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月球的引力僅為地球的 1/6,如果用水的浮力來抵消地球引力的部分影響,那么在水底行走,就仿佛置身于月球表面。
中性浮力與中性浮力水槽訓(xùn)練
液體或氣體對(duì)浸在其中的物體會(huì)有浮力,浮力的方向豎直向上。浮力有三種:正浮力、負(fù)浮力和中性浮力。
正浮力:物體或人所排開的水的重量大于自身重量,在水中上漂或保持漂浮在水面上。
負(fù)浮力:物體或人所排開的水的重量小于自身重量,在水中下沉或停留在底部。
中性浮力:物體或人所排開的水的重量正好與自身重量相等,既不下沉也不上浮,而是懸浮在一定深度的水中。
航天員在近地軌道空間站駐留時(shí),需要在微重力環(huán)境下,進(jìn)行各種空間作業(yè)。為了模擬失重狀態(tài),航天員往往需要在水槽中熟練掌握模擬失重狀態(tài)下身體的運(yùn)動(dòng)與姿態(tài)控制,以及出艙活動(dòng)操作的特點(diǎn)、方法和技巧。中性浮力水槽訓(xùn)練的水槽規(guī)模龐大,可將 1:1 的空間站或飛船模型放置其中。這一訓(xùn)練會(huì)產(chǎn)生極大的體力消耗,對(duì)航天員的體能考驗(yàn)很大。
中性浮力訓(xùn)練的起源
蘇聯(lián)宇航員阿列克謝?列昂諾夫(Alexei Leonov)是第一個(gè)在地球上空軌道上飛行時(shí),離開飛行器的人。不久之后,埃德?懷特(Ed White)成為第一位在太空中離開飛行器的美國宇航員。這些宇航員并沒有接受過中性浮力訓(xùn)練,但是都很勇敢地執(zhí)行了出艙的任務(wù)。他們出艙后只展示了離開飛行器和進(jìn)入飛行器的動(dòng)作,并沒有執(zhí)行太空出艙活動(dòng)(EVA)任務(wù)。
此后,有宇航員想執(zhí)行 EVA 任務(wù),但是卻暴露出問題 —— 在軌道太空飛行的持續(xù)失重情況下,穿著宇航服工作比預(yù)期的更加復(fù)雜和困難。因此,航天機(jī)構(gòu)決定進(jìn)一步豐富 EVA 任務(wù)的訓(xùn)練,于是便有了中性浮力水槽相關(guān)技術(shù)的更新和發(fā)展。
模擬月球漫步的水下訓(xùn)練
與軌道太空飛行時(shí)的微重力環(huán)境不同,月球的引力為地球的 1/6,模擬月球漫步的訓(xùn)練也可以在水下進(jìn)行,但是與中性浮力訓(xùn)練不同的是,需要營造負(fù)浮力的環(huán)境。
除了模擬失重環(huán)境,進(jìn)行月球漫步模擬的機(jī)構(gòu)還會(huì)安裝模擬月球風(fēng)化層的沙子,以幫助宇航員提前適應(yīng)月球環(huán)境。以 V2X 公司為例,他們通過在水底建造一個(gè)復(fù)制的月球環(huán)境來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo) —— 鋪設(shè)沙質(zhì)地板,在水底配備大小不一的石塊等。
另外,進(jìn)行月球漫步模擬的機(jī)構(gòu)還會(huì)利用水柱進(jìn)行登陸、起飛等活動(dòng)的訓(xùn)練。
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