科学探索|NASA拟打造具有“模拟重力”的巨大千米级空间站 NASA拟打造具有“模拟重力”的

人工重力仍是科幻小说的素材。但处理无重力会给许多宇航员带来重大问题，从骨骼退化到失去视力。一种可能消除其中一些问题的替代方法是 “模拟重力”，它使用一个旋转的结构来产生离心力，这能对身体产生跟重力相同的影响。然而这是否能解决缺乏重力造成的问题则还有待观察。

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不过NASA似乎对这个想法很感兴趣--向来自卡内基梅隆大学(CMU)和华盛顿大学(UW)的一个团队提供了60万美元的NASA先进概念研究所(NIAC)第二阶段拨款，该团队正在寻求开发一种能够模拟完全地球重力的结构并通过单一火箭发射。
相关的“单次发射的公里级空间结构(Kilometer-Scale Space Structure from a Single Launch)”项目最初则是在去年被NIAC计划录取。在过去的一年里，他们成功地完成了第一阶段的项目，他们分析了一个类似于月球门户的任务概念，它可以部署成一公里长的结构。由于达到了NASA对该计划的期望，所以由CMU的Zac Manchester教授和华盛顿大学的Jeffery Lipton领导的团队最近被接纳为2022年NIAC研究员。

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不过这并不是第一个解决太空中大型结构想法的NIAC项目。NextBigFuture在2021年报道了大约十几个NIAC资助的项目，这些项目将利用新的超材料并在太空中大幅扩大其尺寸。NASA也不是唯一的支持者--中国的国家科学基金会也已经支持了开发一公里大小物体的努力，金额约为230万美元。
虽然这样的大型结构需要大量投资，但它们也有很大的潜在好处。利用离心力达到地球的引力有两种选择：要么就是旋转得非常非常快，要么就是有一个非常非常大的旋转轴。然而不幸的是，人类，作为一个软绵绵的水袋并不喜欢长时间的超高速旋转。科学认为不适的旋转速度极限约为每分钟3转。因此，要想以低于3转/分的速度旋转并仍能享受到整个地球的模拟重力，这个结构本身必须有一公里长。
【科学探索|NASA拟打造具有“模拟重力”的巨大千米级空间站】截止到目前，在一次火箭发射中容纳这么多材料已被证明是不可能的。但Manchester博士和他的团队认为他们已经找到了解决这一不可能问题的潜在办法--“高膨胀率可部署结构(HERDS)” 。HERDS本身利用了两种新颖的机械创新--剪切辅助技术和分支式剪刀机制。
剪切辅助技术是一种新型的超材料，当以手性模式拉动时将会膨胀。手性水平还可以控制材料的硬度。它们似乎在机器人应用中作为线性致动器和抓手获得了吸引力，但它们在太空中的使用情况则还有待证明。

分支式剪刀机制则是另一种从紧凑结构中展开更大结构的方式。最初由Youtuber和艺术家Henry Segerman开发，枝状剪刀机构从更紧凑的结构扣成了更大的结构。

理想情况下，这些系统中的一个或两个将发挥作用，进而创造出一公里规模的太空栖息地的结构来模拟地球重力的速度旋转。Manchester、Lipton博士及其团队认为，他们可以利用这些技术来创造管状结构，当包装在火箭整流罩中时则可以扩大到其尺寸的150倍。这是一个雄心勃勃的目标，但他们有时间和一些资金来进行这项工作。在两年的NIAC研究期结束时，如果这个想法足够充实，这些新技术甚至可能有时间被整合到月球门户的计划中。