空间站为什么不建成像科幻片里的圆形,靠离心力模拟重力?

蒲公英的约定数


为什么不呢,原因:科技水平还无法办到。

科学家早已知道离心力这个虚拟的力是可以营造出人造重力的效果的,当人走在旋转的物体中时,离心力使他有向外运动的趋势,而物体的内壁则提供了一个大小相等、方向不同的反作用力使他不至于真的突破出去,这样的话,就有了重力的效果了。

可是,建造这样的圆环形状的太空飞船,半径需要足够大,因为制造的人工重力的大小是与飞船的半径成正比的,而制造出能模拟地球重力的飞船所需的半径大小是现今人类科技水平所不能想象的。

有人说可以建造的小一些,但旋转的速度快一些不行吗?

不行,除非你想在那里吐到天昏地暗,旋转的半径小,那么头部与脚部的重力差就很大,那么上半身的血液就会往下半身聚集,从而造成头部缺血,甚至昏迷。

总而言之,太小的旋转半径不适合星际航行,星际穿越中的飞船尺寸也太小了点。

对此你们有什么看法呢?欢迎在下方留言探讨。我是科幻船坞,感谢大家的阅读与关注

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科学船坞


不是不想,实在是臣妾做不到啊。NASA在60年代做过专项研究,要在旋转的空间站里长期生活,人又不得运动病,则空间站转速不能超过每分钟一转。这样,要生成一个g的模拟重力,空间站的直径就要高达一公里。即便只达到十分之一个g,直径也要上百米之多。更小的重力就没有意义了。但即便是一百米直径,人类目前的技术也做不出来啊。


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空间站为什么不建成像科幻片里的圆形,靠离心力模拟重力?

科学家非常想将空间站建造成能用离心作用模拟出重力来的环形,比如《极乐空间》中那庞大的空间站,当然那个太大,还是《火星救援》中的赫尔姆斯号飞船或者《星际穿越》中的永恒号,都非常不错,人类在0.4-0.8G模拟重力下工作与生活,对于身体健康和到地面的恢复时间都可以大大缩短,既然有那么多优势,那么我们为什么不制造环形空间站呢?

《极了空间》中开放式大气层的空间站

赫尔姆斯号的环形生活起居舱段

《星际穿越》中的飞行器则比较有趣,整就是一个环状,个功能舱环形排开,中间的则是驾驶舱,用旋转舱段隔离!

无疑几个途中的离心作用模拟重力都是非常舒适的,当然这有一些要求,因为人类前庭器官对旋转极为敏感,必须将旋转速度控制在1.5-2转/分以内,假如要达到0.5G的加速度的话,那么要多大直径的环形舱呢?

向心加速度计算公式,a为向心加速度,w为角速度,R为半径!

0.5G即可4.9M/S^2

w要求为2转/分,约0.2094395弧度/秒

那么R=111.7M

即在舒适度约为2转每分的情况下,如果要达到0.5G的重力加速度,那么这个环状结构的半径要达到112M左右!

国际空间站的尺寸为长108.5M,宽72.8M,但实际国际空间站真正的主桁架长度不超过90M,简单的说即可国际空间站整个尺寸连满足上述半径都无法满足!而国际空间站还是16个国家和地区花了二十几年的时间慢慢攒起来的,可想而知那个111M的半径的环状空间站有多难!更准确的说,是如下几点:

一、成本,这个庞大的结构成本无疑是极高的!

二、运输能力,以当前的火箭技术,组装一个如此庞大的空间站几乎就不允许!

三、现阶段空间站要求人工重力非必须

出于以上几点,空间站没有采用人工重力设计完全是可以理解的,我们必须有,然后才能考虑舒适性!因此即使在未来很长的时间内,也不太可能采用这种设计,除非我们的火箭技术出现突飞猛进的提升,否则还是看ISS这种经典结构吧!


星辰大海路上的种花家


人类的生理结构是为了适应地球这种环境演化出来的,宇航员长期处于太空的低重力环境会对其身体机能产生不良的影响。最为显著的就是肌肉萎缩。低重力环境还会对血液循环产生影响,使血液过多的集中于头部。颅压增加后会使视力受到影响,这对宇航员的工作可能是致命的。

图:在国际太空站利用弹力绳模拟重力锻炼,防止肌肉萎缩

为了减轻这些症状,长期执行太空任务的宇航员会采用各种方法锻炼肌肉,防止肌肉流逝。但这些方法作用有限,宇航员返回地球后,任然需要他人搀扶,数周时间后才能恢复行走能力。

有没有方法制造人工重力呢?

当然有办法,让飞船旋转起来,制造出与地球重力加速度差不多的加速度,就可以模拟出重力。

如果旋转半径太小,这就需要更快的旋转速度,这会使因为惯性产生的科里奥利力增加。科里奥利力太大会使身处其间的宇航员感到头晕目眩。所以,产生三分之一地球重力加速度的旋转器半径需要至少几十米。

图:人造重力宇航站

实际上,这样的空间站我们人类已经可以制造出来了。但是,目前还没有这个必要。原因如下:

其一:这样庞大的空间站需要非常多的资金投入,装配难度也非常大;

其二:人类之所以制造空间站,就是为了利用太空中低重力环境来进行一些地球上无法实现的实验工作。

当然,当人类需要进行长达数月甚至数年的宇航任务时(登陆火星等),就需要可以制造人工重力的宇航器了。






游戏人超超


在科幻小说和电影中太空船和太空城总被塑造成轮胎状,这样做的理由是利用“轮胎”旋转时的离心力来代替重力,从而让里面的人生活在和地球一样的重力下


然而有一点需要注意,那就是科幻小说和影视作品中的人类科技都超过了现在的我们,他们的太空城和空间站体积巨大因而能做成轮辐状,现实中的国际空间站还只是节节拼装起来的,我们虽然有能力建造轮辐状空间站,但费用太过于昂贵,而且空间站目前的任务就是在失重环境下做实验,人造重力根本用不上,宇航员们也不会长期生活在空间站内。

用离心力来模拟重力的前提是太空站足够大,小型空间站如果转起来的话只会让里面的人感觉阵阵恶心,只有旋转半径达到上百米的空间站才能较好的模拟地球重力。

人类目前还处于近太空时代,距离大规模开发太空还有几十年路要走,短时间内需要人造重力的项目看起来只有载人登陆火星这一项,然而不困是马斯克还是NASA都没有把自家的火星飞船造成轮辐状。

轮辐状空间站不存在的原因就是人类目前不需要它,真正需要它的人类可能在200年后才会出生,那时候会有几百万甚至上千万人长期在太空中生产生活,人造重力会成为他们居住的太空城的标配。



未来很美好,但太空时代的繁荣是我们这一代人体会不到也见不到的


宇宙探索未解之迷


很多人谈过了成本问题,我从另一个方面说一下,像图片上面这种单轮胎方式是不可能的,比如直升机的螺旋桨在旋转时会产生一个反向作用力,造成机体会反向旋转,所以它还需要一个尾翼来平衡机身,这种单轮胎转动起来以后也会向飞船的主体产生一个反向作用力,让飞船主体反向旋转,这样会把里面的人转晕的,所以必须是双轮胎结构,一个正转一个反转才能够抵消。



吴昂石屏


人造重力系统,是未来星际探测的必须实现的技术。人造重力系统技术上基本没有问题,重要是投入产出比不划算,而且也不需要!

就目前来说,人造重力技术不在理论层面,而在于实践层面。

人造重力最简单的方式就是依靠爱因斯坦在1911年提出来的等效原理概念。

按照等效原理,密闭的房子内的人不能分辨自己是站在地面上,还是以9.8m/s²的加速度在宇宙深空飞行。

那么按照这种思路,我们完全可以让宇宙飞船的加速度保持在9.8m/s²的加速度飞行。这样宇航员就会感觉自己站在地面一样。

不过这种方式有最大的鸡肋,那就是加速过程不能持续太长时间。毕竟维持加速运动要源源不断地消耗燃料,这种方式并不可取。

最靠谱的方式就是利用离心力模拟重力。

其实离心力就是一种虚拟力。是相对于受力物体而言的。

当你坐在一个大圆盘上旋转的时候,在外部的观察者看来,你之所以可以保持平衡是由于摩擦力提供了向心力。

但是作为你自己来说,你可以感受到自己受到了摩擦力,但是为什么自己还可以保持静止。

于是你就会假设一个与摩擦力大小相等,方向相反的力抵消了摩擦力,这个力在你看来就是离心力。

在空间站上,我们可以依靠旋转产生的离心力来模拟重力。

不过这就需要极大的动力系统产生旋转。

不过目前全世界没有一个国家可以把如此笨重的离心力产生系统发射到外太空上,因为火箭载重太低了。

如果分多次发射部件再组装,那费用就没有任何一个国家可以承担的。而且空间站许多实验就是要求在微重力环境下进行。

所以目前的国际空间站没有任何必要做成像科幻片那样的离心力模拟重力系统。

一是经济效应不划算,二是本身许多实验就需要微重力。

但是在以后的星际旅行中,模拟重力系统一定会建造起来的。


科学认识论


这个挺有意思的,不考虑地球,没有参照物的情况下,假设,机器在太空启动了,外圈和中轴都是无重力,然后加速到一定速度,在外圈看,我没动呀,只是中轴越转越快了对吧,那离心力是哪里来的?只是中轴加速,不会产生离心力,不管是地球还是太空,这个对吧。也就是肯定要有第三方进来才行,地球的卫星肯定是有力的存在,要不卫星直接飞了,就不会绕着地球转了。可是离开地球呢,比如去个火星,或者出个太阳系,不可能随时有个球跟着给你提供第三方的力呀,搞不懂,文化有限,绕晕了[呲牙]


门市门帘制造


因为人类目前的航天发展阶段并不需要这样的人造重力;其次按照目前的航天技术,将一个庞然大物一次性发射上天是不可能的,如果分多次,在经济上,单个国家也是吃不消的

在科幻电影中,我们经常会看到圆环状的太空城,城内的居民可以像在地球那样自由的在环壁上行走。而这背后的科学原理说来并不复杂,就是利用离心力来模拟引力的存在(离心力存在于非惯性系,属于惯性力),并且在设定圆环的半径、转速的前提下,我们就能算出这个力的大小。当然了,对于内部居民而言,他们的感觉与真实的引力环境基本无异。

虽说原理不难,但理论和实践是两码事,至少在建造这一块,难度非常大。从人类建造国际空间站就可见一斑(从组装到完全完成用来17年时间),而这样的圆形空间站,尺寸势必远大于国家空间站,且内部装置也更加复杂。因此人类目前的建造技术还是相当吃劲的,这还没谈运输过程。

总的来说,随着人类航天进程的不断发展,迟早有一天会达到达建造大型人造重力系统的地步的。

期待您的点评和关注哦!


赛先生科普


空间站为什么不建成像科幻片里的圆形,靠离心力模拟重力?

我认为主要阻力是材料。火箭发射的发动机需要耐高温、耐持久的材料;火箭的外壳需要硬度高、耐摩擦、耐腐蚀、耐高温等的材料;火箭的搭载系统需要强度高、硬度高、耐高温等的材料;理论上的电浆发动机也对材料的要求非常高;靠离心力模拟重力,我想对于材料的要求也很高,旋转的过程中对旋转轴、舱室强度、空间站的龙骨强度等等都要有很高的要求。

第一次工业革命是对钢材材料的要求;第二次工业革命是对于电力传输与应用材料的要求;第三次工业革命是对网络载体材料的要求(这次有非议);第四次工业革命我想还是对新型材料的要求,对硬度、耐腐蚀、耐摩擦、强度等等都有很高的要求。

随着科学技术的积累,我想第四次工业革命材料肯定起到翻天覆地的变化,火箭发动机有了新材料,可以研发更大动力的火箭,搭载更多货物。运输成本大大降低,火箭可以重复利用。旋转式的空间站拥有高强度的材料,才能真正运转起来。一切的发展基础都是材料。个人拙见。


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