地上如何模拟失重环境，天上如何模拟重力环境？人造重力很难吗？

2021年10月16日，神舟十三号与天和核心舱顺利对接，三名航天员顺利穿舱进入天和核心舱，他们将在这里执行长达6个月的航天任务。

看到这一切，相信每一个中国人都会为之心潮澎湃，又不知有多少少年就此立下了航天之志，然而要成为一名航天员，可不是一件容易的事。太空与地球的环境是名副其实的“天壤之别”，要想适应太空中的生活，必须要进行大量专业的训练，其中就包括失重训练。在地球表面，任何地方无不受到地球引力的影响，重力无处不在，那么如何模拟失重环境呢？要想在地球上模拟失重环境，有很多不同的方法，比如较为常见的有“落塔法”，简单讲就是建造高塔，利用自由落体的原理模拟微重力环境，比如德国的布莱梅微重力落塔。

再有就是抛物飞行法，首先飞机平飞，然后加速上行，接着跃升拉起至高点后进入抛物线轨迹进行失重状态飞行，相比落塔法而言，抛物飞行法模拟失重环境的时间更长一些，普通人也可以体验，比如欧洲的零重力航班，票价约为每人6000美元。

还有就是“水浮法”，其原理就是利用水的浮力来抵消飞行器所受的重力，具体来讲就是通过调整漂浮器的浮力使实验目标所受向上的水浮力与向下的重力实现平衡，进而产生随机平衡漂浮状态的一种微重力模拟方法，很多国家都使用该方法来进行航天员的训练。当你接受完所有的训练，成为一名光荣的航天员之后，真正的挑战其实才刚刚开始，因为太空并没有你想的那么好玩，失重的环境也是十分危险的。

长期处于失重环境下，人体的肌肉会出现萎缩，由于没有重力的影响，腿部血液会回流心脏，导致心脏血流量增加，于是身体启动调节功能，血液和红细胞都会相应减少，长此以往可能会造成心脏功能障碍。

除了肌肉和血液，骨骼也会出现问题，因为失重环境会导致钙质流失，总而言之，失重环境对于人类这种生活在1G重力环境下的生物而言，是极不友好的。为了降低失重环境对于航天员健康的影响，会为航天员配备相应的健康维护设施及装备，但这些都是治标不治本，航天员也不可能无限期地待在太空中，如果真的想要从根本上解决问题，让太空成为人类的另一家园，就必须要模拟重力环境。那么如何在失重的太空中模拟重力环境呢？无非有两种方法。第一种就是加速，这是只要拥有基本的物理学常识就能够想到的方法。

加速可以模拟重力，只要我们让航天器以1个G的加速度不断加速就可以模拟地球重力，当速度达到极限，无法再行加速的时候，就让其转为以1个G的加速度不断减速，仍然能够实现对地球重力的模拟。

该方法非常简单，唯一的问题是太费燃料了，所以不可行。第二个方法就是利用离心力来模拟重力，简单来讲就是让空间站转起来。我们在科幻电影中都看到过呈圆环状旋转的航天器，这就是利用离心力来模拟重力的想象，其实这也不仅仅是想象，早在国际空间站建造的时候就曾经计划过一个重力舱，就是这种圆环状的外观，只是后来由于种种原因被取消了。为什么被取消了呢？因为人造重力的确是一件颇具难度的事情。转动可以产生离心力，离心力可以模拟重力，但如果这个圆环状的舱室结构太小，那么就需要比较高的转速，这样位于其中的人就会因为转速过快以及对空间位置变化的感受而出现眩晕。

所以模拟重力的圆环状舱室结构一定要够大，尺寸大了，在模拟相同重力的情况下，所需的转速就慢了，同时人也不会感觉到空间位置的变化了。

那么到底需要多大的结构呢？根据计算，要模拟一个0.5G的重力环境，大约需要一个直径为220米的圆环，这样可以将其转速控制在每分钟2圈之内。目前国际空间站的宽度为109米，也就是这个圆环的直径是国际空间站的二倍，如此巨大的结构是无法直接送上天的，只能分批发射，在太空中组装，这需要相当高的技术水平，就目前来看，想要完成如此工程，还存在困难。不过只要人类文明存续下去，最终必然是要走向宇宙深空的，而走向宇宙深空，模拟重力就是不可逾越的一道坎，所以那种转动的圆环状航天器，迟早有一天会成为现实。