为什么不用人工重力解决宇航员站不起来的问题？有哪些困难？热闻

　　神舟十三号飞船在10月16日成功发射，据中国宇航局透露，这次宇航员们在太空中停留的时间要比神舟十二号还久，也就是至少要待3个月以上。宇航员在太空中是处于失重状态的，这种失重状态对于人类的身体健康有着诸多影响。
　　比如之前登上头条的神舟十二号飞船的宇航员在下飞船时坐躺椅，当时大家都很担心宇航员们的身体，这种情况正是因为他们在太空失重环境中带了三个月，初回到重力平衡的环境，会感觉到十分不适应。
　　经过严格筛选和训练的宇航员对于这种失重都无法抵抗，何况是我们普通人呢？因此在这种条件下，星际移民和太空旅行可谓是痴人说梦，即使经过训练的游客达到了升空标准，相信这也不会是一场舒适愉悦的旅行。
　　除此之外，未来人类肯定会探索更加遥远的行星，花费的时间也会更多，以火星举例，如果来走个来回，最快也要将近3年的时间。如果人体在3年当中一直处于失重会发生什么，我们谁也不知道。
　　根据以上这些需求，不少人提出为何不利用人造重力建设空间站或者飞船，解决宇航员站不起来的问题，确保他们在其中可以像在地球上一样正常生活。科幻电影中的那些模拟重力的空间站在现实中不能建造吗？在人造重力方面，究竟有什么人类尚未解决的困难？
　　重力是什么
　　在了解失重和人造重力之前，我们首先需要知道重力到底是什么。重力其实属于万有引力的一种体现，地球上的所有物体时刻都在受地球吸引，这里被吸引所受的力就叫做重力。
　　重力的方向一直都是垂直向下的，物体受到的重力的大小跟物体的质量成正比，计算公式是：Gmg，g为比例系数，大小约为9。8Nkg。
　　提出和发现重力的正是在1687年被苹果砸中的牛顿，他那一刻的灵光乍现改变了人类对地球以及宇宙环境的看法。
　　正是由于重力的存在，我们才能站立在地球之上，如果进入太空或者到达其它引力小的星球，以人类的重量是无法站立的，多半时间都在飘着。重力作为力学当中最重要和最基本的概念，物理学界对于它的定义有很多种。比如说不少人认为，重力不单是万有引力的体现，而是万有引力和惯性力合力作用的体现。
　　进入太空我们会感觉到失重，就是引力拉力小于重力的体现。
　　但是在进入太空之前，航天器的发射阶段，宇航员是处于超重状态的，当然这一状态不会延续太长时间，根本原因是航天器要超过一定的速度才能逃离地球，因此这时有向上加速度的存在，宇航员会感到超重。同理在深海潜水当中也会有巨大的超重感，这时需要穿戴专用的抗荷服。
　　失重对人体的影响
　　太空中有不少影响人体健康的因素，比如说真空环境、高强度的辐射，其中微重力的环境是对人影响最大的。前文提到了重力是地球万有引力的体现，其实地球是存在一个重力场的。但是在太空之中，重力几乎为零，可以忽略不计，比如说月球表面的重力只有地球的六分之一，火星则为三分之一。这种失重环境会对人体的各个系统带来影响，比如体液头向转移、心肺功能改变、神经系统紊乱、骨质疏松和肌肉退化等等。
　　首先，就是体液转移。我们看到宇航员在太空之中经常处于飘着的状态，这是因为失重环境下他们无法完全掌控自己的身体，这是身体里的体液也会发生变化。体液会向着上身和头部的方向转移，淤积在胸腔和头颈部位，这种情况会一直持续，直到返回地面。宇航员通常会感到头部发胀或者头疼，需要卧床休息才会有所缓和。
　　相比于上半身的体液过多，下半身的体液又变得特别少，在这种条件下就真的变得头重脚轻了，腿部会出现明显变小的情况。
　　经过观察，当转移的体液达到2L时，大腿周长会减少10～30，航天员会发现自己的腿就像2根棍子，这就是所谓的鸡腿综合征。
　　看到这里就不难理解为什么宇航员返回地球之后要坐躺椅和担架了，因为腿部一时之间是使不上力气的。
　　其次感觉神经紊乱，微重力会影响人体的前庭系统，使其接收到一些杂乱的信号，造成一种名为空间运动病的不良反应，常常伴随着恶心呕吐、肠胃不适、食欲不振等表现。
　　心肺功能受影响则更加严重，因为我们知道心脏是人体的发动机，在失重状态下人体会出现心肌萎缩、心肺血量增加、心律不齐等症状。重力缺失使得人体活动减少，心脏就长期处于低动力的状态中，等到宇航员返回地面时就会发现心脏机能明显下降，还会伴随出现耐力下降的症状，无法长时间站立。
　　最后就是骨质疏松和肌肉退化了，相关宇航局展示的数据显示飞行6个月的航天员胫骨松质骨的丢失量就达到了24，这种情况会使得人体肾脏内的钙出现沉积，增加肾结石风险，骨骼的加速老化会导致宇航员返回地球后骨折风险大大提升。肌肉退化则主要体现在身体的下半部分，比如前文所说的鸡腿综合征，长期飞行的肌肉丢失量最高可以达到50，还会抑制肌肉纤维重建，想短期之内恢复过来也很难。
　　除此之外还有心理问题等等，这就不赘述了。可以看出来，在失重的环境之下，人体的多项机能都受到了影响，有些在返回地球之后可以进行恢复，但是需要一个非常漫长的时间，比如说失重状态下骨骼退化的速度大概是正常环境的8倍，可以说飞入太空不仅没能让自己的时间变慢、延缓衰老，反而是加速了自己身体机能衰老的速度。
　　因此为了长期在太空工作的宇航员身体健康着想，也为了日后人类愉快地完成太空旅行，人造重力成为当下热议的话题。
　　人造重力
　　人造重力是一种人为的重力效果模拟，主要就是为了解决以上所述的失重对人体的影响。常用的方法就是使空间站或者飞船处于旋转的状态，人为制造出离心力。
　　人造重力从理论上来说是可行的，我们以空间站围绕0点进行旋转为例，这时的角速度为w，空间站内半径R1，外半径R2，高度h，质量m，得出公式mw2Rma。
　　空间站由内到外的人造重力处于变化阶段，中心处0点则完全失重，距离0点越远重力就越大，因此如何确定空间站旋转的角速度也很重要。
　　早期就有人想到这种类似于科幻电影当中环形空间站的设计，并且提出了假设。比如1949年《英国行星学会杂志》当中就给出了这样一个空间站的设想，使用推进器使得该空间站沿着轴旋转，这样就会产生向心力。重力的数值与旋转轮尺寸和速度相关，如上文所说速度越快，重力就越大。
　　但是这种人造重力空间站的设想被美国宇航局工程师大卫贝克指出，旋转式空间站仅仅是理论可行，想要在太空之中建立起来以现在的科技是不可能的。
　　除了利用这种方法实现人造重力，还可以利用离心机。比如2016年11月10日俄罗斯的卫星网就发表了这一报道，俄罗斯科学院生物研究所所长列格奥尔洛夫表示他们制造出了小型的离心机，可以用来模拟重力，应用在空间站和太空舱的建设当中。
　　具体来说就是将宇航员放在装有离心机的装置上面，这个小型装置会一直旋转，模拟出重力，消除宇航员的失重感，但是这种旋转也会引发空间运动病，所以并不是最佳方法。
　　新型空间站设想和困难
　　2011年时美国的宇航局发表了关于新型空间站的创新提议，名为鹦鹉螺X。这个装置就和鹦鹉螺的外形相似，多个独立的舱室相互连接，上面有大型太阳能电池板和管道，围绕着零重力的中心旋转。但是这一设计最终由于耗资巨大无法进行，它的总预估耗费高达37亿美元，后续还在不断提升。
　　日前，设计师蒂姆阿拉托雷表示将设计一款名叫冯布劳恩空间站的人造重力太空酒店，酒店内可以容纳400名旅客，基础设施一应俱全，不过这一说法目前只是设想，酒店业附上罗伯特毕格罗则希望能够在太空中建立起一个充气式轮型空间站。
　　以现在的深空科技发展水平来看，模拟重力建造空间站是不可能的，因为这种空间站耗资过于巨大，资金受限导致研究和开发工作无法进行。而且要确保制造出来的东西确实是可以投入使用的。这类大型空间站需要经过精确组装，显然组装工程要在太空当中进行。
　　这种大型的部件需要利用火箭运输升空，现在大型重载运输火箭除了美国的土星五号以外，大部分都处于研发试飞阶段，不能承担这种任务。
　　所以说，太空事业建立是环环相扣的，因此现在航天工程师都表示，在确定利用人造重力建设空间站之前，先要搞清楚在宇宙中究竟多大的重力最合适，还能依靠着科技研发实现。这之后设计部件前也要确定有可以运载升空的大型火箭，其次太空中的对接设备也是关键。所以在这些技术尚未成熟之前，想利用人造重力建设空间站是不现实的。
　　结语
　　简单来说，人造重力理论上不难，但是在现实中实施的话会受到多方面的限制，空间站模拟重力目前只能处于设想当中。等到宇航员们能在太空舱和空间站中正常站立和行走，那么大家梦寐以求的太空之旅应该就可以开启了，可以说不论是太空旅行还是其他星球的人类基地建设，人造重力都是不可缺少的环节，期待人造重力成功施行的那一天。