航天时代的“失重”和“超重”

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  1969年7月21日,格林威治时间4时零7分,月球上第一次出现了人类的脚印——美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗先是小心翼翼把左脚踏上月球,然后把右脚踏上月球,迈出人类宝贵的“第一步”,这是人类第一次在地球以外的天体上行动!
  只见他身穿十分臃肿的宇航服,跳跃式前进,进行月宫探险.你知道这件宇航服质量是多少吗?在地球上,连氧气背包超过1 000 N(重力单位,九年级将学到,大约是100 kg物体的重量).要是在地球上面,穿上它真是“举步艰难”,可是在月球上宇航员却并不困难,原来,这件宇航服在月球上面,变得只有不到200 N了.这是怎么回事呢?
  
  ■ 奇妙的“失重世界”
  
  物体的重量(九年级将学到)是由于地球的吸引而产生的,这时物体受到的力叫做“重力”,方向总是指向下,即地心方向.
  同一物体在地球赤道上的重量比在两极要小一些.在同一地方离地面越高,则重量越轻,每升高1 km,重量大约减轻万分之三.如果物体升高到6 400 km(这个数值是地球半径)时,物体的重量只有原来的1/4.如果继续升高,则地球对物体的引力越来越小,最后物体将失去了重量,这一系列的变化就是“失重”现象.
  除了高度影响重量外,运动速度也能改变重量.坐电梯时,当开始快速下降时,有一种“提心吊胆”的感觉,下降速度越快,感觉越强烈.如果你站在电梯中的台秤上,就可以发现:体重数值变小了!这也是一种“失重”现象.设想电梯钢索断裂而自由下落(实际绝不允许发生),你会发现台秤上显示你的体重数值等于零,这时就是完全“失重”了.现在兴起的“蹦极”运动就是自由落体,可以体会“完全失重”的滋味.
  “失重”也是一种极其宝贵的资源,人们可以利用太空中的“失重”条件,生产在地球上无法获得的新型产品,还可以提取在地面上无法提取的疫苗和干扰素,制造出更多珍贵的“天宫仙丹”.
  
  ■ 不可忽视的“超重”现象
  
  那么,什么叫做“超重”现象呢?在坐电梯加速上升时,你会感到血液向下涌去,有一种受到压力的感觉.如果这时你站在台秤上,就会发现你的体重数值会有所增加,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的发射和返回阶段中.巨型三级火箭要把航天器加速到第一宇宙速度,在加速过程中,载人航天器中的设备和宇航员,都会产生“超重”现象.同样道理,载人航天器在返回地面时,需要从第一宇宙速度急速降低,这时宇航员又一次进入“超重”状态.
  宇航员必须接受严格的“超重”训练.在正常环境中,我们承受一个G的重力.宇航员一般要进行承受3 ~ 4个G的训练,最高甚至要承受8个G的巨大“超重”训练.利用大型离心机,可以产生达到10个G的效果.这是十分艰苦的一项体力和毅力的训练.
  早期运载火箭每级发动机燃烧的时间比较短,所达到的加速度峰值较高,是7 ~ 9个G的数值,会给航天器设备带来损坏,宇航员也难以承受.后来随着航天技术的发展,发射和返回时的“超重现象”得以减轻,一般不超过5个G的数值.尤其是航天飞机,条件更好了,不但经过特殊训练的宇航员完全可以适应,一般健康的人也可以乘坐.
  宇航时代的“失重”和“超重”现象十分复杂,对于人类飞向遥远的太空又极其重要,这个课题还等待我们继续深入进行研究呢!
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