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令人匪夷所思的航天人生存技能,你能做到第几条?

来源: 中科院物理所 时间: 2022-04-18 14:55:08

4月16日上午,神舟十三号载人飞船返回舱于东风着陆场预定区域成功着陆,航天员翟志刚、王亚平、叶光富在空间站工作生活183天后平安返回,圆满完成神舟十三号载人飞行任务。

英雄凯旋,小编心潮澎湃,儿时的航天梦似乎要重新点燃!所以,要成为一位航天员,我还差点啥技能呢?

失重超重

要说太空里和在地球上最大的不同,莫过于在地球上无处不在的重力在太空中就感受不到了,这种现象我们称为“失重”——我们失去了像空气一样无处不在的重力。那么太空中的重力是如何“消失”的呢。实际上就算我们去到了太空,到达了空间站,离开地球表面也不过400公里,而地球的平均半径为6371公里,也就是约为地球半径的1/16,根据牛顿的万有引力公式,F=GMm/r2,相比地面上的地球对物体的引力,空间站位置地球对物体的引力不过减少了1/162-1/172≈0.045%。但我们却确确实实能感受到了重力的“消失”——空间站中的悬浮的人和物体就是最好的证明。那么问题出在哪呢?

我们来考虑简单的情况。假设人是静止的,在地球表面时,人受到的支持力N=mg,这时候一切正常。在空间站中,人也会受到来自地球的引力(与地面附近近似相等),还有来自空间站的支持力(方向大小未知)。空间站绕着地球近似做匀速圆周运动(实际上是椭圆)时,人与空间站应当具有相同的加速度a=wv,方向指向地心,于是我们解出N"=mg-ma=mg-mwv。

对空间站做同样的受力分析,我们发现空间站只可能受到引力,因为没有什么物体能够给它提供这个“支持”——它处于太空之中。于是我们可以解得wv=g,将这个结果带入N"的表达式中,我们发现,人受到的支持力也为0了,更一般的,任何和空间站相静止的物体,所受到的支持力都是0,而这就意味着人和物体将会悬浮在空间站之中。当然实际上,太空舱内不会是理想的完全失重,而是加速度为10-6~10-4g的微重力。

而另一种与之相反的情况,则发生在航天器发射过程中,这时候航天器加速度很大,方向与前面失重的情况刚好相反,指向地外。对于里面的宇航员来说,其加速度应当满足 a = N/m-g,当a>0 时,N>mg,支持力大于了重力,这就是超重。综合起来看,我们发现,人感受到的力其实只由支持力N决定,也就是说,人其实感知不到真正的加速度的有多大,人只能感受到“推背感”有多大。

而在实际的发射途中,超重带来的体验可远远不止“推背感”,再考虑可能的突发情况,宇航员在地面训练时,一般要承受8g以上加速度的离心机超重训练;而未经受训练的正常人在2g-4g加速度时就已经快达到极限。

超重训练离心机

来源:央视网、腾讯视频

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标签: 无处不在 地球表面 匪夷所思