第259章 旋转棲息地（1 / 7）
李水旺新一期视频：
今天的主题是旋转棲息地，这一主题的內容会相当长，所以我们马上切入正题。
我们今天的主题是旋转棲息地，想要了解旋转棲息地，首先要知道这类设施有著诸多选择，而它们的唯一共同点就是离心力。
如果你身处一个没有重力的地方，却想获得重力，目前我们能实现这一点的方法只有两种：要么聚集大量物质，利用其產生的自然重力；要么通过旋转模擬重力，说白了就是利用离心力来模仿重力的效果。
你大概率已经知道什么是离心力了，我们在日常生活中总会遇到这种力。
你可能也听过有人把它称作假想力，更准確地说，在惯性参考系中，离心力並不存在，但从实际应用的角度来说，它的效果真实可循。
说它真实，是因为它能像重力一样，把物体牢牢压在表面上，即便实际的重力並不存在。
而且只要你让旋转的太空飞行器体积足够大，基本上比足球场还大就行，这种模擬出来的重力，对於大多数生物活动来说都能达到实用效果。
所以我们可以打造一个巨大的环形、圆柱形、环形山状的结构，或是任何具有径向对称性的物体，比如球体，让它旋转起来，其內壁就会成为可供行走的地面。
你甚至可以在上面跳上跳下，落地的位置也和预想的一致，因为这种模擬重力会一直起作用，即便你的脚离开地面也不例外。
由於科里奥利效应的存在，你下落的轨跡並不会是完全的垂直向下，但在规模合適的旋转棲息地上，普通人的跳跃幅度根本无法察觉这种落点偏差，除非藉助高精度的仪器。
不过，这也让我们发现了利用旋转模擬重力的第一个问题：科里奥利效应可能会让人感到不適，它会作用在人体上，引发头晕和噁心。
就目前的研究来看，只要旋转速度低於每分钟两转，这种效应就不会对任何人產生影响，而且我们认为人类能够適应每分钟 20 转甚至更高的旋转速度。
这其实和晕动症的原理差不多。
问题在於，旋转速度越慢，產生的模擬重力就越弱。
这一点在空间站上倒也无妨，我们可以挑选对科里奥利效应敏感度较低的太空人，採用低重力的设计方案。
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比如打造一个直径 30 英尺的金属舱体，让它以每分钟 10 转的速度在太空中旋转，就能为太空人营造出半重力的环境。
对於火星任务来说，这样的设计或许是可行的，毕竟太空人本就需要適应火星的低重力环境，而且也可以准备大量的晕动药来应对可能出现的晕动反应。
但探討重点並非空间站或航天飞船，而是成熟完备的旋转棲息地 —— 能让人类舒適地体验熟悉生活环境的地方。
因此，我们所关注的，是能以舒適的方式模擬出地球標准重力的设计，而非其他方案。
想要在低旋转速度下获得更强的模擬重力，就必须让旋转结构的直径更大。
如果希望在每分钟 2 转的閾值下模擬出地球重力，那么旋转结构的直径需要达到约 1500 英尺，也就是 457 米左右。
这基本是打造適宜人类居住环境的最低门槛，毕竟核心需求是居住的舒適性，结构可以做得更宽，但最好不要比这个尺寸更窄。
不过，结构的直径也不能无限制扩大，因为在不降低模擬重力的前提下，直径越大，结构所承受的应力就越大。
以钢材为例，通常认为其能支撑的旋转结构直径上限约为数英里；而对於凯夫拉縴维或碳纳米管这类材料来说，这个上限会高得多。
简单来说，一种材料在常规重力下的断裂长度，决定了用该材料打造、模擬地球重力的环形棲息地的最大周长，原理其实是相通的。
而且由於是在太空的真空环境中运行，除了启动旋转所需的初始能量外，后续几乎不需要额外补充能量就能维持旋转。
这也是真空环境中的机械飞轮能成为极具吸引力的储能电池方案的原因 —— 没有空气阻力带来的减速，甚至还能在紧急情况下，利用一部分维持旋转重力的能量来供电。
旋转棲息地的直径受建筑材料的强度和所需模擬的重力大小限制，但其长度却没有这样的约束，既可以是一个薄薄的环形结构，也可以是一个细长得超乎想像的圆柱体。 ↑返回顶部↑
今天的主题是旋转棲息地，这一主题的內容会相当长，所以我们马上切入正题。
我们今天的主题是旋转棲息地，想要了解旋转棲息地，首先要知道这类设施有著诸多选择，而它们的唯一共同点就是离心力。
如果你身处一个没有重力的地方，却想获得重力，目前我们能实现这一点的方法只有两种：要么聚集大量物质，利用其產生的自然重力；要么通过旋转模擬重力，说白了就是利用离心力来模仿重力的效果。
你大概率已经知道什么是离心力了，我们在日常生活中总会遇到这种力。
你可能也听过有人把它称作假想力，更准確地说，在惯性参考系中，离心力並不存在，但从实际应用的角度来说，它的效果真实可循。
说它真实，是因为它能像重力一样，把物体牢牢压在表面上，即便实际的重力並不存在。
而且只要你让旋转的太空飞行器体积足够大，基本上比足球场还大就行，这种模擬出来的重力，对於大多数生物活动来说都能达到实用效果。
所以我们可以打造一个巨大的环形、圆柱形、环形山状的结构，或是任何具有径向对称性的物体，比如球体，让它旋转起来，其內壁就会成为可供行走的地面。
你甚至可以在上面跳上跳下，落地的位置也和预想的一致，因为这种模擬重力会一直起作用，即便你的脚离开地面也不例外。
由於科里奥利效应的存在，你下落的轨跡並不会是完全的垂直向下，但在规模合適的旋转棲息地上，普通人的跳跃幅度根本无法察觉这种落点偏差，除非藉助高精度的仪器。
不过，这也让我们发现了利用旋转模擬重力的第一个问题：科里奥利效应可能会让人感到不適，它会作用在人体上，引发头晕和噁心。
就目前的研究来看，只要旋转速度低於每分钟两转，这种效应就不会对任何人產生影响，而且我们认为人类能够適应每分钟 20 转甚至更高的旋转速度。
这其实和晕动症的原理差不多。
问题在於，旋转速度越慢，產生的模擬重力就越弱。
这一点在空间站上倒也无妨，我们可以挑选对科里奥利效应敏感度较低的太空人，採用低重力的设计方案。
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比如打造一个直径 30 英尺的金属舱体，让它以每分钟 10 转的速度在太空中旋转，就能为太空人营造出半重力的环境。
对於火星任务来说，这样的设计或许是可行的，毕竟太空人本就需要適应火星的低重力环境，而且也可以准备大量的晕动药来应对可能出现的晕动反应。
但探討重点並非空间站或航天飞船，而是成熟完备的旋转棲息地 —— 能让人类舒適地体验熟悉生活环境的地方。
因此，我们所关注的，是能以舒適的方式模擬出地球標准重力的设计，而非其他方案。
想要在低旋转速度下获得更强的模擬重力，就必须让旋转结构的直径更大。
如果希望在每分钟 2 转的閾值下模擬出地球重力，那么旋转结构的直径需要达到约 1500 英尺，也就是 457 米左右。
这基本是打造適宜人类居住环境的最低门槛，毕竟核心需求是居住的舒適性，结构可以做得更宽，但最好不要比这个尺寸更窄。
不过，结构的直径也不能无限制扩大，因为在不降低模擬重力的前提下，直径越大，结构所承受的应力就越大。
以钢材为例，通常认为其能支撑的旋转结构直径上限约为数英里；而对於凯夫拉縴维或碳纳米管这类材料来说，这个上限会高得多。
简单来说，一种材料在常规重力下的断裂长度，决定了用该材料打造、模擬地球重力的环形棲息地的最大周长，原理其实是相通的。
而且由於是在太空的真空环境中运行，除了启动旋转所需的初始能量外，后续几乎不需要额外补充能量就能维持旋转。
这也是真空环境中的机械飞轮能成为极具吸引力的储能电池方案的原因 —— 没有空气阻力带来的减速，甚至还能在紧急情况下，利用一部分维持旋转重力的能量来供电。
旋转棲息地的直径受建筑材料的强度和所需模擬的重力大小限制，但其长度却没有这样的约束，既可以是一个薄薄的环形结构，也可以是一个细长得超乎想像的圆柱体。 ↑返回顶部↑