人造重力版“星际飞船”的设想，通过旋转产生重力是否可行？

dazidan

重力问题仍旧是宇宙探索任务的一个绊脚石。为了解决这个问题，YouTube用户smallstars提出了“重力链星际飞船”（GLS）设想。GLS是SpaceX“星际飞船”的变种，能够提供人造重力。SpaceX是否对这一设想感兴趣，现在还是一个未知数。也许，埃隆马斯克和他的团队早已提出了他们自己的人造重力设想。

艺术概念图，SpaceX的“星际飞船”进入地球轨道尽管在现实生活中我们面临很多问题和挑战，但这仍旧是一个令人兴奋的时代。现在，宇宙探索任务的规划人员和工程师正在研究各种设想。在不久的将来，这些设想将成为现实，让宇航员近50年来第一次飞出低地球轨道。除了重返月球，我们还将进一步探索火星以及太阳系内的其它遥远天体。
宇宙探索任务面临很多挑战，不仅仅是长时间暴露于辐射和微重力环境带来的不利影响。为了保护宇航员免遭辐射侵袭，科学家提出了很多可行方案。不过，重力问题仍是一个绊脚石。为了解决这个问题，YouTube用户smallstars提出了“重力链星际飞船”（GLS）设想。GLS是SpaceX“星际飞船”的变种，能够提供人造重力。

NASA1969年提出的人造重力空间站设想。这个设计存在缺陷，因为宇航员会在重力和失重环境之间来回切换
GLS的部分灵感来自于科幻作品。在科幻作品中，星际飞船要么利用某种特殊装置产生重力，要么通过旋转的部分产生重力。前一种设想很像超光速引擎，利用完全虚构或者只在理论上可行的物理学；后一种设想则完全具有可行性。人造重力的历史可追溯到一个世纪前，前苏联科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基（1857-1935）率先提出了这一概念。他是火箭学和航空学的奠基人之一。1903年，齐奥尔科夫斯基发表论文《外太空火箭装置研究》，提出利用旋转力在太空中产生人造重力。

一款空间站设计，与冯布劳恩上世纪50年代提出的设计类似
在此之后，科学家又提出了很多人造重力空间站和太空栖息地设想，其中包括冯·布劳恩轮、奥尼尔圆筒和斯坦福环。某些设想甚至进入研究阶段，例如NASA的鹦鹉螺-X空间站和门户基金会提议建造的旋转空间站。鹦鹉螺-X利用一个旋转的圆环产生人造重力。
在对向心力进行一些研究后，smallstars提出了GLS设想。他在一段视频中指出GLS基本上就是一个毂型飞船，就像是一个轮子的毂，有效载重舱被一个可以自动展开和部署的桁架充满，桁架起到“辐条”的作用。GLS将部署在两艘搭载宇航员的星际飞船之间，与它们“组团”完成6个月的火星之旅。

科学家提议打造人造重力版飞船，执行火星探索任务
一旦组队，客船将通过旋转重新定向，同时点燃助推器，为“轮子”提供动力。一旦产生足够的速度，模拟地球重力（1G），客船再次重新定向，向内旋转，面朝毂船。在余下的旅途中，由于“轮子”旋转产生的向心力，客船上的宇航员会被向下拉。
smallstars表示：“重力链星际飞船提供旋转重力，对主发动机进行再利用同时充分利用剩余燃料，避免了不切实际的太空建造和太空行走。GLS基本上就是一艘毂型飞船，就像是一个轮子的轮毂。有效载重舱并不搭载人员和货物，而是被一个可以自动展开和锁定的桁架充满。桁架起到了“辐条”的作用。”

艺术概念图，SpaceX的“星际飞船”矗立在月球上
现在，科学家对暴露于微重力环境所能产生的长期影响有着很深的认知，这主要感谢宇航员在国际空间站上进行的各种研究。微重力环境能够导致肌肉流失、骨密度下降、器官机能受损、视力损伤、心血管功能下降，甚至能够改变基因。
美国宇航员斯科特·凯利用亲身经历揭示了太空飞行的健康风险。作为NASA双胞胎“天地实验”的一部分，他在国际空间站逗留了一年之久。回到地球后，他必须重新适应地球上的生活。整个过程让他非常痛苦。为了避免这些健康影响，科学家必须为宇航员制定行之有效的应对策略。

门户基金会提议建造的旋转空间站，借鉴了冯布劳恩上世纪50年代的设计
未来，宇航员将重返月球，同时还会奔赴火星。火星的低重力环境将对宇航员的健康产生哪些长期影响，现在还是一个未知数。为了确定GLS系统的细节，smallstars进行了一些必要的计算，以揭示模拟地球重力所需的桁架结构和所要达到的速度。借助SpinCalculator计算器，他发现一个直径100米的系统需要达到每秒31米的旋速（大约每分钟3圈），才能产生1G的重力。

NASA1989年提出的旋转火星飞船，可产生人造重力
现在，smallstars正在研究GLS系统的第二代，包括关于旋速的最新计算结果和新的桁架外形，同时引入绳索，用以加强桁架的抗张强度。他计划在不久的将来公布第三版设计。这一版本将涵盖负载的相关计算结果以及展示部署过程和桁架功能的动画。SpaceX是否对这一设想产生兴趣，现在还是一个未知数。也许，埃隆·马斯克和他的团队早已提出了他们自己的人造重力设想。如果是这样情况，究竟谁更胜一筹呢？让我们拭目以待。
文：马特·威廉斯｜译：牛树军
转自：漫步宇宙/qqtaikong
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