神舟12航天员长期失重，着陆后站不起来，空间站可以人造重力吗？

　　神舟12号载人飞船在东风着陆场完美着陆，聂海胜、汤洪波、刘伯明三位航天员圆满完成3个月的＂出差＂任务，顺利回家。大家看直播应该都了解了：三名航天员从出舱到离开着陆场，都需要其它人员搀扶或抬着，并以半躺姿势坐在特制的躺椅上，无法自己站立。为什么身体素质万里挑一的航天员，在天上呆了90多天后，连站都站不起来了呢？
　　神舟12号航天出舱后坐在躺椅上
　　原来，这是由于长期处于失重环境造成的。我们人类自远古以来，一直在地球上生活并演化，身体的肌肉、骨骼、血液循环等已经完全适应了1个G（9.8m/s^2）的重力环境。虽然人类一直想挣脱地球引力的束缚，但真到了太空中失重的环境，身体机能反而不太适应。其实空间站里并不是没有引力，而是由于处在环绕地球的轨道上，相当于一直在＂自由落体＂，重力也就几乎为零了。
　　在这种条件下，本来在地球上需要较大力量的动作，航天员只需要很小的力量就能做出来，例如跳跃、在舱内＂飞行＂、搬动重物等，似乎一切都变得轻飘飘的。而原来心脏需要克服重力才能把血液送到脑部，现在也不用了。这种失重的状态短时间内还比较好玩，但时间一长，人体就会发生一些不利的变化。
　　失重环境下的航天员
　　最明显的就是肌肉会产生一定的萎缩，如同长期卧床不起的病人一样。骨骼也会失去矿物质，变得更软且易骨折。为了防止肌肉萎缩，航天员在空间站内定期要进行体育锻炼，提高肌肉的负荷，但不可能完全消除长期失重的影响。除了肌肉之外，心脏、肺部等器官也同样受影响，使航天员的身体机能发生变化，乍一回到地球就会不适应。
　　还有一点就是失重时没有上下之分，比如睡觉的时候只要固定在一个位置，无论是站着还是躺着都一样，虽然很神奇，但却会使人的神经系统失去方位判断能力。等航天员回到地球后，这种判断力还不能马上恢复。在各种因素的综合作用下，航天员有可能会感到无力、晕眩，＂立姿耐力＂下降，从而无法自主站立，需要一段时间的再适应和恢复过程。
　　我国航天员在健身
　　这种现象对于人类探索太空其实是不利的，尤其是需要长期驻留的场合。假如未来要开展星际移民，进行长达几年或几十年的太空航行，这种影响将会非常巨大。那怎样才能消除失重的影响呢？有更好的办法吗？
　　最理想的方法就是人工制造出重力，最好就是1个G的重力环境，与地球表面相似，这样航天员就会感觉到与地面上无异，每天轻松愉快，身体机能就能得以保持。
　　不过这个概念并不新鲜，几十年前就有人开始想了。很多科幻小说和电影作品中，宏大的空间站或星际战舰就可以实现人工重力场，里面人的生活和地球上完全一样。那么怎样才能实现人造重力呢？多数科幻作品中都采用了旋转的方法：把航天器做成一个圆盘或环状，并使圆盘以一定的速度旋转，如同游乐场的旋转游乐设施一样。在离心力的作用下，在圆盘边缘处就可以产生类似重力的离心力。
　　例如著名导演库布里克的作品《2001太空漫游》，其中有一座五号空间站，其转轮旋转可在产生类似于月球的重力环境。而《火星救援》中的赫尔墨斯号和《星际穿越》中永恒号，也都有一个旋转圆环结构，前者可产生0.4G的重力，后者能实现与地球相同的重力场，供航天员生活之用。不过，这些电影中的人造重力方法看似可行，实则大有问题，主要缺陷就是旋转半径太小，导致转速太快。
　　根据圆周运动的规律，旋转能产生的模拟＂重力＂大小与转速和半径有关。上面所说的电影中的飞船转轮都太小，例如赫尔墨斯号转轮半径约15米，要想达到0.4个G，需要每分钟转4.96圈，而永恒号半径约32米，达到1个G需要每分钟转5.25圈。如此大的转速，我们人类是万万无法承受的，这是为什么呢？
　　《星际穿越》中的永恒号
　　一个在旋转系统中运动的物体，会受到假想的科里奥利力（科氏力）的作用，即如果它以直线运动，但在旋转系统看来它并没有走直线，而是产生了偏移。例如我们在地球上每24小时转一圈，科氏力的方向是北半球向右偏，南半球向左偏，飞机、洲际导弹飞行过程中都要考虑这种作用。由于地球转得太慢，人类并不会感觉到科氏力。
　　但像这种小直径的飞船以比较大的速度旋转，重力是模拟出来了，伴随而来的科氏力会让人在走路时站不稳，而且头晕眼花，根本没法正常活动。如果想减小科氏力的影响，又要保持＂重力＂的强度，就只能是增大旋转半径，把飞船或空间站造成几千米直径，也许能实现正常的生活，但是以目前人类的能力，显然还搞不出这么大的航天器。
　　既然旋转的方法目前还不可取，那还有什么可行的办法能产生人工重力呢？确实还有另外一个更加简单粗暴的方案：直接加速。如果飞船的动力强大，燃料充足，以1个G的加速度一直加速，这样人在飞船里的感觉与在地球上不会有任何差别，前进的方向就是上，反方向就是下，谁也感觉不出是在太空里，十分理想。这会是完美的人工重力解决方案吗？
　　以1G加速度航行的航天器可完美模拟重力
　　很抱歉，此种方法现在的人类也办不到！1G加速度不算大，短时间内实现起来比较容易，难就难在一直维持1个G。像火箭燃烧几分钟就会把燃料烧光。如果要把1G加速度维持个一年半载，现有火箭发动机的比冲都太小，必须有革命性的变化，比如想象中的＂聚变发动机＂或＂反物质发动机＂，但这些东西本身可不可行都难说，起码以人类目前的能力还是天方夜谭。
　　话又说回来，如果真能维持1G加速度比较长的时间，那人类实现星际旅行就不是梦了。在这种加速度下去火星，假设前半程以1G加速度加速，后半程再调个头，以同样的加速度减速，只需要1.9天就能到达，比现在的七个月短得多，而且全程都可以拥有舒适的重力环境。当然，这种好事儿只有在遥远的未来才有可能实现了。