1969年宇航员尼尔·阿姆斯特朗登月足迹：月球上100多千克宇航服仅重20千克

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1969年7月21日，人类的足迹首次出现在月球上。美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗穿着一件非常笨重的宇航服，跳上前去探索月宫。你知道这件宇航服有多重吗？在地球上，即使是氧气背包的重量也超过100公斤。要把它放到地球上确实很难。但宇航员在月球上却非常放松。事实证明，这套重型宇航服在月球上的重量还不到20公斤。

奇妙的失重世界

我们知道，物体的重量是由地球对该物体的吸引力造成的。施加在物体上的力称为“重力”。

需要指出的是，物体的“质量”是一个固定值，不会随位置而变化，而物体的“重量”则会变化。同一物体在地球赤道处的重量小于在两极处的重量；同一个地方距地面越高，重量越轻。海拔每升高一公里，重量约减少千分之三。如果物体上升到6400公里（这个值相当于地球的半径），物体的重量将只有原来的1/4。如果继续上升，地球对物体的引力会越来越小，最终会失去重量。一系列的变化就是失重现象。

除了身高影响体重之外，运动速度也会改变体重。乘坐电梯时，当它开始急速下降时，有一种“提心吊胆”的感觉。启动速度越快，这种感觉越强烈。如果你站在电梯里的秤上，你可以发现重量值变小了！这也是一种失重现象。想象一下电梯缆绳断裂并自由落下（当然这在现实中不会发生），你会发现秤上显示你的体重等于0，这意味着你“完全失重”。

这种现象在圆周运动中也会发生。游乐园中的高速“过山车”和各种航天器都采用了这一原理。当飞行速度达到7.9公里/秒时，它将在地球引力的影响下绕地球运动而不会下落。此时地球引力正好等于航天器做圆周运动所需的向心力。这个速度被称为“第一宇宙速度”。

“失重太空”创造“太空合金”

失重也是一种极其宝贵的资源。人们可以利用太空的失重条件来生产地球上没有的新产品。目前，此类工厂已涉足医药、冶金、电子和机械制造等领域，并正在向更广阔的方向发展。

在太空中，由于消除了重力的影响，人们可以提取地面上无法提取的疫苗和干扰素。有些合金，例如铝钨合金，受到地面重力的影响而从未成功。原因是它们是两种性质不同的金属材料，很难结合在一起。铝是一种轻金属，熔点仅为660℃，沸点仅为2467℃；钨是一种重金属，熔点高达3380°C，是地球上最难熔化的金属之一。如果将铝和钨熔炼在一起，铝已经汽化，而钨仍处于固态。即使它们各自融化，也无法融合在一起，而是以不同的层次出现。如果将这两种金属转移到失重空间进行熔炼，固态钨就会均匀地熔化在熔融铝中。熔融金属冷却后，得到具有气孔的海绵状铝钨合金。在失重空间中也可以获得高纯度的半导体材料和理想的轴承滚珠圆度。

超重现象不容忽视

当你在电梯里加速上升时，你会感到血液向下流动，给你一种压力感。如果这个时候你站在体重秤上，你会发现你的体重会增加。这就是所谓的超重现象。

在载人航天活动中，超重现象主要发生在航天器发射和返回阶段。巨型三级火箭将把航天器加速到第一宇宙速度。在加速过程中，载人飞船内的设备和宇航员都会变得超重。同理，载人飞船返回地面时，需要从第一宇宙速度迅速降低。此时，宇航员再次进入超重状态。

宇航员必须接受严格的超重训练。在正常环境下，我们承受的重力为G。这里，G代表地球表面的重力加速度，为9.8米/秒。

。宇航员一般都会接受“超重”训练，可以承受3G到4G，最高可达8G。使用大型离心机，甚至可以达到10G的效果。

早期运载火箭各级发动机的燃烧时间较短，达到的峰值加速度较高，从7G到9G不等。宇航员也很难承受航天器设备造成的损坏。后来随着航天技术的发展，发射和返回时的超重现象已经减少，一般不会超过5G值。尤其是航天飞机的条件更好。不仅经过特殊训练的宇航员可以完全适应它，一般健康的人也可以乘坐它。

兄弟行星的引力

如果航天器达到卫星轨道的“第一宇宙速度”后继续加速，当达到11.2公里/秒时，地球引力将不再能够容纳它，航天器就可以脱离地球。该速度被称为“第二宇宙速度”。自1961年以来，人类多次发射无人飞船探索金星、火星、水星和木星。在不久的将来，人类将不得不亲自去“拜访”这些兄弟星球。

前面说过，重达100多公斤的宇航服在月球上只有近20公斤重。这是因为月球的引力只有地球的1/6。然而，如果你穿上这件宇航服并降落在兄弟星球上，它有多重？经过仔细的测量和研究，科学家主要根据行星的质量和球体的半径进行计算，然后告诉我们这些数据：地球上1公斤重的物体在水星上仅重0.37公斤；在金星上它重0.88公斤；火星 0.38 公斤；木星 2.64 公斤；土星 1.15 公斤；天王星 1.17 公斤；海王星 1.18 公斤；而冥王星只有 0.05。公斤更重。

可见，即使我们去拜访重力较小的水星或火星，这套宇航服也会重近40克，就像一个沉重的行李，绝不会像在月球上那样轻松。因此，科学家面临的一个重要课题就是研制高性能、轻量化的“火星服”。标准是地球上的重量不能超过45公斤。

如果你冒险前往木星，那就太棒了！这种“月球宇航服”会压垮宇航员（其重量将接近300公斤），宇航员本身也会变得更重。如果体重80公斤，在木星上就会变成重达200公斤以上的“巨胖”。这是太空探索冒险中必须解决的难题。

有读者可能会问：太阳对太阳的引力是多少？太阳是整个太阳系的中心，其表面温度达到6000℃，任何航天器都无法到达那里。据研究计算，太阳表面的引力非常强。地球上重1公斤的物体在太阳表面重28公斤！

空间站的“人工重力”

也许有人会想：失重还好啊！轻盈得像仙女一样。事实上，事实并非如此。我们在地球上生长了很长时间，已经适应了重力生活。如果在空间站上长时间处于失重状态，就会出现骨质流失、免疫系统紊乱等一系列问题，危害人体健康。

已经有很多宇航员在国际空间“空间站”上工作。 NASA目前采用的减少零重力对人体影响的方法主要是口服药物和适应性运动，以及穿着“反重力服”，这是一种内部有许多侧管的充气紧身衣裤子。当管子膨胀时，可以压迫下肢静脉，防止血液滞留，促进全身血液循环。但目前尚不清楚上述措施能否顺利完成历时一年多的火星探测任务。因此，科学家必须考虑在空间站上制造“人造重力”的问题。

创造“人造重力”理论上并不复杂，无非就是旋转——让空间站和飞往火星的飞船绕着自己的轴旋转。此时宇航员有被向外抛出的倾向，空间站和飞船的内壁挡住了他。宇航员在内壁上有压力，类似于地球上的“重力”感觉。这就是创造“人造重力”的简单原理。

科学家计算描述，如果一个直径450米的圆柱形空间站每分钟绕轴旋转两次，其内壁产生的“人造重力”将几乎与地球相似。如果这个空间站高1公里，内墙面积可超过1平方公里，可容纳1万人。

如果一个直径1800米的球形空间“空间站”每分钟绕其轴旋转一周；如果你住在内壁的“赤道”区域，那里的“人造重力”将与地球相似；如果你到达北纬60度地方的空间站，你会惊讶地发现重量减少了一半；如果你到达北纬80度，就如同到达了月球，而你的体重只有1/6！你将跺着脚登上高台；如果你到达了空间站的“北极”，重力为零，你会再次尝到失重的感觉，那就是“仙女般的感觉”。

太空时代的引力之谜非常复杂，对于人类飞向太空来说极其重要。这个话题还有待我们继续深入研究！