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太空离心力真的可以创造引力吗

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太空离心力真的可以创造引力吗

可行但昂贵。

目前,产生人工重力的有几种方法:

恒定的线性加速度

离心力

磁场

线性加速

根据爱因斯坦狭义相对论,局部引力场中自由下落的参考系与无引力场的惯性系不可区分。所以如果参考系的线性加速度正好是重力加速度,在参考系中就可以感受到“重力”的存在。重力与线性加速度等效。恒定的线性加速度除了能提供人工重力之外,理论上它还可以获得相对较短的飞行时间。但这将消耗大量的火箭燃料(以目前科技发展而言)

离心力

而使用离心力创建人工重力,是另一种容易想到的实现模拟重力的方法。

任何物体做圆周运动都受指向圆心的向心力。在太空中,航天器可通过自身旋转产生法向力充当向心力。物体感受到的“重力”实际上是在旋转参考系中的“向下”指向船体的离心力。

根据牛顿第三定律,g的值(感知到的“向下”加速度)在大小上与向心加速度相等,并且在方向上与向心加速度相反。也就是说,旋转将把航天器内部的物体推向底部并远离旋转中心。来自船体外侧面的阻力将像地球表面一样向我们施加法向力。将我们推向船体底部的离心力的作用就像地球对我们施加的重力一样。

虽然旋转产生的人工重力在某些方面与重力相似,但仍有以下差异:

头脚不一致:对于给定的角速度,人造重力的大小与半径成线性关系。在较小的旋转半径下,一个人的头上感觉到的重力与脚上感觉到的重力会很不同。只有较慢的旋转即较大的旋转半径才能减少该问题。

科里奥利力:如果在旋转的人工重力环境中的宇航员朝向或远离旋转轴移动,他将感受到一种力,将其推向或远离旋转方向。这些力作用在内耳上,可能导致头晕,恶心和迷失方向。一般认为,尽管人类能够适应高达23 rpm的转速,但在2 rpm或更低的转速下科氏力产生的不利影响可以忽略。而延长旋转周期降低旋转速度的同时要保持产生的向心力为9.8,那就得增大旋转半径。

过去,对巨大的旋转航天器的设想,是提供一种类地球上的重力状态的普遍选择。 像《 2001太空漫游》这样的电影将这种旋转巨轮的形象深深烙在大众的脑海里。

但大型意味着昂贵,也给工程师带来设计上的困难。

磁场

还可以使用反磁性来产生重力效应,但是它需要非常强大的磁场。在如此强的磁场下,人们使用它是否安全是值得怀疑的。实验上,青蛙甚至老鼠都可以在地球重力中因强磁场而悬浮,但是这种磁场规模还是很小。使用反磁性模拟重力的机器可以安全地诱发低重力条件,其强度类似于在月球或火星重力中可能遇到的强度。