “重力一號”和一般的客機不一樣。這架飛機內拆去了部分坐椅,機艙後半部分是“座位區”,在一般飛行時供乘客們做準備,而前半部分是空地,在機艙壁上安裝了特殊軟墊等裝置後就成了“漂浮區”,乘客們就在這裡體驗“零重力”。

  “重力一號”通過一種拋物線飛行—即由機師控制的特定飛昇和俯衝來創造短暫的失重:飛機起飛後到達離地面7320 米高度時,以45 度仰角向上“爬升”,到約一萬米的高度之後,以最大30 度的俯角高速俯衝,這時遊客如同飛人般在機艙內輕飄飄地飛行,直到飛回7320 米的高度,“重力一號”就完成了一個拋物線飛行。整個過程將持續一分鐘,每次飛行將重複十五次。


十色彩虹

宇航員在太空中,是這樣的。

宇航員在飛行器中的一舉一動往往給人一種錯覺,以為他們放鬆、優雅、從容不迫、井井有條。其實,在無重力狀態下,宇航員的感覺卻是噁心、盲目、頭痛、無食慾。如果沒有經過專業訓練,太空中的宇航員不可能像在地球上那樣行動和工作。

太空飛行前的“零重力”訓練是一堂必修課,宇航員體驗並熟悉失重環境,在失重情況下做各種試驗,如吃東西、喝水、穿脫衣服、閉眼與睜眼的定向運動,甚至進行人在失重時的出艙訓練。



什麼是零重力環境?

零重力可以說是失重。是脫離了萬有引力,或者說是地球引力的物理現象。通常在外太空就是處於一個零重力的環境。現代社會不斷出現零重力的飛行體驗,而製造零重力環境,也是困擾現代科學家的一個課題。

在地球上模擬太空的零重力環境,比較常用的辦法有以下幾種:

一是配置特殊密度的溶液,讓宇航員穿上宇航服以後,在溶液中受到與重力相當的浮力,得到一個無重力環境。

另一種方法就是在水裡模擬,利用水的浮力

消一部分重力——在水中活動確實有在太空裡飄行的感覺,但效果的真實性很差。其主要是訓練航天員艙外的太空行走和維護、檢修等操作作業。


此外,製造風洞也是一個方法,讓較大氣流向上吹,使人的重力與風向上的吹動力平衡,從而使人感到失去了重力。

俄羅斯航天局

最有效的方法是通過飛機的自由落體實現“零重力“狀態。俄羅斯加加林航天訓練中心的訓練方法是,飛機把宇航員帶到10000 米高空,突然俯衝,以獲得短暫的失重效果來進行訓練。


美國宇航局

他們藉助政府或私人提供的飛行器進行零重力飛行訓練。“零重力”公司是唯一一個被美國聯邦航空局批准的,NASA提供零重力實驗和飛行訓練的公司。

成功製造的地球零重力環境一重力一號

讓人們體驗到零重力的秘密武器是一架由波音727-200 改造而成的“重力一號”(G-force One),它為很多好萊塢大片出過力,解決過《阿波羅13號》、《黑客帝國2·重裝上陣》和《黑客帝國3·矩陣革命》等大片中漂浮場景的拍攝。



重力一號通過一種拋物線飛行—即由機師控制的特定飛昇和俯衝來創造短暫的失重:飛機起飛後到達離地面7320 米高度時,以45 度仰角向上“爬升”,到約一萬米的高度之後,以最大30 度的俯角高速俯衝。

這時,每作一次拋物線飛行可獲得20s至30s失重時間,多次連續拋物線飛行,在飛機作一次起降飛行時間內累計可獲得5至20min的失重時間。
零重力環境下,大量血液都從腿部聚集到頭部和胸部,宇航員會覺得臉部膨脹,太陽穴受到擠壓,而腿部縮水。如果你仔細比照一下宇航員在地球上和在艙內的臉部,就會發現,他們在艙內時的眼睛和臉頰都更大。長此以往,宇航員的面貌也將發生改變。


起止於步

有兩種方法:

l 嘔吐彗星法:

飛機沿著某一軌跡飛行時可以模擬出短時間的零重力環境,通常在30秒左右。這種方式常被稱為“嘔吐彗星”,尤其是在較早的時期。它主要用於短期的零重力測試。

l 水下測試設施:

水下測試可以利用中性浮力實驗室完成。基本上就是讓自身的重量與排開水量的重量相等,從而讓自己“飄浮”在零重力環境之下。如果你推開某個物體,你就會一直移動。不過呢,水中有阻力,而且游泳也可以讓自己移動起來。


迷失在耶路撒冷

最逼真和有效的方法就是用大型運輸機把受訓人員帶上高空然後用拋物線飛行方式進行自由落體,自由落體時間一般約2分鐘每次,期間所有人員和飛機上的一切東西都處於相對失重狀態,受訓員就可以進行零重力訓練了,在密閉機艙內只會受到可以忽略不計的空氣阻力,最接近太空失重環境,不過每次費用不低,不能用於常規訓練。於是就有了第二種訓練方式:水下訓練,費用低,適合常規訓練,利用水的浮力特性來抵消人的重力來模仿失重,不過水阻力很大,很難模擬太空零阻力環境。


上官雨心

看了上面那些專家所言,真是顛覆我的想法,沒想到人為的無重力空間那麼麻煩又危險,我以前一直以為無重力空間是在那個空間頂面設置跟地心引力同等的磁吸力,太空人勻稱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😊


分享到:


相關文章: