原创：中科院物理所

欢迎神十三回家o(*￣▽￣*)ブ

4月16日上午，神舟十三号载人飞船返回舱于东风着陆场预定区域成功着陆，航天员翟志刚、王亚平、叶光富在空间站工作生活183天后平安返回，圆满完成神舟十三号载人飞行任务。

英雄凯旋，小编心潮澎湃，儿时的航天梦似乎要重新点燃！所以，要成为一位航天员，我还差点啥技能呢？

01

失重超重

要说太空里和在地球上最大的不同，莫过于在地球上无处不在的重力在太空中就感受不到了，这种现象我们称为“失重”——我们失去了像空气一样无处不在的重力。那么太空中的重力是如何“消失”的呢。实际上就算我们去到了太空，到达了空间站，离开地球表面也不过400公里，而地球的平均半径为6371公里，也就是约为地球半径的1/16，根据牛顿的万有引力公式，F=GMm/r²，相比地面上的地球对物体的引力，空间站位置地球对物体的引力不过减少了1/16²-1/17²≈0.045%。但我们却确确实实能感受到了重力的“消失”——空间站中的悬浮的人和物体就是最好的证明。那么问题出在哪呢？

我们来考虑简单的情况。假设人是静止的，在地球表面时，人受到的支持力N=mg，这时候一切正常。在空间站中，人也会受到来自地球的引力（与地面附近近似相等），还有来自空间站的支持力（方向大小未知）。空间站绕着地球近似做匀速圆周运动（实际上是椭圆）时，人与空间站应当具有相同的加速度a=wv，方向指向地心，于是我们解出N"=mg-ma=mg-mwv。

对空间站做同样的受力分析，我们发现空间站只可能受到引力，因为没有什么物体能够给它提供这个“支持”——它处于太空之中。于是我们可以解得wv=g，将这个结果带入N"的表达式中，我们发现，人受到的支持力也为0了，更一般的，任何和空间站相静止的物体，所受到的支持力都是0，而这就意味着人和物体将会悬浮在空间站之中。当然实际上，太空舱内不会是理想的完全失重，而是加速度为10^-6~10^-4g的微重力。

而另一种与之相反的情况，则发生在航天器发射过程中，这时候航天器加速度很大，方向与前面失重的情况刚好相反，指向地外。对于里面的宇航员来说，其加速度应当满足 a = N/m-g，当a>0 时，N>mg，支持力大于了重力，这就是超重。综合起来看，我们发现，人感受到的力其实只由支持力N决定，也就是说，人其实感知不到真正的加速度的有多大，人只能感受到“推背感”有多大。

而在实际的发射途中，超重带来的体验可远远不止“推背感”，再考虑可能的突发情况，宇航员在地面训练时，一般要承受8g以上加速度的离心机超重训练；而未经受训练的正常人在2g-4g加速度时就已经快达到极限。

超重训练离心机

来源：央视网、腾讯视频

体验4g超重训练的小撒老师

来源：央视网、腾讯视频

02

花式健身

失重带来的第一个问题，就是体质变化。在地球上我们的肌肉和骨骼无时不刻对抗着重力，因此我们无需额外的锻炼，也可以保持我们的肌肉力量和骨骼密度，而在太空中，任何物体都不再又重量，人体也无需对抗重力，肌肉和骨骼就会“缺乏锻炼”，导致肌肉萎缩和骨质疏松等问题。

即便是体格强健的航天员同志，也必须谨慎对待这个问题。因此，他们在太空中时，每天都会进行大约两小时的运动，运动的方式主要为跑步，骑车，拉力带，和静态运动等。（翟志刚：最后这个是我强项

跑步骑车和……静 态 运 动 (●"◡"●)

来源：深圳卫视直新闻

在无重力的情况下怎么跑步呢，很简单，在身上绑两根弹簧链接在跑步机上就可以了，这样跑步时每次跃起就会被弹簧拉下来。由于跑步时会产生剧烈的震动，因此我们的跑步机还需要设计减震装置。

而骑行装置也有讲究，科学家们为宇航员专门设置了带有卡扣的鞋，以此来保证骑行过程中鞋与踏板的稳定链接。

空间站脚踏车专用鞋鞋

03

《投喂》

对于空间站的航天员来说，不仅要克服自己的失重，更要克服身边万事万物的失重，比如——食物。

食投于前而不改色.gif

来源：我们的太空

精准投喂，乃航天生存之必备。投中一时爽，没有投中火葬场就得擦桌擦地“擦空气”了。

精准.gif

来源：我们的太空

你猜我吃到没.gif

来源：我们的太空

说起来，小编小时候看到的太空食谱还是“挤牙膏”这样婶的，随着食品加工技术升级，现在已经扩列至鱼香肉丝、宫保鸡丁、黑椒牛柳、香辣羊肉、椒麻鹅、酸辣笋、麻辣豆干、什锦炒饭、红烩猪排、尖椒土豆、菘菜牛肉汤、粽子、辣味金枪鱼、奶香鸡米、香菇肉沫、酱香油麦菜、蟹黄蚕豆、脆心巧克力、冻干的冰激凌等127种食品了。你甚至可以在空间站吃到新鲜水果，以及三种馅儿的饺子：猪肉白菜饺子、鲅鱼饺子和黄花菜饺子。饺子是在地面加工好的，吃的时候复热即可。

看似发里胡哨，实则良苦用心——航天食品不仅要满足安全又卫生，能够提供充足的能量和营养，还要顾及航天员的口味和饮食习惯，并尽量达到“一口吃”的标准，能在微重力环境下食用，无骨、小块、无残渣。所以不知道下一次上天，会不会吃上一顿太空火锅呢？(搓手手

04

太空洗剪吹

不知道疫情在家期间，世界上又多了多少托尼呢？反正空间站已经拥有了一位自己的“托尼王”——

亚平女神成为空间站的托尼老师

来源：央视网

由于没有重力，剪掉的碎发不会掉落在地面上，而是在整个空间站中飘浮，因此在太空中理发时，还需要用残渣收集器进行收集——也就是用一个“吸尘器”把头发碎渣都吸走。

空间站理发店开业啦！

来源：央视网

洗发也有相同的问题，由于没有重力，淋浴就别想了，直接三个头套解决——

1）戴上一个装了洗发露的头套，反复揉搓；

2）换一个装有清水的头套，反复揉搓；

3）再换一个干的头套，反复揉搓。

05

“简简单单喝个水”

航天员在整个任务期间所需要的水和氧气的量是巨大的，如果全部通过从地面“快递”到空间站的方式，无疑会大大提高空间站维持工作的成本，降低长期驻留空间站的可行性。因此，一套完整的饮用水和氧气的再生循环系统是必不可少的。在空间站中，我们利用电解水来得到氧气，副产物氢气则和二氧化碳反应得到水和甲烷，甲烷排放到太空中，水则经过处理成为饮用水。水的来源除此之外，还有部分来自于人排放的尿液。科学家们设计了一套装置能通过蒸馏再过滤的方式，将尿液处理为可以饮用的水。

我 看 行 ！

究竟能不能喝，这事儿当然谁喝谁把关。宇航员们会定期对饮用水进行微生物检测，检测的方式就是假设水中有微生物，那咱们就把水里的微生物培养起来，如果培养出的微生物在标准内，就可以饮用，否则就不可以。

饮用水微生物检测 

来源：新华社

The End

都说宇宙是人类最终极的浪漫。在寂寥无声的漫漫长夜里，是人类用自己的梦想和勇气，将空间站这一小方天地渐渐打造起来，用前一辈的努力，吸纳后一代的奔赴。

致敬每一位航天人，你们在空间站努力生活的每一天都是闪光的、如歌的；也致敬每一位为航天工程的耕耘者，是你们缔造出一双厚实的大手，将摘星星的人坚定支撑。

4月24日就是中国航天日了，让我们一起祝福和期待，中国航天事业蓬勃发展，蒸蒸日上！

我们的征途是星辰大海！

来源：科普中国

参考文献

太空花式吃吃吃：带你领略神秘的航天员太空餐 (thepaper.cn)

【技术·航天】浅谈太空健身 - 知乎 (zhihu.com)

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