人造重力能实现吗？

我坐飞机时曾体验过一次失重，那种感觉非常难受，甚至至今我都有心理阴影。

我们偶尔体验一次失重已经很难受了，而航天员在太空中天天失重，他们受得了吗？失重的感受还是其次，重要的是失重对人体健康也有损害，比如会令骨骼和肌肉退化、心脏和视力出现问题，就连认知能力也会大打折扣。

既然失重状态对航天员有这么多损害，那么我们正在搭建的最新的中国空间站，能不能采用人造重力，来缓解航天员在太空中失重的情况呢？

1．什么是人造重力？

说起人造重力，你可能觉得不可思议：重力也可以人造吗？

其实从原理上讲，人造重力并不难，只是实现起来很难而已。如果你看过电影《2001：太空漫游》，应该记得里面的空间站就像是巨大的车轮（如图1-3所示），利用旋转即可创造出人造重力，使内部人员像行走在地面上一样舒服。

但到目前为止，还没有航天员真正在太空站里这样行走过。如果你想体验这种感觉，可以到游乐场里坐一次大型离心机。

图1-3

旋转之所以能产生重力，是因为向心力的存在。当离心机旋转起来后，你背后的墙面就会在向心力的作用下不断推着你，迫使你跟着它一起旋转，而不是沿着一条直线被甩出去。此时，你与离心机是相对静止的。如果把参考系放入这个相对静止的系统里，神奇的重力就产生了。

2．旋转速度才是关键

早在20世纪60年代，NASA就曾开发出一台巨大的离心机来测试人造重力的可行性。当航天员进入离心机后，相对来说，整个离心机都在旋转，而航天员与离心机是保持相对静止的。如果此时离心机旋转速度恰好合适，那么一切跑、跳、走等运动都与在地面上无异，向心力便成为绝对真实且可以测量的“重力”。

所以，人造重力一点也不难，真正难的是尺寸问题。前文说过，一个恰到好处的旋转速度才能让人感觉与在地面上无异，这是产生人造重力的关键。而恰到好处的旋转速度，跟空间站的尺寸关系密切。离心机直径越小，需要的旋转速度就越快。试想一下，生活在一个转得飞快的陀螺里，那种感觉一定不会太好。

在《2001：太空漫游》里，我们看到弗兰克·普尔（Frank Poole）就是在一个旋转着的半径约为8米的控制模块里淡定自在地慢跑。通过计算可知：想要在这个圆筒壁上产生相当于1g（即9.8米／秒2）的加速度的话，每分钟的转速需要达到10.5圈。在这种转速下，旋转参考系里面的“科里奥利效应(1)”将会非常明显，也会让你在里面的运动方向受到偏转。所以，弗兰克的慢跑只是电影里的场景，在真实场景中则很难实现。而实际中，中国空间站核心舱“天和号”的直径只有4.2米。

3．增加离心机尺寸可行吗？

当然，如果不想离心机转得太快，可以通过增加尺寸来实现这个目标。但科学家估计，想让旋转速度慢到勉强适宜人类居住，离心机的半径至少要达到100米，相当于两个国际空间站的宽度。有人曾做过估算，《2001：太空漫游》中那个半径150米的旋转空间站大约重6.8万吨，如果用我国的长征五号运载火箭来运载，需要发射2720次才能将它送上轨道。可以想象，无论是火箭发射还是太空安装，都将是一件非常费钱和费时的事情。

问题不止于此，即便真能把离心机建造出来，仍然会有很多问题。比如，由于半径不够大，它会让你的头和脚处于两个明显不同的重力区间，这很危险，因为你的心脏必须更加努力地工作，才能保证正常的血液循环。并且，你还要习惯生活在经常性的晕头转向中，因为一旦弯下腰，甚至只是晃一下脑袋，都会让你耳朵中的“陀螺仪”—内耳前庭，突然间切换到另一个重力频道。这也是人在失重时会头晕呕吐的原因。

所以，想要人工制造出重力并不难，也许不久之后就会有类似的航天器升空，帮助航天员更安全和舒适地执行太空任务。但是，想要像生活在地球上那样生活在太空中，人类还有很长一段路要走。