居然挖馬斯克的墻角!法國億萬富翁:準備造第一個人工重力空間站

天空之城 2022/09/17 檢舉 我要評論

據SpaceNews報道,法國億萬富翁Jed McCaleb在南加州創立的Vast Space日前宣布了一個震撼的計劃,將在近地軌道上建設一個人工重力的空間站,并且還為此挖了大量SpaceX的工程,主意居然打到了鋼鐵俠馬斯克的身上!

要開建人造重力空間站:法國富翁實力幾何?

Vast Space的投資者也是創始人Jed McCaleb日前宣布了一個宏大的理想,他希望未來會有數百萬人生活在太陽系的宇宙空間中,因為地球的資源非常有限,而太陽系里很多星球都是未開發的處女地,因此他的公司Vast Space將致力于降低成本,幫助人類在外太空開發一個生活和工作大型結構作為前進基地。

McCaleb表示他創辦了許多軟件初創公司,并且在加密貨幣界取得了巨大成功,這提供了足夠的資源來嘗試在太空領域開展一番雄心勃勃的事業。

Vast Space目前建立起了一個世界級的團隊,其成員包括前SpaceX負責建筑和設施的副總裁Kyle Dedmon、系統工程師Tom Hayford,他曾在Relativity Space(相對論空間) 和SpaceX工作;另外還有前SpaceX推進工程師Colin Smith等20人。

Vast Space的第一個目標是建立一個近地軌道的大型旋轉結構,也就是本文開頭描述的人造重力空間站,中期目標是登陸火星,長遠目標是開采小行星。

和馬斯克的目標很相似,各位一定會很好奇這位口出狂言的大佬到底是誰?McCaleb是法國加密貨幣起家的億萬富翁,福布斯估計其總資產約為25億美元,盡管其總資產已經是巨富級別,但要投資太空領域,這25億美元還不夠燒的。

不過馬斯克當年投資SpaceX時也沒幾個人看好,但他現在算是混出來了,不過按太空領域投資回報的套路來看,應該要研發火箭從商業發射取得良性循環,或者讓投資者看到信心一直燒錢才可以,否則根本就玩不出來,而且目前商業發射公司那麼多,Vast Space更有可能是來圈錢的。

人工重力空間站,規模到底要多大?

盡管筆者覺得McCaleb更像個騙子,不過人工重力空間站倒確實有必要,因為目前的宇航員在太空遭遇的多種健康相關因素困擾,很大一部分是來自失重的,雖然短期的失重人體會感覺很有趣,但長期失重確實存在挺大的健康風險,需要一系列的鍛煉才不至于讓身體技能退化太快。

失重有什麼危害?

表面上看起來,失重條件下對肌肉要求降低會導致肌肉萎縮,但事實上人體這個習慣了一個g的加速度下生活,早已習慣,因此長期失重還真有不少麻煩:

1、運動病,失重下發生的前庭功能混亂癥狀,無法感知當前的位置狀態而不適;

2、骨骼中鈣質大量流失,失重狀態下運動減少引發造骨細胞不夠活躍,造成骨質疏松;

3、失重狀態下運動減少,導致肌肉萎縮,肌肉質量下降;

4、失重狀態下體液重新分配,上半身血液量大導致身體調節體液,減少血液量,從而引發心率不齊甚至心肌缺氧等心臟功能障礙;

5、視覺障礙,因為血液上涌導致顱內壓力過高,眼球后方壓力增加,擠壓到視神經造成影響;

6、有案例表明,失重還會造成味覺混亂;

這些問題需要通過鍛煉或者藥物來調整,甚至女性的生理周期也需要注意或者服用避孕藥延遲,顯然這些針對小規模人群的方案并不適合未來比較大規模的太空生存,因此人造重力確實是有必要。

人工重力:怎麼樣來實現?

以人類目前的技術是無法實現人工重力的,只能用「離心力」來模擬,方法很簡單,制造一個足夠大的圓環,然后以一定的轉速旋轉,把人「甩」出去站在圓環的內壁上,基本上就是這個道理。

比如在好萊塢的科幻大片《星際迷航》中的重力方式是造不出來的,最多只能像《星際穿越》或者《火星救援》又或者《阿凡達》中的模式還是比較靠譜的。

但事實上假如真的按《火星救援》中的規模來制造人工重力艙室的話估計呆在里面要不了幾分鐘就頭暈眼花了,就算宇航員前庭功能超強,長時間在內部生活工作,一定會發瘋的,為什麼會這樣?

《火星救援》中的赫爾姆斯號的模擬重力艙直徑大約在15米左右,其轉速大約為0.109弧度/秒,算出來的人工重力加速度為0.178米/秒,只有不到0.02g,也就是說就算在這個人造重力艙內,就算模擬了也沒有重力感,稍微有點反作用力人就會飄起來,和沒有重力差不多。

那麼如果要達到0.4g勉強能模擬重力環境的話,這個轉速需要增加到大約0.52弧度/秒的角速度左右,也就是大約4.95rpm/分,模擬重力艙直徑小只能加大轉速,也能模擬到0.4g左右,但問題是人體最舒適的范圍為2~3rpm/min,而且最好是在2圈左右,因為長期在3rpm/min條件下人體的前庭器官會很敏銳的感覺到在位移,很容易眩暈。

因此需要一個足夠大的結構,而且是轉速最好在2圈/分或者以下,那麼要基本維持重力,也就是0.5g左右,大概需要多大的結構呢?按下圖公式計算下:

0.5G的環境即為:4.9M/S^2

w要求為2轉/分,換算成弧度約0.2094395弧度/秒

那麼可以得出所需要的半徑為R=111.7M

也就是說,如果一個半徑為111.7米的圓環,以2rpm/min的轉速模擬0.5g的重力環境,只要人肉眼不看向窗外參照物,絕大部分人都感覺不出這個艙室在移動,長期在這樣的環境下工作是最舒適的。

但問題來了,這個規模有多大呢?國際空間站即使算上太陽能電池的尺寸,也只有這個規模的一半!各位知道造一個國際空間站需要多少錢呢?大約是1500億美元,這還不包括維護費用。

不過有一個辦法可以大幅降低建造費用,可以制造一個超級長桿,中間僅允許一個人通過,然后在兩側掛上重力模擬倉,這種結構最省錢,或者中間干脆就不通人,兩側的重力模擬倉不互通,那麼成本更低,很早可以簡單到用一條長繩子把兩個艙室拴起來,繞著兩者的質心公轉,這種方式的模擬重力成本可以降到最低,再低就沒辦法了。

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