人造重力的興衰

幾十年來，科學(xué)家一直在設(shè)想一種巨型旋轉(zhuǎn)空間站，能夠產(chǎn)生人造重力。不過，這一夢(mèng)想一直未能實(shí)現(xiàn)。由于零重力狀態(tài)會(huì)對(duì)宇航員的健康產(chǎn)生不利影響，而且未來將要實(shí)施的探索火星、小行星的任務(wù)需要持續(xù)時(shí)間更長的深空作業(yè)，打造可產(chǎn)生人造重力的航天器成為一種必然。此外，隨著商業(yè)太空旅行業(yè)的快速發(fā)展，未來可能出現(xiàn)的巨大充氣式輪形空間站能夠產(chǎn)生人造重力，讓游客享受更為舒適的太空之旅。

零重力影響宇航員健康

生活和工作在太空將對(duì)宇航員的健康造成不利影響。從國際空間站返回地球的宇航員雖然笑對(duì)記者鏡頭，但卻很難站立?？臻g站尚且如此，未來的火星之旅將對(duì)宇航員產(chǎn)生何種影響可想而知?；鹦侵脷v時(shí)數(shù)月，在忍受數(shù)月零重力的影響后，登上火星表面的宇航員連蹣跚都很難做到，更不用說走路了。美國航空航天局的生物學(xué)家沙爾米拉·布哈塔查爾婭表示：“零重力將對(duì)宇航員的健康產(chǎn)生一系列影響，例如骨密度下降，肌肉流失和視力下降?！彼罱M(jìn)行的研究顯示，太空飛行甚至?xí)?duì)免疫系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。在太空飛行過程中，宇航員很難保持平衡，睡眠被剝奪，心臟血管的運(yùn)轉(zhuǎn)趨于緩慢，出現(xiàn)腸胃氣脹。此外，他們還會(huì)出現(xiàn)一系列太空病癥狀，例如眩暈、沮喪和乏力。

人類還沒有進(jìn)化出適于在太空生存的特征。科學(xué)家一直在進(jìn)行研究，了解和遏制失重狀態(tài)產(chǎn)生的不利影響。最近，歐空局進(jìn)行了一系列臥床休息研究，了解21名志愿者在臥床休息21天后身體受到的影響。很快，美國航空航天局和俄羅斯聯(lián)邦航天局將合作實(shí)施一項(xiàng)為期一年的國際空間站任務(wù)，測試一系列對(duì)抗失重狀態(tài)的最新理論，例如加強(qiáng)鍛煉和營養(yǎng)。

巨型旋轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生人造重力

如果人類前往火星、木星、土星的衛(wèi)星或者更遙遠(yuǎn)的天體，我們顯然需要尋找更為極端的解決方案。其中一個(gè)解決方案就是復(fù)活美國航空航天局20世紀(jì)70年代放棄的計(jì)劃，打造擁有人造重力的航天器。早期的空間站設(shè)計(jì)均設(shè)想過人造重力（由巨大的旋轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生），在未來，這種空間站將越發(fā)普遍。

在1949年發(fā)表于《英國行星學(xué)會(huì)》雜志的一篇文章中，H.E.羅斯設(shè)想了一個(gè)“燃料補(bǔ)給站”，用于執(zhí)行月球探索任務(wù)。這一設(shè)計(jì)由三部分構(gòu)成，可以形象地比喻為碗、小圓面包和手臂。“碗”是一面巨大的鏡子，在設(shè)計(jì)上用于聚集陽光，加熱水以產(chǎn)生蒸汽動(dòng)力。沒錯(cuò)，就是打造一座蒸汽動(dòng)力的空間站?！靶A面包”的外形更像是一張百吉餅，位于鏡子后面。“手臂”從“小圓面包”的一側(cè)伸出，連接對(duì)接端口。

借助于太空中的旋轉(zhuǎn)輪，人造重力會(huì)以這樣一種方式產(chǎn)生：推進(jìn)器讓“碗”和“小圓面包”沿著它們的軸旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生向心力，進(jìn)而產(chǎn)生重力。在中空輪內(nèi)的任何人都會(huì)感受到與重力類似的效應(yīng)，而具體產(chǎn)生多少人造重力取決于旋轉(zhuǎn)輪的尺寸和旋轉(zhuǎn)速度，尺寸越大，速度越快，產(chǎn)生的人造重力越大。

在“阿波羅”月球探索計(jì)劃的末期，美國航空航天局委托宇航公司研究未來的空間站。當(dāng)時(shí)，人造重力成為所有空間站設(shè)計(jì)的一大要素?！短诊w行》雜志編輯、曾參與空間站設(shè)計(jì)的美國航空航天局前任工程師大衛(wèi)·貝克表示：“這些空間站研究現(xiàn)在看來非常過時(shí)。20世紀(jì)70年代中期的太空實(shí)驗(yàn)室任務(wù)證明，建造一座空間站的重點(diǎn)就是進(jìn)行微重力研究。于是，我們放棄了人造重力這一想法?，F(xiàn)在，我們可能有必要重新進(jìn)行研究?！?/p>

鸚鵡螺-x無奈夭折

在倫敦的英國行星學(xué)會(huì)圖書館，筆者發(fā)現(xiàn)了貝克1971年撰寫的有關(guān)人造重力項(xiàng)目的報(bào)告。其中一份報(bào)告提到了麥克唐納·道格拉斯公司的所謂“太空基地”，由一系列圓柱形太空艙構(gòu)成。這個(gè)基地建有一個(gè)獨(dú)立的人造重力艙段，為宇航員提供相當(dāng)于地球重力1/2的人造重力。另一個(gè)更加雄心勃勃的設(shè)計(jì)來自羅克韋爾公司，采用中央芯設(shè)計(jì)，四個(gè)圓柱形太空艙從中央芯伸出，好似輪輻一樣，每一個(gè)太空艙都建有生活區(qū)和工作區(qū)。與羅斯1949年提出的設(shè)想相同，這些太空艙沿著中央軸旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生人造重力。這些設(shè)計(jì)非常巨大，可容納12名～50名宇航員，每人都有自己的艙室，艙室內(nèi)桌椅齊備，甚至還有一個(gè)醫(yī)務(wù)室。

2011年，由美國航空航天局、學(xué)術(shù)界和航天業(yè)組成的航天飛機(jī)計(jì)劃的技術(shù)應(yīng)用與評(píng)估小組，提出一項(xiàng)被稱為“鸚鵡螺-X”的提議。根據(jù)他們的提議，“鸚鵡螺-X”將耗資37億美元，在設(shè)計(jì)上可容納6人，外形與飛行的空間站類似，裝有大型太陽能電池板以及一系列相互連接的管道，一個(gè)巨大的中空輪環(huán)繞中央。這個(gè)輪與自行車的內(nèi)胎類似，由一系列堅(jiān)固的環(huán)構(gòu)成，彼此間由軟壁充氣艙段相連。在結(jié)構(gòu)上，這一設(shè)計(jì)與美國航空航天局要求畢格羅宇航公司設(shè)計(jì)的太空艙類似，后者預(yù)計(jì)于2015年安裝在國際空間站上。

“鸚鵡螺-X”的外形與國際空間站類似。參與這一項(xiàng)目_的馬克·霍爾德曼表示：“‘鸚鵡螺-X’將在軌道中組裝，利用組裝國際空間站過程中獲取的技能和經(jīng)驗(yàn)。”技術(shù)應(yīng)用與評(píng)估小組將目光聚焦在近期的太空探索任務(wù)上，研發(fā)新技術(shù)或者延長現(xiàn)有技術(shù)的壽命。他們計(jì)劃制造一個(gè)模型，安裝在國際空間站上，用于驗(yàn)證這一設(shè)計(jì)，然后制造全尺寸版?；魻柕侣f：“它將成為第一個(gè)真正意義上能夠?yàn)橛詈絾T提供人造重力的航天器?！W鵡螺-X’在設(shè)計(jì)上同樣能夠?yàn)榛鹦秋w船的研制打下基礎(chǔ)。這種飛船將搭載9名～12名宇航員前往火星?！比欢?，由于探索重點(diǎn)的變化以及缺少資金，這項(xiàng)計(jì)劃最終夭折。

更簡單、更低廉或?yàn)榉较?/p>

由于預(yù)算減少，航天部門可能會(huì)走設(shè)計(jì)更簡單、造價(jià)更低廉的路線。如果最終做出這種決定，他們可以借鑒美國航空航天局20世紀(jì)60年代中期實(shí)施的“雙子座”任務(wù)。當(dāng)時(shí)，宇航員用繩索將太空艙與無人對(duì)接艙連接在一起，允許兩個(gè)組件彼此環(huán)繞對(duì)方旋轉(zhuǎn)。為了理解這一做法遵循的理論，你不妨想象一下用繩索在裝滿水的水桶內(nèi)攪動(dòng)，繩索的末端會(huì)在水桶內(nèi)產(chǎn)生向心力。

對(duì)于預(yù)算緊張的航天機(jī)構(gòu)來說，他們還有一個(gè)費(fèi)用更低的選擇。麻省理工學(xué)院的研究人員利用一臺(tái)小型離心機(jī)進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，讓桌子或者椅子旋轉(zhuǎn)。他們的想法是讓國際空間站上的類似物品旋轉(zhuǎn)，并將宇航員綁在上面一起旋轉(zhuǎn)，從而模擬重力。雖然這種裝置會(huì)讓人產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)?。ㄓ绕涫窃谝苿?dòng)頭部的時(shí)候），但實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，采用這種裝置能夠抵消失重狀態(tài)產(chǎn)生的一系列不利影響。

貝克認(rèn)為可能存在另一種建造第一艘人造重力航天器的方式。他說：“毫無疑問，一座建在太空的酒店需要產(chǎn)生人造重力。鑒于多達(dá)50%的宇航員曾患上太空病，如果在地球軌道建酒店，人造重力將是必不可少的一個(gè)要素?！彪S著商業(yè)太空旅行業(yè)的快速發(fā)展，這一想法并不像10年前那樣遙不可及。由酒店業(yè)大亨羅伯特·畢格羅創(chuàng)建的畢格羅宇航公司與美國航空航天局合作，負(fù)責(zé)為其提供首個(gè)充氣式空間站太空艙。畢格羅希望將他的房地產(chǎn)帝國的觸角延伸到地球軌道。也許在未來的某一天，我們會(huì)看到地球軌道中出現(xiàn)巨大的充氣式輪形空間站。不過，這種空間站是為腰包豐腴的太空游客準(zhǔn)備的，而不是前往火星的探險(xiǎn)家。