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太空離心力真的可以創造引力嗎

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太空離心力真的可以創造引力嗎

可行但昂貴。

目前,產生人工重力的有幾種方法:

恆定的線性加速度

離心力

磁場

線性加速

根據愛因斯坦狹義相對論,局部引力場中自由下落的參考系與無引力場的慣性系不可區分。所以如果參考系的線性加速度正好是重力加速度,在參考系中就可以感受到“重力”的存在。重力與線性加速度等效。恆定的線性加速度除了能提供人工重力之外,理論上它還可以獲得相對較短的飛行時間。但這將消耗大量的火箭燃料(以目前科技發展而言)

離心力

而使用離心力創建人工重力,是另一種容易想到的實現模擬重力的方法。

任何物體做圓周運動都受指向圓心的向心力。在太空中,航天器可透過自身旋轉產生法向力充當向心力。物體感受到的“重力”實際上是在旋轉參考系中的“向下”指向船體的離心力。

根據牛頓第三定律,g的值(感知到的“向下”加速度)在大小上與向心加速度相等,並且在方向上與向心加速度相反。也就是說,旋轉將把航天器內部的物體推向底部並遠離旋轉中心。來自船體外側面的阻力將像地球表面一樣向我們施加法向力。將我們推向船體底部的離心力的作用就像地球對我們施加的重力一樣。

雖然旋轉產生的人工重力在某些方面與重力相似,但仍有以下差異:

頭腳不一致:對於給定的角速度,人造重力的大小與半徑成線性關係。在較小的旋轉半徑下,一個人的頭上感覺到的重力與腳上感覺到的重力會很不同。只有較慢的旋轉即較大的旋轉半徑才能減少該問題。

科里奧利力:如果在旋轉的人工重力環境中的宇航員朝向或遠離旋轉軸移動,他將感受到一種力,將其推向或遠離旋轉方向。這些力作用在內耳上,可能導致頭暈,噁心和迷失方向。一般認爲,儘管人類能夠適應高達23 rpm的轉速,但在2 rpm或更低的轉速下科氏力產生的不利影響可以忽略。而延長旋轉週期降低旋轉速度的同時要保持產生的向心力爲9.8,那就得增大旋轉半徑。

過去,對巨大的旋轉航天器的設想,是提供一種類地球上的重力狀態的普遍選擇。 像《 2001太空漫遊》這樣的電影將這種旋轉巨輪的形象深深烙在大衆的腦海裏。

但大型意味着昂貴,也給工程師帶來設計上的困難。

磁場

還可以使用反磁性來產生重力效應,但是它需要非常強大的磁場。在如此強的磁場下,人們使用它是否安全是值得懷疑的。實驗上,青蛙甚至老鼠都可以在地球重力中因強磁場而懸浮,但是這種磁場規模還是很小。使用反磁性模擬重力的機器可以安全地誘發低重力條件,其強度類似於在月球或火星重力中可能遇到的強度。