@ 2016.05.10 , 10:00

如何模拟失重环境?科研中的七种方法

有时候你需要摆脱地球的重力,想要知道什么是失重的感觉却无法让你自己进入国际空间站?其实你还有其它的选择。

世界上有许多观察需要在零重力或者微重力条件下进行,在天体物理学、天体生物学、物理学和化学等领域尤为如此。将人类或者设备送上太空并不是最实际的选择,幸运的是,我们在地球上也能用这7中方法创造出微重力环境:

1、落管;2、落塔;3、抛物线飞行;4、水下训练;5、探空火箭;6、返回式卫星;7、平流层气球。

微重力落管(零重力设备,位于美国俄亥俄州克利夫兰路易斯区John H. Glenn研究实验室)

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感谢这个143米深的地下真空室,NASA的科学家们能够再现失重状态。他们将一辆重达907公斤重的汽车丢下之后,能让它进行历时5.18秒的垂直俯冲,让它进入自由落体状态。

落塔Fallturm Bremen

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Fallturm Bremen是德国布莱梅大学应用空间技术和微重力中心(ZARM)的一座落塔。它那123米高的舟可让人们进行长达4.74秒的自由落体实验,如果使用投石机的话,这一时间可延长至9秒。这座令人印象深刻的塔由钢筋混凝土制作而成,高146米。

2.2秒落塔,位于格伦研究中心

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位于俄亥俄州Brookpark的NASA格伦2.2秒落塔原本只是一座30米高的燃料净化塔。它被重建之后,充当了五十年的2.2秒微重力影响研究台柱。这一测试时间能让实验物品从8楼高的地方飞到1楼。

俄罗斯车里雅宾斯克Makeyev国家火箭中心的真空动力站

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这座俄罗斯落塔可被用来测试重达30吨的全尺寸太空硬件,人们只需将它们从30米高的真空室中丢下即可。

国家微重力实验室(中国北京)

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中国科学院微重力重点实验室的这座巨塔是中国的微重力研究中心。它也能进行全尺寸太空硬件测试,也是中国载人航天项目必须进行的环节。

零重力航天器(也被称作失重奇迹,呕吐彗星)

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当飞行器沿着相对地球中心而言的抛物线飞行轨迹飞行时,人们能在这个航天器里再现微重力环境。这个航天器在飞行过程中的某个特定点处于自由落体状态,因此里面的实验或者人类也处于自由落体状态。

中性浮力池里的微重力

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巨大的室内水箱和水池,比如休斯顿的中性浮力实验室或者它的继任者、马歇尔航天中心的中性浮力模拟池(MSFC),也能帮助科学家们模拟失重环境,让宇航员们体会进行太空任务时的感觉。感谢水产生的浮力作用,人们可以设计能在太空使用的硬件,并练习在太空中组装结构所需的技术。

探空火箭

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这些苗条的、低成本的固体燃料推进研究用火箭能够在太空边缘进行短时间实验(大约距离地面50千米-1500千米处)。除了可回收卫星外,如果你没办法去国际空间站,那么它也是你最佳的替代选项。

可回收卫星

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除了可回收的科学研究用卫星之外,人们通常没有给卫星设计回到地球的功能。下图里是中国的子弹形探测器,科学家们能在这上面做许多实验,包括微重力流体物理、微重力燃烧、太空材料、太空辐射影响、微重力生物效应以及太空生物技术。感谢它那复杂的结构、形状和烧蚀涂层,它在轨道上待了预定的时间之后可以幸存下来。

平流层气球

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将物品从高处抛下是一种做自由落体实验的可靠方法。如果落塔和落管还不够,那么你可以选择用平流层气球。研究人员们通常会抛下一个集装箱来做实验。下图是日本航空航天局研发的一个球载平台,为了获得微重力,研究人员们将一个像火箭一样的设备,从40千米的高空抛下。

本文译自 Gizmodo,由译者 肌肉桃 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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