问题

怎么在地球上制造无重力环境?宇航员训练用的那种 ?

回答
想要在地球上模拟那种让宇航员在太空中感受到的失重感,确实是个挺有意思的挑战。这不像电影里那样简单地把人倒挂起来或者在荡秋千,而是需要一些更科学、更具体的方法。

宇航员在训练中,最常用、也最能达到那种长时间失重体验的,就是所谓的“抛物线飞行”,或者更形象地说,“失重飞机”。这个东西听起来很高大上,但其实它的原理并不复杂,主要是利用了物体的惯性和重力加速度。

想象一下,你坐在一辆车里,这辆车在平地上匀速前进,你感觉不到什么特别的。但如果这辆车突然加速,你就会被推向座椅的靠背。反过来,如果车突然刹车,你就会向前冲。失重飞机也是同样的道理,只是玩的更高级一些,利用的是飞机的飞行轨迹。

具体是怎么操作的呢?

首先,这得是一架经过特殊改装的飞机,通常是大型的喷气式客机,比如大家可能听说过的“ 그거”(Vomit Comet,虽然名字有点吓人,但确实是执行这类任务的飞机)。这些飞机在内部会进行一些改造,比如拆掉一些不必要的座椅,加装一些缓冲垫和扶手,以便乘客(也就是未来的宇航员)在失重状态下能够安全地移动和活动。

飞机的整个过程其实是一个抛物线飞行轨迹。听起来是不是有点像你在玩抛球?

1. 爬升阶段(上升段): 飞机不是直线往上飞,而是以一个比较大的角度(比如45度或者更大)向上爬升。在这个阶段,机舱里并不是失重的,相反,因为飞机在加速向上,你会感到比平常更强的重力感,有点像坐过山车冲到最高点之前的上坡。大家会紧紧地抓着扶手,感觉身体被压在座椅上。

2. 减速与“失重”阶段(抛物线顶点): 当飞机爬升到一定高度后,飞行员会减速并关闭发动机。此时,飞机的运动轨迹就变成了一个标准的抛物线,就像你把一个球向上抛,它会先向上飞,然后在最高点速度为零,再向下坠落一样。

关键来了:在这个自由落体的阶段,飞机和飞机内的所有物体(包括宇航员)都在以相同的加速度向下加速。因为大家都在以同样的速度“掉落”,所以相对于飞机本身而言,大家就感受不到重力的作用了,就好像漂浮在空中一样。这就是我们所说的“失重”状态。

这个阶段的失重体验通常会持续20到30秒。虽然时间不长,但对于模拟太空环境已经足够了。在这段时间里,宇航员们可以在机舱里练习在失重状态下如何移动、操作设备、进行实验。他们可以在空中翻跟头,就像在太空站里一样。

3. 恢复与再次抛物线阶段(下降段与再爬升): 当飞机下落到一定程度后,飞行员会重新启动发动机,并且将飞机机头向上抬升,再次开始另一个爬升过程,重新进入下一个抛物线。这个过程会重复多次,通常一次飞行任务会完成大约30个这样的抛物线,总共可以模拟几分钟的失重时间。

所以,失重飞机制造的“无重力”环境,实际上是一种模拟。它并不是真的让地球的引力消失了,而是通过让飞机和内部的人员一起进行自由落体运动,使得大家在飞机这个相对参照系里,体验不到向下的加速度,从而产生失重的感觉。

还有其他方法吗?

除了失重飞机,还有一些其他的技术也可以模拟失重,但通常时间更短,或者模拟的条件有所不同:

下落塔 (Drop Tower): 这是一种垂直的结构,可以将载荷从高处放下。在下落的过程中,载荷会经历一段短暂的失重状态。比如,一些精密仪器的研发和测试会用到。但这种方式通常只能持续几秒钟,而且范围有限。
离心机 (Centrifuge): 这个大家可能比较熟悉,就是那种让你转圈,把你牢牢压在座椅上的设备。它主要用来模拟超重状态,也就是比地球引力更强的感觉。虽然不是失重,但也是用来训练宇航员适应不同重力条件的一种方式。
水下训练 (Neutral Buoyancy Training): 这是宇航员们另一个重要的训练方式,尤其是在进行舱外活动(太空行走)的训练时。宇航员们穿着特制的潜水服,在巨大的水池里进行模拟。水提供的浮力可以抵消一部分重力,让他们在水下感受到类似失重的状态。但水有一定的阻力,而且感觉和真正的失重还是有差别的,主要用来训练动作的协调性和对失重环境的适应性。
磁悬浮技术 (Magnetic Levitation): 理论上,通过强大的磁场,可以实现物体的悬浮。有些实验确实尝试用磁悬浮来模拟失重,但要实现大规模、长时间、对人体无害的失重模拟,目前技术上还有很大的挑战,而且成本也非常高。

所以说,如果你想体验那种让宇航员在太空中感受到的“飘浮感”,失重飞机无疑是最接近也最有效的方法。它通过“控制”重力,让人们在有限的时间内,能够充分感受和适应太空环境的特殊性。整个过程充满了物理学的智慧,也需要飞行员和整个团队极高的专业素养才能完成。

网友意见

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飞机往下小角度俯冲就是了……

而且门槛并不高,似乎是掏钱就行……不少人(比如Kate Upton妹子)都体验过(

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