1969年7月21日,月球上第一次呈现了人类的脚印。美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗身穿戴非常痴肥的宇航服,跳跃式前进,停止一番月宫探险。你晓得那件宇航服重量是几吗?在地球上连氧气背包一共有100多千克重。如果在地球上面,穿上它实是举步困难。可是在月球上宇航员却很轻松,本来,那件繁重的宇航服在月球上面,变得只要不到20千克重了。
别致的失重世界我们晓得,物体的重量是因为地球对物体的吸引力而产生的,那时物体遭到的力喊做“重力”。
需要指出的是:物体的“量量”是固定命值,不会随位置而改动,而物体的“重量”数值则会有所改变。统一物体在地球赤道上的重量比在两极要小一些;在统一处所分开空中越高,则重量越轻,每升高1千米,重量大约减轻万分之三。假设物体升高到6400千米(那个数值相当于地球半径)时,物体的重量只要本来的1/4,假设陆续升高则地球对物体的引力越来越小,最初将失往了重量,那一系列的改变就是失重现象。
除了高度影响重量外,运动速度也能改动重量。坐电梯时,当起头快速下降时,有一种“提心吊胆”的觉得,启动速度越快,觉得越强烈。假设你站在电梯中的台秤上,就能够发现:体重数值变小了!那也是一种失重现象。想象电梯钢索断裂而自在下落(当然现实不会发作),你会发现:台秤上展现你的体重数值等于0,那时就是“完全失重”了。
圆周运动也会呈现那种现象,游乐场的高速“过山车”以及各类航天器都是操纵那个原理。当飞翔速度到达7.9千米/秒,就会在地球引力感化下围绕地球运动而不掉下来。那时地球的引力正好等于航天器圆周运动所需的向心力,那个速度喊做“第一宇宙速度”。
“失重空间”打造“太空合金”
失重也是一种极其贵重的资本。人们能够操纵太空中的失重前提,消费在地球上无法获得的新型产物。目前,如许的工场已经涉及到造药、冶金、电子和机械造造等范畴,并且正在向更为宽广的标的目的开展。
在太空中,因为肃清了重力的感化,人们就能够提取在空中上无法提取的疫苗和骚乱素。一些合金,例如铝钨合金,在空中上遭到重力影响,不随便获得胜利。其原因就因为它们是两种差别性量的金属素材,难停止化合。铝是轻金属,熔点仅有660℃,沸点也只要2467℃;钨是重金属,熔点高达3380℃,是地球上最难熔化的金属之一。若要把铝和钨放在一路熔炼,钨还闪现固体形态时,铝就早已气化了。即便把它们别离熔化,也不克不及合成在一路,而是闪现差别的条理。假设把那两种金属转移到失重空间停止冶炼,固体钨在铝液中平均化解。熔化的金属颠末冷却后,便得到带有孔隙的海绵状的铝钨合金。失重空间里还能得到高纯度半导体素材和抱负圆度的轴承滚珠。
不成漠视的超重现象在座电梯加速上升时,你会感应血液向下涌往,有一种遭到压力的觉得。假设那时你站在台秤上,就会发现你的体重数值会有所增加,那就是所谓的超重现象。
在载人航天活动中,超重现象次要发作在航天器的发射和返回阶段中。巨型三级火箭要把航天器加速到第一宇宙速度,在加速过程中,载人航天器中的设备和航天员,城市产生超重现象。同样事理,载人航天器在返回空中时,需要从第一宇宙速度急速降低,那时宇航员又一次进进超重形态。
宇航员必需承受严厉的超重操练,在一般情况中,我们承担一个G的重力,在那里用G表达地球外表重力加速度,数值为9.8米/秒2。宇航员一般要停止承担3G~4G,更高8G的“超重”操练。操纵大型离心计心情,以至能够到达10G的效果。
早期运载火箭每级策动机燃烧时间比力短,所到达的加速度峰值较高,是7G~9G的数值,关于航天器设备带来损坏,宇航员也难以承担。后来跟着航天手艺的开展,发射和返回时的超重现象有所减轻,一般不超越5G的数值。出格是航天飞机前提更好了,不单颠末特殊操练的宇航员完全能够适应,一般安康的人也能够乘坐。
兄弟行星的重力假设宇航器在抵达卫星轨道的“第一宇宙速度”以后,它的速度陆续加快,当到达11.2千米/秒时,地球的引力就拉不住它了,宇航器就能够离开地球,那时的速度称为“第二宇宙速度”。自从1961年以来,人类已经屡次发射无人宇宙飞船,探测了金星、火星、水星和木星等。不久的未来,人类还要亲身登门“拜见”那些兄弟行星。
前面提到,100多千克的宇航服,在月球上仅有近20千克重,那是因为月球的引力只要地球的1/6。但是,假设穿那件宇航服,到了兄弟行星上面,将会有多重呢?科学家颠末认真丈量研究,次要是根据行星的量量及球体半径停止计算,然后告诉了我们那些数据:在地球上1千克重的物体,到了水星仅有0.37千克重;到了金星有0.88千克重;到了火星有0.38千克重;到了木星有2.64千克重;到了土星有1.15千克重;到了天王星有1.17千克重;到了海王星有1.18千克重;而到了冥王星时,仅有0.05千克重了。
可见,即便我们前去拜见重力较小的水星或火星,那件宇航服也有近40于克重,象个繁重的负担,绝不会像在月球上那样轻松了。因而科学家面对的一个重要课题就是研造高性能而重量轻的“火星服”,原则是在地球上的重量不克不及超越45千克重。
假设冒险前去木星探险,那可了不起啦!那件“登月宇航服”就会把宇航员压垮(它将酿成将近300千克重),并且宇航员自己的体重也会变重,假设80千克的体重,在木星上面就会酿成200多千克重的“巨胖”。那是一个宇宙飞行探险中必需处理的一个难题。
还有的读者会问:太阳上的重力是几呢?太阳是整个太阳系的中心,外表温度就达6000℃,因而任何航天器都到不了那里。根据研究计算,太阳外表的重力很大,地球上1千克重的物体在太阳外表是28千克重!
太空站的“人造重力”
有人也许会认为:仍是失重好!轻飘飘跟仙人似的。其实不合错误,我们持久生长在地球上,已经适应有引力的生活。假设在太空站持久处于失重形态,将会产生骨骼损耗及免疫系统失调等一系列问题,有损人体安康。
如今国际太空“空间站”上,已经有多名宇航员在工做,美国航空航天局目前用于减轻零重力对人体影响的办法,次要是内服药物和停止适应性磨练,还有身穿“抗荷服”,那是一种可充气的紧身裤,在裤内有良多侧管,管内充气时能够压迫下肢的静脉,避免血液潴留,促使全身血液轮回。但是,目前还不晓得利用上述办法能否能顺利完成继续一年以上的火星探险使命。因而科学家必需考虑在太空站造造“人造重力”的问题。
造造“人造重力”,从理论上说其实不复杂,就是扭转——让空间站和飞向火星的飞船绕本身轴‘扭转起来。那时宇航员有被向外甩出的趋向,而空间站和宇宙飞船的内壁阻挠着他,宇航员就对内壁有了压力,与在地球上有“重力”的觉得附近,那就是造造“人造重力”的简单原理。
科学家计算后描述,一个曲径450米的圆柱形空间站,假设一分钟绕轴自转两周,在内壁产生的“人造重力”几乎与地球类似。假设那个空间站有1千米高,那么内壁面积可超越1平方千米,可以包容1万人栖身。
假设一个曲径1800米的球型太空“空间站”,每分钟绕轴心自转1周;你栖身在内壁“赤道”地域,那里的“人造重力”也会和地球差不多;假使你到了空间站北纬60度的处所,你会食惊地发现体重减轻了一半;假设你到了北纬80度,就似乎到了月球,体重只要1/6啦!一顿脚就登上高台;如果到了太空站的“北极”,引力等于零,你又要尝到“飘飘欲仙”失重的滋味了。
宇航时代的重力之谜非常复杂,关于人类飞向太空又极其重要,那个课题还期待我们陆续深进地停止研究呢!