人工重力：舊思維的新詮釋

在世界各地的實(shí)驗室中，利用人工重力進(jìn)行長時間的空間任務(wù)正重新得到認(rèn)真的研究。這里展示的是麻省理工學(xué)院人車實(shí)驗室的實(shí)驗工作。（圖片來源:麻省理工學(xué)院人車實(shí)驗室）

在往返遙遠(yuǎn)火星的長途跋涉中，讓宇航員保持最佳狀態(tài)可能需要便攜式重力。長期的太空旅行者需要對抗肌肉萎縮、骨質(zhì)流失、心血管失調(diào)和平衡失調(diào)等衰弱效應(yīng)——人類在微重力環(huán)境下的反應(yīng)。

幾十年來，人工重力研究一直是一個時斷時續(xù)的命題。但在過去幾年里，在NASA的新月、火星和其他探索任務(wù)的推動下，人工重力研究現(xiàn)在正在發(fā)展，這一次有了一個新的轉(zhuǎn)機(jī)。

“這個想法的時代已經(jīng)一遍又一遍地到來”，位于馬薩諸塞州劍橋市的麻省理工學(xué)院(MIT)阿波羅航天計劃教授勞倫斯·楊解釋道。

楊也是一名健康科學(xué)和技術(shù)教授，長期以來一直在研究人工重力可能發(fā)揮的作用，以防止人類在星際空間中旅行時變?nèi)酢?/p>

“自從我在20世紀(jì)60年代開始研究這個問題以來，我認(rèn)為大家正在認(rèn)真對待。我們擁有大量優(yōu)秀的開發(fā)者……以及華盛頓特區(qū)的支持?！?/p>

在過去，隨著太空生命科學(xué)家開始意識到宇航員的健康問題，NASA開始尋找快速、個性化的解決方案?；顒悠桨遘?、飛行中的鍛煉、藥物——所有這些和其他療法都是為了一次治療一個身體系統(tǒng)。

與此同時，俄羅斯專家研究了他們在地球軌道上待的時間長得多的宇航員，他們指出，他們遇到的醫(yī)療問題不容易解決。

楊說，從1995年到1998年的航天飛機(jī)/和平號項目開始，尋找“通用解決方案”的工作開始向優(yōu)先級上升。

過去，有一個問題一直讓人工重力倡導(dǎo)者感到不滿，那就是設(shè)想一個巨大的旋轉(zhuǎn)航天器，讓它的居民處于與地球一樣的單重力狀態(tài)。而像《2001太空漫游》這樣的電影則有助于將這種“太空神童”的形象植入太空心靈。

近年來，一種想法開始浮現(xiàn)，即航天器內(nèi)的短半徑離心分離機(jī)可能更有吸引力?！澳汩_始鍛煉。你的重力加速度耐受性會持續(xù)一段時間，每天或一周幾次，這聽起來對工程師很有吸引力?！保瑮钫f道。

然而，在采取這一辦法時，仍有一些問題需要考慮。

在位于德克薩斯州休斯頓的國家空間生物醫(yī)學(xué)研究所(NSBRI)的支持下，楊和麻省理工學(xué)院的同事托馬斯·賈爾肖(Thomas Jarchow)等人得以深入研究個人短半徑離心和潛在的副作用，比如暈動病，每秒180度旋轉(zhuǎn)時頭部運(yùn)動引起的認(rèn)知和運(yùn)動功能干擾。

此外，還需要研究來評估短半徑離心訓(xùn)練是否對骨骼、肌肉和體內(nèi)液體產(chǎn)生必要的影響，以幫助抑制空間失調(diào)。

考慮到開始討論一個嚴(yán)肅的、長達(dá)三年的人類到火星的努力已經(jīng)變得合情合理，楊說，突然之間，NASA和許多大學(xué)研究人員面臨著與人工重力相關(guān)的關(guān)鍵問題，需要盡快找到答案。

國際人工重力工程

位于加爾維斯頓的德克薩斯大學(xué)醫(yī)學(xué)分部(UTMB)正在準(zhǔn)備一項人工重力研究的重大項目，由美國宇航局位于德克薩斯州休斯頓的約翰遜航天中心監(jiān)督。

從明年開始，在UTMB，一群人將參與重現(xiàn)失重效應(yīng)的臥床休息研究，其中一半人也每天在離心機(jī)上旋轉(zhuǎn)一次。

總部位于加州埃爾塞貢多的威爾實(shí)驗室(Wyle Laboratories)為美國宇航局(NASA)建造了這種新型離心機(jī)，用于研究人工重力對人體的影響，以應(yīng)對長期微重力對人體的負(fù)面影響。那臺新造的離心機(jī)是最近在UTMB安裝的?！斑@是一個非常漂亮的設(shè)備，”楊說。

楊是這項工作的聯(lián)合研究員，他與美國宇航局約翰遜航天中心人類適應(yīng)與對策辦公室的首席科學(xué)家威廉·帕洛斯基合作。

這項由NASA資助的研究分為兩個階段。第一階段是使用短半徑離心機(jī)，其半徑為10英尺(3米)，以支持美國宇航局的人工重力飛行員研究。楊補(bǔ)充說，第二階段將包括對離心機(jī)設(shè)計的重大改進(jìn)，為涉及德國和俄羅斯的跨國人工重力項目提供支持。

在這項人工重力項目的試點(diǎn)研究中，受試者被放置在六度仰臥的床上，以模擬微重力對人體的影響。然后，測試對象被放置在短半徑離心機(jī)中，并在其腳下承受2.5G的重力，以模擬重力環(huán)境。

“在我看來，”楊總結(jié)道，“所有這些研究的目的不是為了展示如何利用人工重力。而是要確定人工重力是否是一個可接受的解決方案?！?/p>

老鼠和微重力

在太空進(jìn)行人工重力實(shí)驗是最理想的，特別是在國際空間站上進(jìn)行。這方面的討論正在進(jìn)行中，但尚未得到批準(zhǔn)。

與此同時，進(jìn)入火星重力生物實(shí)驗衛(wèi)星計劃。這是一個高度由學(xué)生驅(qū)動的項目，結(jié)合了三所頂尖大學(xué)的人才:麻省理工學(xué)院(領(lǐng)導(dǎo)小組)、華盛頓大學(xué)西雅圖分校和澳大利亞昆士蘭大學(xué)。

火星重力生物衛(wèi)星計劃是一個研究火星重力對哺乳動物影響的任務(wù)。從軌道航天器收集的數(shù)據(jù)將有助于基礎(chǔ)空間生物學(xué)，目的是推進(jìn)人類對空間的探索。

該項目的項目經(jīng)理、麻省理工學(xué)院空間系統(tǒng)實(shí)驗室的研究科學(xué)家保羅·伍斯特說:“最大的問題之一是，去火星需要多大程度的人工重力?！?/p>

資金:艱難的任務(wù)

伍斯特說，火星重力生物衛(wèi)星將攜帶15只老鼠進(jìn)入太空，使它們旋轉(zhuǎn)起來以制造人造重力。為了給衛(wèi)星上的動物產(chǎn)生人造重力，衛(wèi)星將快速旋轉(zhuǎn)，大約每兩秒鐘旋轉(zhuǎn)一圈(每分鐘34轉(zhuǎn))。這個向內(nèi)的加速度將模擬火星表面的重力——大約是地球表面的三分之一。

經(jīng)過五周的飛行后，這些標(biāo)本將通過降落傘返回地球。“我們想知道在他們的骨骼、肌肉和前庭系統(tǒng)中可以發(fā)現(xiàn)什么影響，”。

雖然生物衛(wèi)星的設(shè)計工作已經(jīng)取得了穩(wěn)定的進(jìn)展，但要找到所需的資金來完成這個估計為3000萬美元的項目卻是一項艱巨的任務(wù)。

到目前為止，已經(jīng)籌集了大約100萬美元。感謝顧問和業(yè)界的支持，以及一位愿意為有效載荷助推器支付大約一半費(fèi)用的匿名捐贈者，工作還在繼續(xù)。伍斯特說，自2001年8月這項活動開始以來，已經(jīng)有300多名學(xué)生參加了這項活動?！叭绻覀儸F(xiàn)在有足夠的資金，我們可以在2008年升空?！?/p>

“這真的很值得。學(xué)生們正在學(xué)習(xí)大量的東西，通過建立真實(shí)的硬件原型，然后測試硬件。這比坐在教室里計算要好?！盬ooster總結(jié)道。

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FY: 龍城D哥

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