为什么空间站不建造旋转结构来模拟重力?情况比我们想象的要复杂

科技的快速发展让人类很快实现了飞天的梦想,走出地球开始探索宇宙。当人类有了飞天的技术和能力之后,首先想到的就是建造空间站,这样就可以通过站更好的观测和研究地球和太空。

我们知道,地球有厚厚的大气层,地面的天文望远镜要观测太空深处的景象和奥秘,是会受到大气层的阻挡,看得不够清楚。只有在太空中完全没有地球大气层的阻拦,可以看得更远,更清楚。而且在太空中观测地球也是非常方便的,更重要的是通过空间站有可能还会发现一些可能存在的不明飞行物。

空间站对于人类的用处是非常大的,可是我们发现,宇航员在空间站的行动可不像地球上一样,而是以飘的形式前行。这其中的原因就是因为空间站没有地球一样的重力。而在这样的微重力环境下工作,人体的肌肉会萎缩,心脏负荷会降低,为了减轻微重力对人体造成的影响,一般都会让宇航员每天进行简单的体能训练。而且,宇航员也很难在空间站进行长久的工作,基本上每隔一段时间就需要返回地球,然后派新的宇航员前往空间站。

今年初有一部科幻电影火了,它就是《流浪地球》,这部影片中让人们比较印象深刻的就是最后国际空间站向木星撞击,从而成功点燃了木星拯救了地球。如果细心的朋友们会发现《流浪地球》中的国际空间站可比我们现实中的强大太多了,其中最重要的一个功能就是空间站有模拟重力,人们在空间站生活和地球上没什么区别,可以长久呆在空间站中。

通过影片的描述,我们知道电影中的领航员国际空间站之所以能有和地球一样的重力,是因为空间站使用旋转机构来模拟重力。我们会发现《流浪地球》中的国际僮站是圆形的,四周有庞大的环形结构,正是依靠这种环形结构通过高速旋转产生离心力,从而让空间站有了模拟重力。

看完影响中的空间站,很多人产生这样的一个疑问:为什么我们现实中的空间站不建造旋转机构来模拟重力?这个应该不是太难吧,可实际的情况远比我们想象的要复杂。从理论理上说,这种方法完全可行,离心力的本质是惯性力,其作用和真实的力没有区别,《流浪地球》中的空间站模拟重力的技术并不是完全没有实现的可能性。但是需要把空间站建造得非常大才行。

要想在太空中产生重力,建筑物就必须对人体有支持力,根据圆周运动的向心力与速度的关系,我们可以让空间站围绕一个中心旋转。在没有旋转之前,人体和空间站的内壁没有任何作用力,这个时候处于失重状态。当空间站旋转时,内壁就会对人体产生一个支持力,这个支持力就是向心力,此时人就会获得一定的重力。只要空间站的质量和旋转速度达到一定条件,空间站完全可以产生和地球一样的重力。

虽然这个理论非常不错,介理目前没有哪个国家敢采用这种模式,主要涉及的问题有很多,比如驱动动力,制造材料,结构类型,能源消耗等。任何一个环节无法满足条件,都有可能给空间站带来的未知的巨大风险,因为这种旋转装置产生的重力没有在地球上的重力稳定。重量要足够。这样建造的空间站要比现在大很多,质量巨增带来的是巨额的物质运输成本。

我们现在所用的火箭都是一次性消耗品,无法来回反复使用,而一次性火箭大概在5000~10000美元每公斤,要把大量物资运送到太空,整体成本还是非常巨大;如果要建造巨型空间站,以满足宇航员的长期生活,以及建造巨大的环形结构来模拟重力,成本是当前任何国家都无法承受的。

即使资金最后解决了,可是要在太空中建造巨型空间站,光有重力还不行,还需要有更强大的材料才行。如果材料不行,空间站建得太大,那风险反而会更大。因此想要建造巨大的空间站旋转结构来实现人造重力,首先要解决材料问题,需要研究出更强硬的材料才行。

材料问题解决后,还要解决运输问题,以人类现在的航天发射技术,成本太高了。火箭都是一次性的,只有实现了能够重视利用的火箭技术,才能够将火箭运输成本大幅下降,这样才能够花费比较小,才有希望建造一个巨大的旋转结构空间站。目前全世界多个国家合作建造的一个空间站长约73米,宽108米,预计2024年退役,总耗资就有近1600亿美元。这种空间站跟《流浪地球》中的那个空间站相比就是蚂蚁跟大象的区别。

而且建造旋转结构的巨大空间站来实现模拟重力,还有一个决定性的因素那就是强大的动力。《流浪地球》中的人类已经实现了可控核聚变技术,空间站的动力自然也是核聚变。只要如此强大的动力才能够完全稳定驱动巨大的环形空间站的运行。

如果我们现在勉强建造起这样巨大的环形结构空间站,可是没有相对应的强大动力为核心,根本无法实现安全稳定运行,如果勉强用其它动力代替,有可能反而会让空间站的运行非常不稳定,弄不好就会出巨大危险。由此可见,环形结构的空间站理论上来实现模拟重力是完全没有问题的,可是在实际建设当,要多项技术的配合实现才才,而人类现在还不具备这些技术的中的任何一条。

当然,如果给人类几百年的发展时间,可控核聚变大概率能够实现,而空间站所需要的高强度材料也能够实现。那个时候有了核聚变能源,从地球太空运输物资,根本不用火箭,直接用飞船就可以快速运输,成本会非常低。有可能那个时候,科学家会建造比《流浪地球》中还要宏伟巨大的空间站,人们能够在有重力的空间站中长久生活和工作。

不过,通过旋转结构利用离心力来实现模拟重力并不是完美的人造重力。而真正的人造重力是可以在小型飞船也可以轻松实现,而要让普通的飞船也有重力,就需要人类掌握反重力技术才行。这是真正能够实现人造重力的强大科技。

只要人类实现了反重力技术,飞船进出地球将会非常简单容易,同时飞船都能够拥有重力系统,在飞船内和地球上的重力相同。只有实现了反重力技术,有了人造重力技术。人类才能够真正开启星际旅行,否则在人类没有实现人造重力之前,我们是不能够长久在飞船内呆着,自然也就无法进行星际旅行。

因此,当人类有一天能够走出太阳系进行星际航行的时候,标志着人类掌握了反重力技术,掌握了人造重力技术。当然,饭要一口一口吃,人类下一步要实现的能源革命就是可控核聚变,它哪一天实现,人类的环形结构空间站之梦也就可以实现。

小伙伴们,你们对此有何看法?欢迎大家在下方留言讨论,发表自己的见解和看法。

免责声明:本网站文章来自网络,仅提供展示服务,不保证内容的真实性,请谨慎交易!如产生交易,一切后果自负!本网对此不承担任何责任。

为您推荐