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为什么没有人建造旋转航天器来模拟重力？

整个航天器的旋转成本很高，但空间站或飞船上的小空间可以很容易地旋转。

这些小空间能大到足以提供有意义和健康的人造重力吗？

根据我的物理知识，我记得重力和加速度是相同的。

如果我没记错的话，1 g 等于每秒 9.81m/sec 的加速度。 换句话说，一个周长为 10 米的轮子必须每秒旋转一次才能在零重力下模拟 1 克？ 不完全的。

唉，它比这复杂一点，幸运的是我们不必如此快速地旋转轮子。 那是奖金！

这里有一些方便的计算器可以计算出车轮尺寸和旋转速度来模拟地球重力：

旋转计算器，求解重力、半径和旋转速率，

圆计算器, 求解直径、半径和周长。

一个周长为 10 米的轮子的直径为 3.18 米。 这对于人工重力实验来说是一个方便的尺寸，即使在地球上也是如此。

花时间在这上面会舒服吗？ 车轮应以大约 24 RPM 的速度旋转以模拟 1 g。 它可以分隔成 1 x 2 米的床，可容纳 XNUMX 名船员。

因此，至少在休息期间，航天员将受益于正常重力。 宇航员躺在轮子内侧，有点像游乐场骑行插图，但更私密。

建造这么小的鼓式重力装置是否可行？
人体会如何反应？ (离心机的人工重力).

我们知道，零重力的负面影响是非常严重和多方面的。 即使是每天 2.5 小时的跑步机运动也不足以防止这些影响：

1. 流体再分配： 体液从下肢流向头部。 这会导致下面描述的许多问题。
2. 液体流失： 大脑将头部区域液体的增加解释为总液体量的增加。 作为回应，它会激活排泄机制。
3. 电解质失衡： 液体分布的变化会导致钾和钠的失衡，并扰乱自主调节系统。
4. 心血管变化： 胸腔内液体的增加最初会导致左心室容积和心输出量增加。 当身体寻求新的平衡时，液体被排出，左心室收缩，心输出量减少。
5. 红细胞丢失： 在美国和苏联飞行前后采集的血样表明，红细胞损失多达 0.5 升。
6. 肌肉损伤： 肌肉因缺乏使用而萎缩。 收缩蛋白丢失，组织收缩。 肌肉损失可能伴随着肌肉类型的改变。
7. 骨骼损伤： 因为在微重力下对骨骼的机械要求大大降低，骨骼基本上溶解了。
8. 高钙血症： 体液流失和骨质脱矿共同增加血液中钙的浓度。
9. 免疫系统变化： T 细胞功能的丧失可能会阻碍人体对癌症的抵抗力——太空的高辐射环境加剧了这种危险。
10. 干扰医疗程序： 细菌细胞膜变得更厚且渗透性降低，从而降低了抗生素的有效性。
11. 眩晕和空间定向障碍： 如果没有稳定的重力参考，机组人员的垂直感会经历任意和意想不到的变化。
12. 空间适应综合症： 大约一半的宇航员和宇航员受到折磨。 症状包括恶心、呕吐、厌食、头痛、不适、嗜睡、嗜睡、苍白和出汗。
13. 运动能力丧失： 这可能是由于动机降低以及生理变化所致。
14. 嗅觉和味觉退化： 头部液体的增加导致类似于头部感冒的闷热。
15. 减肥： 体液流失、缺乏运动和食欲不振会导致体重减轻。 太空旅行者往往吃得不够。
16. 胀气： 消化气体不能“上升”到口腔，更有可能“非常有效地以大量和频率”通过消化道的另一端。
17. 面部扭曲： 脸部变得浮肿，表情变得难以阅读，尤其是在侧视或倒置时。
18. 姿势和身材的变化： 中立体位接近胎位。 脊柱趋于变长。
19. 协调变化： 地球正常的协调无意识地补偿了自重。 在失重状态下，有达到太“高”的趋势。

与零重力的这些不利影响相比，这里是一位名叫 Graybiel 的心理学家从 1977 年开始研究的一些关于在地球上绕着自己的轴旋转人类的影响的研究，比如在唾液上（来自 https://psycnet.apa.org/record/1980-22567-001).

格雷比尔旋转舒适区

格雷比尔得出的结论是 
1.0 RPM：即使是高度易感的受试者也没有症状，或者几乎没有症状
3.0 RPM：受试者出现症状 
5.4 RPM，只有低易感性的受试者表现良好
10 RPM，适应提出了一个具有挑战性但有趣的问题。 即使没有晕机病史的飞行员也没有在十二天的时间内完全适应。

Graybiel 所说的“适应”是在身体旋转后习惯于没有旋转。

那种感觉就像我们都记得从小到大：

我必须说，在地球重力的影响下，人类在自己的水平轴上旋转的唾液很可能与人类在失重空间中的人造重力鼓中所经历的相距甚远。

我什至可以说格雷比尔的旋转舒适区与向心力的人造重力完全无关。 他在他的论文“围绕 Z 轴进行地球水平旋转后的体感运动后遗症”中所证明的只是快速旋转某人的后遗症是耳朵前庭系统的定向障碍，导致头晕，也就是眩晕。

但是让我们看看这些 Graybiel 的舒适区数据是否可以应用。
SpaceX 火星火箭的直径将达到 9 米。 是否有可能在这枚火箭的范围内为宇航员睡觉或休息创造一个舒适的栖息地？

一个 9 米长的滚筒需要以 14 RPM 的速度旋转以模拟 1 g，或者以 8 RPM 的速度旋转以达到地球重力的 1/3。 Graybiel 的发现表明 SpaceX 火星火箭上的可用空间太小了。

但是，我相信当身体躺下时作用在身体上的重力（向心力），而不是围绕自身和在一个水平面上旋转，将比围绕自己的轴快速旋转更舒服。

In 鼓式重力床装置 不会有从头到脚的加速度梯度。

滚筒重力床装置
滚筒重力床单元被设想为航天器或空间站的附加模块，无论是在运输途中、轨道上还是在月球、火星或小行星上，以提供更自然的重力。

是否已经构建了这个概念的原型？

在某种程度上：是的！ 这篇文章中的第一张照片是 1950 年代的游乐场景点。

人类真的从 50 年代就忘记了享受人造重力是多么容易和有趣吗？ 显然，游乐场的游客自愿体验并享受它。

在对设备进行调整后，像这样的简单重力设备可以帮助航天员保持健康。

更大的模型

转轮空间站——维基百科

以下是电影 1952: A Space Odyssey 中使用的 2001 年 von Braun 轮的计算：

他们设想了一个带有 直径 76 米（250 英尺）. 3 层轮子将以 3 RPM 旋转，以提供人工三分之一的重力。 设想有80名船员。

快进 70 年（自 1950 年代以来没有发生太多事情）：

SAHC 人体离心机
SAHC 人体离心机于 2020 年左右开始测试和运行。它旨在研究人造重力对宇航员及其健康的耐受性和使用，以对抗失重的影响。 什么花了这么长时间？

这台机器的直径为 5.6 米。 
它足够小，可以放入 SpaceX 火星火箭。 但它需要更多的座位。

https://www.dlr.de/me/en/desktopdefault.aspx/tabid-1961/2779_read-14523/

有躺着的测试人的离心机

借助由 ESA 提供的科隆短臂人体离心机 (SAHC)，将创建人工重力，以提供医学和人体生理学的基础研究。 主要关注的是扩展卧床休息研究的可能性，以测试基于人工重力的对抗措施的方法，以应对失重引起的医疗风险。

技术数据：

最大限度。 外周半径：2,8 m
最大限度。 总有效载荷：550 kg

最大限度。 离心加速度
（足部水平，测试对象身高 185 厘米）：4.5 克
最大限度。 离心机转子转数
（软件限制）：39 rpm

科学应用

• 利用人工重力等开发针对宇航员神经肌肉和骨骼退化的有效对策……

这是 Erich Habich-Traut 为 Contact Project 撰写的文章，
https://contactproject.org

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