充气式空间站：未来旅居太空的尝试
2015-10-31 21:57:47   来源：中国科学报   评论：0 点击：

　　在今年早些时候，美国私人航天企业毕格罗航空航天公司推出了毕格罗可充气活动太空舱（beam）。

　　有意思的是，充气式空间站会在进入太空后才膨胀变大，并与国际空间站对接，成为一个实验性质的宇航员休息室。一旦安装完毕，beam将展开成长4米、直径约为3.2米的充气舱。目前的计划是，在展开与最初测试之后，国际空间站的乘员将进入该舱，这是人类首次在充气舱中开展太空探索活动。该舱预计使用寿命为两年。

　　关于太空充气舱的想法由来已久，人们最早对于充气舱的期望源于对重力的渴望。自从人类进入太空探索后，科学家就意识到太空生活可能会对人类身体机能产生不利影响，这种表现最为明显的是，返回地球的宇航员虽然精神状态良好，但是一般都无法自主站立，而是需要外力将他们从返回舱中抬出来。这是太空“零重力”对人体的负面作用。

　　然而，随着人类对于太空探索广度的加强，宇航员可能要数月处于“零重力”的情景中，比如在未来的火星之旅中，宇航员需要经受住空间飞行对身体机能产生的影响，当他们降落火星表面时也将面临无法正常行走的风险。

　　对此，美国宇航局生物学家沙美娜·巴塔查亚认为，空间飞行会对宇航员产生各种各样的影响，比如骨密度的降低、肌肉萎缩和视力下降等。

　　今年2月，法国科学家研究还发现太空飞行可能加速宇航员免疫系统衰老。在经过一系列通过模拟太空飞行寻找对老鼠产生影响的实验中，研究人员发现，低重力环境导致后腿悬空的老鼠骨髓内b细胞的产生过程发生变化，所出现的变化与并未参与研究的老年老鼠类似。科学家称人类也会出现相同的变化。这项研究也是第一次表明在地面上进行的后肢去负荷研究能够加深对这种影响的了解。研究人员表示他们的模型可用于测试或者研发相关分子和化合物，提高宇航员的免疫反应。该研究发现刊登在《美国实验生物学学会联合会杂志》上。

　　为了解决这些问题，科学家认为只有在太空中制造出人类机体熟悉的重力环境才能弥补。在早期空间站的设计方案中，科学家提出了建造一个巨型旋转轮来制造重力场，它由三个部分组成：酷似“补给碗、面包和手臂”。补给碗是一个巨大的反射镜面，可以聚焦太阳光并产生热量；“面包”结构位于主反射镜的后面；“手臂”装置探入“面包”结构，链接到一个对接口。在工作时，巨型旋转轮通过太阳能聚焦产生的蒸汽动力带动“补给碗”和“面包”围绕着中央轴线旋转，这样就可以产生向心力，模拟出重力环境。

　　这不是个偶然出现的情况，任何一种在太空中旋转的环形结构都具有产生模拟重力环境的能力，研究人员罗斯将其命名为“伪重力效应”。如果人们处于旋转轮的内侧，就可以察觉到与重力类似的效果，因此可以通过设定旋转轮的大小和旋转速度来模拟出所需要的重力场值，当旋转轮更大、旋转速度更快时，产生的重力效果就越加明显。

　　关于这个设想，在上世纪60年代末期就被提出。1971年，《太空飞行》杂志的编辑、美国宇航局前空间站设计工程师大卫·贝克发表了关于人造重力场的项目报告，报告中提到了一种由一系列圆柱形模块组件构成的空间站。同时，北美洛克威尔公司也公布了自己研制的人造重力空间站，其构造是由四个圆柱形轨道舱组件而成，每个模块都包括了生活区和工作区，都有围绕中央轴旋转的结构，产生人造重力。

　　不过，因为各种原因，直到2011年，美国宇航局才提出了“鹦鹉螺-x”计划。这项计划设计载6名宇航员，外形与空间站类似，配备了大型太阳能电池板和一系列相互连接的节点舱。其主要特征是拥有一个更大的空心旋转轮，外形上酷似自行车的内胎，是由一系列连接环与充气式的太空船组合而成。

　　而这一设计理念就被称为“充气式空间站”，由毕格罗宇航公司负责设计。虽然在目前媒体公布的内容中不包含制造重力的功能，但是充气舱的形式还是值得期待。

　　也许有一天，巨型车轮状的充气式空间站会让人类实现旅居太空的梦想，让太空探索行进更远。（原鸣整理）