科幻vs现实大揭秘：为什么造不出旋转空间站？

简 要

我们知道就像《星际迷航》里那样的人造重力。我们现在还做不到。

但我们知道为什么很难造出旋转空间站就像电影《2001太空漫游》里那样，利用离心机制造伪重力。

是资金问题还是技术问题？

目前，已知在太空中产生重力的方法只有两种：旋转重力，即以特定转速旋转飞船或空间站来制造重力的“错觉”；以及线性推力，这种方法仅适用于飞船，不适用于空间站。

在科幻作品中，大多数影视作品都使用一种名为引力子的理论粒子。这种粒子被“重力发生器”用来在飞船或空间站内产生重力，例如在《星际迷航》等影视作品中就有所体现。旋转重力最著名的例子包括《2001太空漫游》和《巴比伦5号》等电影。

因为只有在科幻小说中，太空计划的资金才会达到建造如此壮观的空间站所需的水平（影视虚拟）。

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利用旋转模拟重力的原理是，用向心力的反作用力代替重力。为了实现这种模拟重力，航天器会旋转，使内部物质被推向外缘，从而产生重量感。

该力的公式为：

这意味着我们给车辆施加了一个角速度 (ω)。在距离中心 (r) 处，这将产生一个相当于 mg（重量）的冲击力。

从该方程可以看出，影响旋转产生的模拟重力大小的两种方法是加快旋转速度 (ω) 或增大圆周率 (r)。

由此产生的一个复杂情况是，对于站在这种空间站“地面”上的人来说，脚部的“r”值与头部的“r”值不同。这意味着脚部和头部感受到的速度和加速度不同，轻则令人不安，中度令人恶心，重度则会导致身体虚弱。

为了避免这种情况，我们需要一个非常大的“r”值。“r”值越大，脚和头之间的偏差就越小。

在规划此类环境时，必须考虑这些因素。一般来说，我们认为应将角速度限制在不超过 2 rpm (0.209 rad/s)，以最大限度地减少脚部和头部之间的角度梯度。

如果我们把这个较大的数值代入公式，就可以确定模拟地球重力的空间站的最小半径。

那可是个巨型空间站。目前我们根本没有足够的资金来建造这么大的航天器。

此外，像国际空间站（ISS）这样的空间站的主要目的是提供一个不受重力影响的实验环境。

我们之所以将实验送往国际空间站，正是因为要实现实验目标，就必须消除重力的影响。晶体生长实验就是一个例子。

我们知道，地球上的重力会限制晶体的生长。在太空中进行实验可以获得在地球上无法观察到的结果。如果实验室是旋转的，那么就会模拟重力，进行这些实验也就失去了意义—因为实验结果将与在地球上相同。

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