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为什么电影流浪地球中要在火种计划飞船上安装巨型转轮

 豫见物理 2021-09-23

流浪地球

近日,电影《流浪地球》的票房已经突破30亿,预期将突破50亿。作为国内第一部现象级的硬科幻电影,引发了世人关注,再加上《人民日报》官微、《新华社》官微和大量媒体的积极推介,更是让这部影片炙手可热。

正在热映的科幻电影《流浪地球》中,有一个巨大的飞行器,细心的朋友可能发现这个飞行器就像一个大圆盘,而且是在旋转中的,而看过科幻电影《星际穿越》的朋友也会注意到里面有一个圆盘状且正在旋转的飞行器。

星际穿越

实际上,凡是涉及远距离、长时间飞行的星际航行的科幻电影,其中执行星际航行任务的飞行器都有一个巨大的转轮。那么为什么科幻电影都热衷于在星际飞行器上安装巨型转轮?

极乐世界

太空漫游

火星救援

星际迷航

一种星际飞船

其实目的只有一个,就是通过巨轮的旋转,可以在飞行器中模拟出地球上的重力环境。

由于星际航行的时间长达数百年至数千年,如果人类长期在完全失重环境中繁衍生息,根据进化论,身体各项机能必然向适应完全失重环境的方向进化,当低达目标星球的时候,人类将无法重新适应新星球上的重力环境,会像鲸鱼搁浅一样,瘫在地面上,无法站立。

所以,为了营造与地球表面类似的重力环境,就必须让飞行器整体或局部旋转起来。

飞行器的转轮在旋转的时候,可以给转轮内部的人一个向外的离心力,这样的话,人就可以把飞行器转轮的内壁当作地面,这样就可以在里面站立和行走了,这样飞行器圆盘的内侧靠向圆心方向就是上方,而外侧方向就是下方,在里面工作和生活就有了正常的可参考系,并且也和在地球表面上的重力环境中生活差不多。

从高中物理的角度讲,宇航员/星际移民在跟随飞行器的巨型转轮一起旋转的时候,会受到一个舱壁给他的指向圆心的支持力,由这个支持力提供跟随转轮一起旋转所需要的向心力,如果这个支持力等于自身在地球上的重力,那么人们在转轮中感觉是和地面上一样的。

通过简单的推理分析可知,要想在飞行器中营造出与地球表面类似的重力环境,就必须让转轮旋转起来。而且转轮半径越大,旋转周期就越小,对地球重力环境的模拟就越逼真。

人们都听说过国际空间站,国际空间站预计在2024-2028年之间报废。到那时,我国发射上天的天宫空间实验室就是唯一一个在太空中运行的空间站。

每当新闻中播放宇航员在空间站中的工作情景的时候,都能看到他们在里面飘来飘去,这是因为围绕地球运行的空间站没有旋转,内部是处于完全失重状态的,人们在空间站中感受不到自己重力的存在,所以他们可以在里面飘来飘去。这样会让在地球上生活的人不太习惯,而且时间长了会让人骨质疏松,不利于人的身体健康。

国际空间站

天宫二号

有没有办法让我们的航天员在空间站中也像在地面上一样生活呢?当然可以,那就是设计制造出像科幻电影里面一样的拥有巨型转轮的空间站。

那么,为什么我们的空间站不设计一个巨型转轮呢?这是因为这样的空间站都需要巨大的体积,直径需要在一公里以上(太小的转起来人很快会在里面头晕)。就目前的技术条件和经济水平,我们在今后较长的时间内还看不到带有巨型转轮的空间站。

苏联科学家、现代航天学和火箭理论的奠基人康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基说过:地球是人类的摇篮,但是人类不能永远生活在摇篮之中。随着科学技的发展和社会的进步,带有巨型转轮的空间站一定会被制造出来。到那时,宇航员在空间站中的感觉就和在地球表面上是一模一样的了。


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