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宇航员上天6个月,骨质流失10%,终身难恢复,人造重力难在哪里

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聂海胜、刘伯鸣、汤洪波三位宇航员在天和空间站上已经呆了6个月,并且在9月17号乘神舟号宇宙飞船重返地球。


在这6个月时间,地球上发生了很大的变化,美国撤军塔利班掌权,而且对于中国人来说最大的变化是教育培训不存在了,学区房突然大幅度降价,但是这些都是可以通过时间来改变的。

唯一不能改变的,这三位宇航员的身体可能因在太空中微重力环境长期驻留,可能会留下永久的损伤,其中最重要的就是骨质会流失。


宇航员进入太空,最初几天之内骨质就开始流失,最严重的损失发生在进入太空中第2个月和第5个月。宇航员从太空返回地球之后,在几个月之内会恢复大部分的骨质,但并不是全部。

目前对于微重力环境让人骨质流失的原理,有几个假设,但是全部的机制仍然没有完全弄清楚。

不久的将来,可以重复使用的运载火箭就会进入载人宇航系统,进入太空成本不断降低,最终普通人将有机会进入太空。


但是对于普通人来说,长期逗留在微重力环境引起的各种问题,是不能承受的。

所以专业的宇航员仍然需要特殊选拔。

人类大规模进入外太空,需要在太空中重建重力系统。

那么在太空中重建重力系统到底难不难呢?准确的来说,重建重力系统的难度并不在于创造这个物理量本身。

根据物理学的等效原理,引力场的局部完全等价于做加速运动的惯性系。


圆周运动就是一种加速运动,可以让航天器在太空中旋转来制造重力环境。

通常在科幻中题材中才出现的那种环形的空间站,就是可以通过旋转来制造重力。

但是,建立巨大的环形旋转空间站有非常多的难题。

在反重力宇宙飞船出现之前,不能在地面上直接发射如此庞大的设备。

一个直径100米的环形空间站,必须分成若干段在地面上发射升空,在太空中现场组装。


在真空和微重下进行作业是一个巨大的挑战,尤其是组装复杂的设备。

目前不管是中国的空间站还是国际空间站,宇航员在外太空能够进行的最复杂活动,也仅限于把某些设备进行移位和接口的简单对接。

这和全靠人力在太空中制造一个庞大的航天器,完全不是一个级别的。

当然,我们可以采取各种辅助性的措施,制造一些在太空中工作的机器人来完成这个工作。虽然这是可以想象的,但是操纵这些机器人仍然需要人力。

总的来说,在太空中进行复杂生产活动,人类目前还没有这个能力。


除此以外,在太空中制造巨大旋转空间站,还面临着一个问题,就是和宇宙飞船的接驳、对接的问题。

在太空中飞行的旋转空间站,不仅具有相对的线速度,还具有绕轴转动的角速度。

所以,与之对接的航天器也必须具有一个同时绕轴旋转的角速度。

当然,在这种太空旋转空间站中间肯定会存在一根轴,用来接驳宇宙飞船,可以大幅度降低对接的难度。但是对于现在的对接系统来说,仍然没有准备好去和一个旋转的物体对接。


宇航员进入一个旋转的空间站,也面临着很多的问题。从轴向进入是零重力,但是接近于旋转航天舱的时候,重力会增加。

对于宇航员来说,进入人造重力空间航天舱,相当于从一个几十米高的梯子往下爬,受伤的危险比较大。

一个微小的物体掉进航天舱,也有可能击穿航天舱。重力梯度对于航天器的结构损伤可能是危险的。

而且,还有一个非常重要的问题,就是宇航员出舱非常麻烦。

在不旋转的空间站上,宇航员 出舱 ,对于空间站的位置几乎是固定静止的。


但是在旋转的空间站上,宇航必须依靠一个系留缆绳才能维持相对静止。

宇航员在外太空会有俯视太空的感觉,恐高症的人会觉得自己被一根绳子吊在无底深渊的上空。

随着转动,这个缆绳很可能和某些物体缠绕,带来危险。如果断掉,宇航员会被甩进太空。

宇航员也可以维持航天器的 中心 相对静止,但对局部的航天仓,就是处于相对运动状态,有可能宇航员会和航天舱相撞。

要减少由于旋转制造重力而带来的一系列危险性,唯一的途径就是把旋转空间站 做的 极其巨大,放缓旋转角速度。


半径100米的环形空间站,制造0.5G的重力,每秒钟要转12度;半径1000米的航天舱,制造0.5G重力,每秒钟要转4度;半径是10公里的环形空间站,制造0.5G的重力,每秒钟需要转1.3度。

对于出舱的宇航员来说,在半径是10公里的环形空间站附近工作,才比较安全。

但是直径20公里的巨大空间站,是目前人类想都不敢想的。

我们看到宇航员从外太空返回地面,出舱都是被人抬出来的,假如所有人同时进入外太空,返回地面,谁把我们抬出来?


所以,虽然space X公司的廉价运载火箭可以让普通人进入太空几日游。但是,建造巨大的太空城市不只是技术问题,还涉及人类的生理适应性。

人类进入外太空,每个月的骨质会流失1%~2%,6个月会流失10%左右。所以,如果要成为一个能够在外太空和地面自由切换的种族,人类可能还需要再进化几千年。

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