未来空间站想象图?未来空间站是否可以比地球更宜居?

对当前的人体构造来说,微重力的小型空间站不会比地球宜居。十分庞大的自旋空间站上的房屋和地球上的房屋在同等技术水平下可以做到相近的宜居性,特定重力水平的房间可以比地球宜居,但是建造奥尼尔圆柱那样的大型空 …

对于现在的人类结构来说,微重力下的小空间站不会比地球宜居。巨大的旋转空间站上的房子可以和地球上同等技术水平的房子一样宜居,比重的房间可以比地球上的更宜居。然而,像奥尼尔铁塔这样的大型空间站的建设需要明显高于目前的技术水平,这在不久的将来是无法实现的。

考虑到长远的未来,人体可能会得到强化,以扩大其宜居环境的范围。

关于题目谈到的地球的“细菌、虫子、台风、地震”:

在人类维持现有生命的条件下,细菌是必须的,细菌的种类和数量比例还有待研究。国际空间站上的菌群多样性对人体健康有害。短时间内,更大的空间站、月球基地、火星基地的细菌也会发生同样的情况。

在空间站杀昆虫的难度比在地球上低,但随着技术的增强,这种差别会越来越小。可以优先考虑杀灭农业害虫和人类活动空间的内外寄生虫。对于居民来说,其他昆虫在大多数情况下都是令人讨厌的害虫,可能不需要清除。一些昆虫被用来给农作物授粉。

台风和地震是地球上一定规模的自然现象,对受灾的人来说是自然灾害。当空间站出现问题时,可能会出现一些地球上没有的灾难,比如局部气体泄漏。那不是特别优越。

微重力对人体有害:

在过去的50年里,我们目睹了太空旅行中微重力导致的骨质流失、肌肉萎缩、心肺问题、嗅觉下降、味觉下降、视力模糊、大脑异常、免疫系统紊乱(白细胞减少和炎症因子释放)、代谢紊乱、失去平衡、感知受损和智力下降。“打脸充脂”之类的小影响不要紧,而其他影响在细胞功能层面是如此基础,人在没有人工重力的情况下很难在空间站生存2年。

在国际空间站工作的宇航员患有严重的肌肉萎缩和骨质流失。他们试图在空间站上做体育锻炼和力量训练来缓解,但这会造成危险的温度升高。研究表明,登上空间站后,宇航员身体的核心温度在75天内上升到38摄氏度,在体育锻炼期间,核心温度上升到40摄氏度。这种异常的温度会使基础代谢率增加,随机引起头痛、肌肉痉挛、头晕甚至昏厥、心率加快、呼吸急促、消化系统不适和感觉障碍。血液循环问题和高血压会导致心脏病发作,大脑过热会伤害神经细胞。

关于自旋空间站:

1903年,奥尔科夫斯基描述了利用旋转来创造太空中的人造重力。模拟重力,通过离心机的旋转产生高加速度,在现实中早已用于训练飞行员和宇航员。还可以在游乐园体验离心机或者过山车。1966年9月,美国让双子座11号宇航员尝试通过旋转产生微小的模拟重力,效果确实可见。然而,早在1966年3月,双子座8号任务中的一个电路故障导致飞船的一个推进器连续点火,导致飞船高速旋转,在几分钟内给宇航员带来4倍标准重力,导致任务紧急终止,提前返回地球。

自1968年以来,电影、电视剧和漫画中出现的大多数旋转空间站和航天器都采用了美国航天局1959年至1975年发表的概念设计。

未来空间站是否可以比地球更宜居?

未来空间站是否可以比地球更宜居?

1962年NASA Spin空间站概念图

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未来空间站是否可以比地球更宜居?

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1964年,美国宇航局建造了一个直径7.3米的旋转飞船模型。

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未来空间站是否可以比地球更宜居?

1975年美国航空航天局夏季研究的过程中,斯坦福大学提出的斯坦福环面太空殖民地

现在还没有造过靠全船或部件自转产生模拟重力来帮助宇航员对抗微重力给身体造成的损伤之宇宙飞船或空间站,因为那对尺寸和成本的要求比现在的航天器要高得多:

靠旋转在环形结构的内表面产生标准重力的效果,需要内径 112 米、每分钟旋转 4 圈,或是内径 448 米、每分钟旋转 2 圈。美国已经设计过一批使用旋转部件的航天器,但出于资金和技术上的考虑,至今还没有动手制造过一艘成品——它们并不超出 NASA 的技术能力,但是超出可以接受的预算范围,在能容忍的预算之内技术又不够。

载具旋转时,科里奥利效应会导致内耳紊乱,在许多情况下会造成眩晕、恶心和方向识别障碍,干扰宇航员工作。常人能直接无视的旋转速度在每分钟 2 圈之内。实验显示,这是可以在旋转的房间内发生适应的:

经过 10 到 20 次定向移动身体的尝试,人脑会找到模式并自动修正每分钟 25 转下的偏斜。在旋转停止后,该自动修正会引起相反的偏斜,需要再尝试 10 到 20 次来调整。

在小型航天器或航天器上的部分舱段里搞自旋还造成头和脚受力不一致,这个状态锻炼身体还可以接受,但目前也不清楚间歇性接受高重力能不能抵消其它时间里微重力的影响。对旋转区域内径 20 米的离心机来说,每分钟旋转约 10 圈可以在平均身高人类男性的臀部高度产生标准重力的效果(此时脚上是 1.1 倍标准重力的效果),每分钟旋转 13.3 圈可以产生 2 倍标准重力的效果。

注意人体并不会特别需要标准重力,在地球上生活数十年的人经常发生与重力相关的多处组织损伤。最适宜当前结构的人体生活的重力加速度应当低于标准重力,具体是多少还有待研究。

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