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前段時間，小編看了一篇對《流浪地球》概念藝術指導的專訪，驚訝地發現，設計團隊的學習資料裡，竟然有我社在2013年出版的《空間站系統和應用》！

看，就是這一本

據說，設計團隊學習了航天、機械、天體物理等學科，并把它們運用到電影的各種細節裡，難怪電影裡空間站的場景做得這麼專業呢！

看電影的時候，小編一下子就喜歡上了那個空間站，天哪，肉眼可見的經費在燃燒。

《流浪地球》中的領航者号

也許有的小夥伴會産生疑問，好好的空間站，為啥要弄個大圓盤呢？現實生活中的空間站怎麼沒長這樣 ，其實，這一切都跟大名鼎鼎的重力有關系。

------以下是嚴肅科普時間------

人類生活在地球表面，對每時每刻都存在的重力早就習以為常了。

實際上，一旦離開地球，進入太空中，在微重力條件下，人體會發生相當大的變化。具體表現為下面這五點。

由于關節、肌肉和腱中的自然張力，在微重力環境中，人體在放松狀态下會産生彎曲，此時的姿勢跟我們平時的坐姿或站姿都不太一樣，叫做中性姿勢。

中性姿勢的特點有：

１.實際身高減少，人體重心向上轉移；

２.腿的位置處于坐下和站立之間，腳底與地面成21°；

３.與1g重力條件下的姿勢比較，視線向下約15°；

４.肩膀提高，手臂略彎。

微重力條件下的中性姿勢

在這樣的環境下，一些我們平時覺得so easy的動作也不輕松了。比如，因為沒有重力将身體往下拉，向前彎曲身體需要使用更多的腹肌；比如，想要以在地球上同樣的動作坐直或站立也是十分困難的。

在太空中站立是十分困難的

剛進入太空時，人的感覺-運動功能會受到影響。輕微的症狀是移動、姿勢幻覺以及頭昏眼花，嚴重的話還會一陣陣出汗、惡心、嘔吐。這一系列症狀就是空間适應性綜合症，有點類似于在地球上暈車，可能是因為視覺刺激、觸覺和前庭器官失真信号之間的知覺沖突引起的。

大約50％的航天員多多少少會受到空間适應性綜合症的影響，不過，最多３~５天就會适應。當然，在适應過程中，航天員的能力和整個任務的執行都會大大削弱。

航天員适應空間适應性綜合症影響需要3~5天

在地面，人體血液循環和肌肉張力會防止腿部的體液積聚。而在失重條件下，體液從腿部轉移到身體的上部和頭部。這會讓臉部輕微腫脹，臉上的皺紋也會變光滑，使航天員看起來變得年輕了。同時，小腿肚的體積會減小。

體液轉移會使航天員面部腫脹

想緊緻皮膚嗎？想瘦腿嗎？快去太空吧！

體液轉移并不是一件好事，心血管功能也會因此失調。回到地球後，航天員會感到頭昏眼花，甚至暈厥。

在太空中，運動變成了一件十分奢侈的事情。肌肉受到的重力載荷變小，又無法通過舉重或者其他鍛煉刺激肌肉，人體的肌肉組織會萎縮。“用進退廢”的道理相信每一個熱愛健身的小夥伴都懂。

不過這倒不是什麼大問題，等回到地球後恢複鍛煉，慢慢就好了。

骨骼看上去是固态的，實際上，它是動态變化的組織：從血液中攝取鈣而得到加強，同時又不斷分泌鈣質到血液而被破壞。骨的維持還受到沿縱向的壓力載荷和沖擊性載荷的作用。

骨骼是動态變化的組織

在太空中，沒有重力對骨産生靜壓力和步行時的沖擊性載荷的刺激，骨骼就會開始退化，人體的鈣質開始流失。哪怕通過體育鍛煉，或者通過食物或者鈣制劑補充鈣質，都無法将骨丢失的程度降至最低。

執行長期任務的航天員每天大約損失100~800mg的鈣，這意味着在太空停留8個月後，人體内将喪失5%-10%的鈣。

因此，由于種種條件所限，目前航天員在太空中最長執行一年任務。

航天員羅曼年科創下了太空飛行326天的紀錄

而在科幻作品中，主角們動辄就要進行十幾年甚至幾百年的太空旅行。創作團隊在設計空間站時，自然就需要考慮怎麼制造人工重力。（當然也是因為有重力的場景比失重場景要好拍一百倍吧！）

這裡需要引入兩個物理小知識（感謝初中物理老師）。

地球上的重力其實就是地球對人的引力，方向指向地心。

當物體沿着圓周運動時，會受到指向圓心的向心力。

向心力的計算公式是

M是物體質量 ω是圓周運動的角速度 r是半徑

在地球上，我們都會受到指向地心的重力。但在太空的微重力環境中，如果從固定的方向讓人體受到一個大小合适的力，我們就會感到像在地面上一樣，能夠“腳踏實地”。

因此，利用向心力在太空制造人工重力就成為了科幻題材作品的首選。也就是說，對于一定質量的物體，隻要ω和r合理，就能夠用向心力來模拟重力的效果了。

1952年，著名的美國火箭專家馮·布勞恩設計了車輪狀空間站模型。在他的計算中，這個空間站每分鐘轉3周，可以給内部人員提供0.3g的人工重力。

就是這個模型，被後面無數電影争相模仿

1955年，在與迪士尼合作的《人在太空》電視片中，馮·布勞恩更新了他的設計：舊版使用了太陽能，新版中改為使用更高效的核能。

1955年版空間站

------科普時間結束------

現實中，用向心力來制造人工重力的空間站還沒有被建造出來，不過在科幻電影中早已數見不鮮了，最近幾年更是如雨後春筍般層出不窮。

2014年的《星際穿越》裡的Endurance

2015年《火星救援》裡的Hermes

2016年《太空旅客》裡的Avalon

以及2019年《流浪地球》裡的領航者号，雖然電影并不完美，總有人能找到各種各樣的bug 。不過正如原著作者劉慈欣說 ：“這一次隻是邁出了一小步”。衷心希望國産科幻電影能越拍越好，也給我們提供更多的寫作素材。

所以請一定要關注我們的公衆号哦，最後，再和大家介紹一下創作團隊看的這本書：

《空間站系統工程和應用》由我們中國宇航出版社出版！該書出自《載人航天出版工程》，凝結國内外載人航天專家和學者的智慧和成果，并獲得了國家出版基金資助。

感興趣的小夥伴可戳“閱讀原文”購買~

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出品/中國航天科普&科普中國

參考文獻/

[1]厄思斯特·梅瑟施米德，萊茵霍爾德·伯特蘭.[M]周建平，等，譯.空間站系統和應用.中國宇航出版社，2013.

[2]吉爾斯·克萊門特，安吉·伯克利.[M]沈羨雲，等，譯.人工重力.中國宇航出版社，2012.

文/段婷

編輯/楊斯爽

審校/楊潔

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