在人类历史上,我们普通人第一次有机会去到火星,这要归功于埃隆马斯克的顽强野心,他正在建造一艘强大的宇宙飞船,这艘飞船将带领普通人穿越地球与火星之间的距离,历经长达几个月时间地航行到达火星。但是马斯克的公司Space x 必须找到一种方法,来保护旅行者在旅途中免受微重力的影响,这就是为什么Space x 想出了人造重力星舰,这到底是什么样的宇宙飞船呢?它是如何工作的呢?
不管你认为尝试去火星是鲁莽的还是不可能的,而马斯克正在推进他自己的计划,就是将人类从地球带到火星,并可以永久居住在那里,这是他建造重力星舰的主要原因,这艘星舰有望成为有史以来最强大的,它可以向火星运载人员或者货物,重力星舰在这几个方面也是独一无二的。
它可以将超过100吨的物资提升到轨道上,这是非常必要的,因为星舰必须要在火星殖民者到达前运送大量的物资,因为火星是一个环境非常恶劣的星球,物资里面将包含可以让人类在火星保持身体系统正常的居住舱,当然里面还需要人类所必需的水和食物等一系列物资。Space x会将这艘星舰飞船设计为由上层级和下层级组成,分离的超重型助推器将返回地球,而星舰在轨道上加注燃料后将前往火星。
为了节省成本,星舰的两个部分都可以重复利用,助推器会返回陆地并快速检查和准备下一次飞行,这个助推器将配备大约30台猛禽发动机进行推进,这个猛禽发动机也是由Space x设计和开发的。每次任务后上层级也会重新进入地球,它是用耐高温材料保护,以防止在进入大气层时产生的高温对星舰产生破坏。
Space x计划制造大约1000艘这样的星际飞船,每天至少发射3艘,这将使马斯克能够快速达成他让100万人登上火星的目标,当然,这艘星舰不仅仅是用于登陆火星,nasa也计划在下一次登月任务中来使用这艘星舰,这艘飞船会把宇航员送到月球表面并完成任务后将他们送回轨道,其中承担货运任务的星舰设计相对简单,但是对于承担运送人员的星舰而言,一些复杂的问题开始出现了。
如果是到月球的短途旅行,Space x是不必担心这些问题的,因为整个过程也就是几天的时间而已,然而从地球到火星需要长达几个月的时间,而且在星际飞船必须经过的环境中,乘客会暴露在有害辐射中,当然,这个特殊的问题可以通过在星舰上安装防护罩来解决,但是另外一个问题就不是那么容易了,这就是在太空中的失重问题。
这也是一个长期困扰宇航员的问题,对于国际空间站的宇航员而言,为了尽量减少失重带来的影响,他们必须每天坚持在国际空间站上进行训练,即使是这样,返回地球的宇航员在他们完成长达数月的任务返回时,在落地舱出来的时候一般都是无法走路的,而是需要工作人员把他们给抬出来。你可能已经看过很多以太空旅行为题材的电影,看到一个巨大的航天器,演员们在里面可以自由活动甚至可以打架,但是大多数时候电影对航天器中的失重问题都忽略了。
而这种情况在电影之外的现实世界的太空旅行中并没有那么简单,这必须要在星舰上产生重力,才能实现电影中的画面,这也就是微重力的难题。在涉及微重力时Space x 必须解决的问题是微重力对于人体的影响,正如nasa太空医学和医疗保健系统办公室主任所解释的那样,在微重力环境中人体骨质流失的发生率为1%-5%每月,这会导致骨质疏松症,与年龄相关的变化加速。
骨密度和强度的下降在一些骨骼区域,如盆骨更为明显,尽管大部分的流失在返回地球后是可逆的,但是长时间处在失重状态下也会增加肾结石和骨折的风险,长时间呆在太空也会影响肌肉,肌肉的力量和耐力都会下降,尤其对于下肢肌肉来讲更严重。再加上微重力对结缔组织的影响和不同活动的需求强度,使宇航员在长时间失重期间面临着疲劳和受伤的风险,适当的运动可以有效地减少大块肌肉萎缩,所以我们会看到宇航员会使用脚踏车和跑步机向下施加压力来保持健康。
对于这个问题,米国宇航员斯科特凯利也表示,他发现自己在空间站呆了一年后,返回地球时去适应地球上的环境是非常困难的。因为马斯克希望火星社区能够自给自足,所以他必须确保运送到那里的旅行者尽可能地保持健康,否则他们即使到了火星也会因为身体健康问题而无法生存,这个时候就不得不解决一个问题,如何消除太空中微重力对于人体的影响。
实际上马斯克并不是第一个来尝试解决这个问题的人,早在1903年作为火箭和航天之父的戈达德,就提出了最早解决微重力方案的想法,在他的研究报告中提到,在外层空间火箭装置中他建议使用旋转力在太空中产生人造重力,从那时起很多专家也已经为空间站和模型中如冯布劳恩伦、奥尼尔圆柱体和斯坦福金牛座,提出了关于这种想法的不同方案,甚至有些已经在考虑实施开发。
例如nasa的鹦鹉螺空间站,它将使用旋转环面提供人造重力,但是这些方案中每个都有自身的缺陷的,马斯克正在设计建造的星舰中,其中一些形状非常地笨拙,会使发射变得困难,而另一些则太重而无法使用。目前对于马斯克而言,可以很好地与Space x的航天器使用配合的方案中,就是使用3艘一起飞行的星舰系统,这个系统由两个桥梁来连接主星舰和两侧的星舰,桥梁可以自动展开作为轮幅,每艘星舰从地球单独发射到太空中再连接起来,来使主星舰旋转起来,从而产生足够的速度来模拟地球的重力。
具体是由两侧的星舰先调整自己的方向并发动推进器,以将动能传递给轮子,然后两侧的星舰将再次调整自己的方向面向主星舰,剩余的旅程中由于轮子旋转产生的向心力,主星舰上的人会体验到被下拉的感觉,从而解决微重力的难题,下一步,马斯克就会努力推进这个方案尽早得以实现。也就是说,如果微重力的难题得以解决,我们人类每一个普通人都将有机会登陆火星,不知道各位小伙伴到时候想去火星居住吗?