在空间站的微重力环境下,失重的航天员看上去就像“游”在空中。一种常见的误解是,这是因为空间站脱离了地心引力。那么在地面上要怎么做到“脱离引力”呢? 实际上,在近地轨道上运行的空间站受到的地球引力依然很大,约为地表的90%,只不过这个力被用来改变空间站的运动方向(圆周运动),而不是让它向着地心加速运动。根据物理学定义,失重表现为:物体所受的力(物体对支持物的压力,或对悬绳的拉力)远远小于地球对该物体的引力。所以在地面上,虽然有重力存在,但我们依然可以模拟失重环境。最简单粗暴的做法就是自由落体。航天局的落塔就是让实验仓从高处坠落,制造失重状态。但塔的高度有限,坠落持续时间仅几秒,只能对物体做实验。要延长失重时间训练航天员,航天局会把飞机“扔出去”——让飞机以连续抛物线的轨迹起起落落……这种“过山机”简直是晕机者的噩梦。除了训练航天员,失重飞机也被用来拍摄电影特效,以及提供私人体验。然而,失重飞机成本很高,也不常用。 在地球上长时间维持失重状态不容易,平衡重力就容易得多。中性浮力模拟器是一种常用的训练航天员的装置,它其实就是个模拟太空舱结构的水池,经过设计,航天员在水中受到的浮力刚好能平衡重力,这样他们就能像在太空中那样悬浮着练习各项操作。
除了水浮法,还有使用喷气装置的气浮法、用拉力抵消重力的悬吊法。不过这些都不是真正的微重力环境,只是模拟了失重时的悬浮状态。
本文摘自微信公众号“环球物理”。