为何不用人造重力，解决宇航员站不起来的问题？存在哪些难点？

神舟十三号飞船于10月16日发射成功。根据中国航天局的说法，这次航天员在太空停留的时间比神舟十二号还要长，也就是至少3个月以上.宇航员在太空中处于失重状态。这种失重状态对人体健康有很多影响。

比如之前上过头条的神舟十二号飞船宇航员下飞船就坐在躺椅上。当时大家都很担心宇航员的健康。在失重环境三个月后，第一次回到重力平衡的环境会感觉很不舒服。

经过严格筛选和训练的宇航员都无法抵抗这种失重状态，何况我们普通人呢？所以，在这样的条件下，星际移民和太空旅行可谓是痴人说梦。即使训练有素的游客达到升空标准，相信这也不会是一次舒适愉快的旅行。

另外，未来人类肯定会去探索更遥远的星球，花费更多的时间。以火星为例。3年。如果人体在失重状态下保持3年会怎样，我们谁也不知道。

根据以上需求，很多人建议为什么不利用人工重力建造空间站或宇宙飞船，解决宇航员无法站立的问题，确保他们可以像地球上的正常生活一样生活在其中。科幻电影里那些模拟重力的空间站，现实中不能建吗？在人工引力方面，人类还有哪些未解难题？

什么是地心引力

在了解失重和人造重力之前，我们首先要知道地心引力是什么。万有引力其实就是万有引力的一种体现，地球上的所有物体总是被地球吸引，这里被吸引的力叫做万有引力。

重力方向始终垂直向下。物体所受重力的大小与物体的质量成正比。计算公式为：G=mg，g为比例系数，大小约为9.8N/kg。

1687年被苹果砸中的牛顿提出并发现了万有引力。他那一瞬间灵光一闪，改变了人类对地球和宇宙环境的看法。

正是因为有地心引力的存在，我们才能立足在地球上。如果我们进入太空或到达其他重力较低的星球，我们无法承受人类的重量，大部分时间我们都漂浮在中。作为力学中最重要、最基本的概念，引力在物理学界有多种定义。例如，很多人认为引力不仅仅是万有引力的体现，而是万有引力和惯性力共同作用的体现。

当我们进入太空的时候，我们会感到失重，这是的引力小于万有引力的体现。

但是在进入太空之前，宇航员在飞船发射阶段就处于超重的状态。当然，这种状态不会持续太久。根本原因是只有一定的速度才能“逃离”地球，所以此时有向上的加速度，宇航员会感到超重。同样，在深海潜水，也会有巨大的超重感。这时候就需要穿上专用的抗G服。

失重对人体的影响在太空中影响人体健康的因素很多，例如真空环境、高强度辐射，其中就包括的微重力环境影响人最大的。上面说过，地心引力是地球引力的体现。其实，地球是有引力场的。但在太空中，重力几乎为零，可以忽略不计。例如，月球表面的引力只有地球的六分之一，火星是三分之一。这种失重环境会对人体的各个系统产生影响，例如体液头移位、心肺功能改变、神经系统紊乱、骨质疏松和肌肉退化等。

首先是体液的转移。我们看到宇航员在太空中经常处于漂浮状态。这是因为他们无法在失重环境下完全控制自己的身体，这意味着体内的体液也会发生变化。体液会转移到上半身和头部，积聚在胸腔和头颈部，这种情况会一直持续到回到地面。宇航员通常会感到头胀或头痛，需要卧床休息以缓解。

相对于上半身的体液过多，下半身的体液就变得特别少了。在这种情况下，真的变得“头重脚轻”了，腿会出现明显变小的情况。

据观察，当转移的体液达到2L时，大腿的周长会减少10%到30%，宇航员会发现他的腿就像两根“棍子”，这就是-称为“鸡腿综合症”。

看到这里就不难理解为什么宇航员返回地球后要坐躺椅和担架，因为腿暂时发不出力。

其次，感觉神经紊乱，微重力会影响人体的前庭系统，使其接收到一些杂乱的信号，导致一种叫做“空间晕动病”的不良状态反应，常伴有恶心呕吐、肠胃不适、食欲不振等表现。

对心肺功能的影响就更严重了，因为我们知道心脏是人体的发动机，人体会出现心肌萎缩、心肺血容量增加、以及在失重状态下心律失常。重力的缺乏减少了人类活动，心脏长期处于低功率状态。当宇航员返回地面后，会发现心脏功能明显下降，会出现体力下降症状，不能长时间站立。

最后，骨质疏松和肌肉退化。根据相关航天机构显示的数据，飞行6个月的宇航员胫骨松质骨流失率高达24%。这会导致人体肾脏钙质沉积，增加患肾结石的风险，而骨骼的加速老化会大大增加宇航员返回地球后骨折的风险。肌肉退化主要体现在下半身，比如上面提到的鸡腿综合症，长期飞行的肌肉流失可达50%，抑制肌纤维重建，短时间内很难恢复。

除此之外，还有心理问题等等，这里就不细说了。可以看出，在失重环境下，人体的很多功能都会受到影响，有一些功能在返回地球后可以恢复，但是需要非常长的时间，比如失重状态下骨骼退化的速度的是正常环境的8倍左右。可以说飞入太空不仅没有减慢人的时间延缓衰老，反而加快了人身体机能衰老的速度。

因此，为了长期在太空工作的宇航员的身体健康，也为了未来人类能够顺利完成太空旅行，“人造引力”成为了当下的热门话题.

人造重力

人造重力是一种人造重力效果模拟，主要解决上述失重状态对人体的影响。常用的方法是让空间站或航天器处于旋转状态，人为制造离心力。

人造重力在理论上是可行的。我们以空间站绕0点旋转为例。此时，角速度为w，空间站内半径为R1，外半径为R2，高度为h，质量为m。得到公式mw2R=ma。

空间站的人工重力处于由内向外的变化阶段，在中心0点完全失重，离0点越远，更大的引力是，所以如何确定空间站的自转角速度也很重要。

早期有人想到了这种类似于科幻电影中“环形空间站”的设计，并提出了一个假设。比如1949年的《英国行星学会杂志》就给出了这样一个空间站的想法。利用螺旋桨使空间站沿轴线旋转，从而产生向心力。重力的大小与纺车的大小和速度有关，如前所述，速度越快，重力越大。

不过这个人造重力空间站的想法被美国宇航局工程师大卫·贝克指出，旋转空间站只是理论上可行，以目前的技术是不可能在太空中建立的。

除了用这个方法实现人工重力，还可以用离心机。比如2016年11月10日，俄罗斯卫星网就发布了这篇报道。俄罗斯科学院生物研究所所长列格奥尔洛夫说，他们制造了一种小型离心机，可以用来模拟重力，用于建造空间站和太空舱.

具体来说，宇航员被放在一个装有离心机的装置上。这个小装置会一直旋转，模拟重力，消除宇航员的失重感，但是这种旋转也会造成空间晕动症，所以不是最好的方法。新空间站的想法和困难

2011年，美国宇航局发布了一个新空间站的创新提案，命名为“鹦鹉螺-X”。这个装置在外观上类似于鹦鹉螺，有多个独立的隔间相互连接，有大型太阳能电池板和管道围绕零重力中心旋转。然而，由于成本巨大，这一设计未能实施。其的总预估成本高达37亿美元，后续还在不断完善中。

日前，设计师TimAlatore表示要设计一座名为“冯·布劳恩空间站”的人造重力太空旅馆。酒店可容纳400名乘客，基础设施一应俱全，但目前这种说法只是一种设想。酒店业和罗伯特毕格罗希望在太空建造一个充气轮式空间站。

以目前的深空技术发展水平来看，模拟重力建造空间站是不可能的，因为这种空间站造价太高，资金有限，研发工作无从谈起。并确保制造出来的东西确实可以使用。这种大型空间站需要精确组装。显然，组装工程必须在太空中进行。

这种大型部件需要用火箭运走。现在，除了美国的土星五号外，大部分大型重型运载火箭都处于的研发阶段。承担这项任务。

所以，航天工业的建立是环环相扣的。所以，现在航天工程师说，在决定用人造重力建造空间站之前，首先要搞清楚宇宙中有多少重力最合适，并依托它。实现技术研发。之后，在设计部件之前，还需要确定有一个可以运载到太空的大型火箭。其次，太空中的对接设备也是关键。因此，在这些技术成熟之前，利用人造重力建造空间站是不现实的。

结论

简单来说，人造重力在理论上并不难，但如果在现实中实施，会在很多方面受到限制。当宇航员能够在太空舱和空间站内正常站立和行走时，那么大家梦寐以求的太空旅行应该就可以开始了。可以说，无论是太空旅行，还是在其他星球上建设人类基地，人工重力都是不可或缺的一环，期待人工重力成功实施的那一天。