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探索未来空间站雏形:巨型旋转环造重力场

科学家认为太空生活会对人类身体机能产生不利影响,虽然返回地球的宇航员竭尽全力对着摄像机微笑,但是他们一般都不能自主站立起来。可以想象一下,未来前往火星的宇航员将会受到何种挑战。前往火星之旅需要数个月时间,在此期间宇航员需要经受住空间飞行对身体机能产生的影响,当他们降落火星表面时也将面临无法正常行走的风险。

对此,美国宇航局生物学家沙美娜·巴塔查亚认为空间飞行将对宇航员产生各种各样的影响,比如骨密度的降低、肌肉萎缩和视力下降等,最新的实验表明行星际以上级别的空间飞行甚至会威胁人体免疫系统。在宇宙空间飞行途中,宇航员很难维持良好的生理机能平衡,睡眠时间减少,心脏血管的血液供应量放缓,更不用说肠胃胀气等问题了。除了这些问题外,宇航员还将面对眩晕、困乏无力等空间飞行病症。巴塔查亚的最新实验和过去半个世纪科学家们进行研究显示,空间疾病的诱导因素归咎于太空的零重力环境。

由此看来,人类还没进化出可以适应空间飞行的机体,科学家们也正在弄清楚失重会导致哪些不良病症。

例如,欧洲空间局进行了一项研究,对志愿者进行21天一系列的卧床休息实验,与此同时,美国宇航局和俄罗斯空间机构也开展合作,在国际空间站上测试宇航员失重导致生理机能下降的理论,探索如何改变运动和营养来降低空间疾病。然而,如果人类前往火星、木星、土星或者其他天体卫星群,我们就应该找到解决空间疾病的途径,其中一个方案就是美国宇航局在1970年代放弃的打造“人造重力环”计划。

任何一种在太空中旋转的环形结构都具有产生模拟重力环境的能力,研究人员罗斯将其命名为“伪重力效应”,通过太阳能聚焦产生的蒸汽动力带动“补给碗”和“面包”围绕着中央轴线旋转,这样就可以产生向心力,模拟出重力环境。

如果我们处于旋转轮的内侧,就可以察觉到与重力类似的效果。我们可以通过设定旋转轮的大小和旋转速度来模拟出所需要的重力场值。众所周知,当旋转轮更大、旋转速度更快时,产生的重力效果就越加明显。在2001年的一部电影中,宇航员在环形飞船中慢跑,这个就是人造重力场的情景。

人造重力场空间站的体积也较大,可以容纳大约12至50名宇航员,拥有单独的个人舱室,配备了桌子和舒适的椅子,甚至还有医务室。事实上,这些空间站设计与“鹦鹉螺-X”计划相似,这是一种多任务的空间探索飞行器,该计划是由美国宇航局在2011年提出的,参与设计方还有学术界、航天工业的研究人员。“鹦鹉螺-X”计划设计载人为6名宇航员,外形与空间站类似,配备了大型太阳能电池板和一系列相互连接的节点舱。

其主要特征是拥有一个更大的空心旋转轮,外形上酷似自行车的内胎,是由一系列连接环与充气式的太空船组合而成。

在商业太空旅行爆炸式发展的今天,这种想法并非无法实现,事实上,美国宇航局与酒店大亨罗伯特·毕格罗合作研发的第一个充气式轨道空间站就是该想法的具体实现,毕格罗希望将他的酒店业帝国扩展轨道业务。也许有一天,巨型车轮状的充气式空间站会终结这一争论,里面居住的是百万富翁而不是火星探险者。

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