2022年04月18日 10:00
【科學快訊】
歡迎神十三回家o（*￣▽￣*）ブ
4月16日上午，神舟十三號載人飛船返回艙於東風著陸場預定區域成功著陸，航天員翟志剛、王亞平、葉光富在空間站工作生活183天後平安返回，圓滿完成神舟十三號載人飛行任務。
英雄凱旋，小編心潮澎湃，兒時的航天夢似乎要重新點燃！所以，要成為一位航天員，我還差點啥技能呢？
失重超重
要說太空裏和在地球上最大的不同，莫過於在地球上無處不在的重力在太空中就感受不到了，這種現象我們稱為「失重」——我們失去了像空氣一樣無處不在的重力。那麼太空中的重力是如何「消失」的呢。實際上就算我們去到了太空，到達了空間站，離開地球表面也不過400公裏，而地球的平均半徑為6371公裏，也就是約為地球半徑的1/16，根據牛頓的萬有引力公式，F=GMm/r2，相比地面上的地球對物體的引力，空間站位置地球對物體的引力不過減少了1/162-1/172≈0.045%。但我們卻確確實實能感受到了重力的「消失」——空間站中的懸浮的人和物體就是最好的證明。那麼問題出在哪呢？
我們來考慮簡單的情況。假設人是靜止的，在地球表面時，人受到的支持力N=mg，這時候一切正常。在空間站中，人也會受到來自地球的引力（與地面附近近似相等），還有來自空間站的支持力（方向大小未知）。空間站繞著地球近似做勻速圓周運動（實際上是橢圓）時，人與空間站應當具有相同的加速度a=wv，方向指向地心，於是我們解出N‘=mg-ma=mg-mwv。
對空間站做同樣的受力分析，我們發現空間站只可能受到引力，因為沒有什麼物體能夠給它提供這個「支持」——它處於太空之中。於是我們可以解得wv=g，將這個結果帶入N‘的表達式中，我們發現，人受到的支持力也為0了，更一般的，任何和空間站相靜止的物體，所受到的支持力都是0，而這就意味著人和物體將會懸浮在空間站之中。當然實際上，太空艙內不會是理想的完全失重，而是加速度為10-6~10-4g的微重力。
而另一種與之相反的情況，則發生在航天器發射過程中，這時候航天器加速度很大，方向與前面失重的情況剛好相反，指向地外。對於裏面的宇航員來說，其加速度應當滿足 a = N/m-g，當a>0 時，N>mg，支持力大於了重力，這就是超重。綜合起來看，我們發現，人感受到的力其實只由支持力N決定，也就是說，人其實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。
而在實際的發射途中，超重帶來的體驗可遠遠不止「推背感」，再考慮可能的突發情況，宇航員在地面訓練時，一般要承受8g以上加速度的離心機超重訓練；而未經受訓練的正常人在2g-4g加速度時就已經快達到極限。
超重訓練離心機
來源：央視網、騰訊視頻
體驗4g超重訓練的小撒老師
來源：央視網、騰訊視頻
花式健身
失重帶來的第一個問題，就是體質變化。在地球上我們的肌肉和骨骼無時不刻對抗著重力，因此我們無需額外的鍛煉，也可以保持我們的肌肉力量和骨骼密度，而在太空中，任何物體都不再又重量，人體也無需對抗重力，肌肉和骨骼就會「缺乏鍛煉」，導致肌肉萎縮和骨質疏松等問題。
即便是體格強健的航天員同志，也必須謹慎對待這個問題。因此，他們在太空中時，每天都會進行大約兩小時的運動，運動的方式主要為跑步，騎車，拉力帶，和靜態運動等。（翟志剛：最後這個是我強項
跑步騎車和……靜 態 運 動 （●‘◡’●）
來源：深圳衛視直新聞
在無重力的情況下怎麼跑步呢，很簡單，在身上綁兩根彈簧鏈接在跑步機上就可以了，這樣跑步時每次躍起就會被彈簧拉下來。由於跑步時會產生劇烈的震動，因此我們的跑步機還需要設計減震裝置。
而騎行裝置也有講究，科學家們為宇航員專門設置了帶有卡扣的鞋，以此來保證騎行過程中鞋與踏板的穩定鏈接。
空間站腳踏車專用鞋鞋
《投喂》
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對於空間站的航天員來說，不僅要克服自己的失重，更要克服身邊萬事萬物的失重，比如——食物。
食投於前而不改色。gif
來源：我們的太空
精准投喂，乃航天生存之必備。投中一時爽，沒有投中火葬場就得擦桌擦地「擦空氣」了。
精准。gif
來源：我們的太空
你猜我吃到沒。gif
來源：我們的太空
說起來，小編小時候看到的太空食譜還是「擠牙膏」這樣嬸的，隨著食品加工技術升級，現在已經擴列至魚香肉絲、宮保雞丁、黑椒牛柳、香辣羊肉、椒麻鵝、酸辣筍、麻辣豆幹、什錦炒飯、紅燴豬排、尖椒土豆、菘菜牛肉湯、粽子、辣味金槍魚、奶香雞米、香菇肉沫、醬香油麥菜、蟹黃蠶豆、脆心巧克力、凍幹的冰激淩等127種食品了。你甚至可以在空間站吃到新鮮水果，以及三種餡兒的餃子：豬肉白菜餃子、鮁魚餃子和黃花菜餃子。餃子是在地面加工好的，吃的時候複熱即可。
看似發裏胡哨，實則良苦用心——航天食品不僅要滿足安全又衛生，能夠提供充足的能量和營養，還要顧及航天員的口味和飲食習慣，並盡量達到「一口吃」的標准，能在微重力環境下食用，無骨、小塊、無殘渣。所以不知道下一次上天，會不會吃上一頓太空火鍋呢？（搓手手
太空洗剪吹
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不知道疫情在家期間，世界上又多了多少托尼呢？反正空間站已經擁有了一位自己的「托尼王」——
亞平女神成為空間站的托尼老師
來源：央視網
由於沒有重力，剪掉的碎發不會掉落在地面上，而是在整個空間站中飄浮，因此在太空中理發時，還需要用殘渣收集器進行收集——也就是用一個「吸塵器」把頭發碎渣都吸走。
空間站理發店開業啦！
來源：央視網
洗發也有相同的問題，由於沒有重力，淋浴就別想了，直接三個頭套解決——
1）戴上一個裝了洗發露的頭套，反複揉搓；
2）換一個裝有清水的頭套，反複揉搓；
3）再換一個幹的頭套，反複揉搓。
「簡簡單單喝個水」
航天員在整個任務期間所需要的水和氧氣的量是巨大的，如果全部通過從地面「快遞」到空間站的方式，無疑會大大提高空間站維持工作的成本，降低長期駐留空間站的可行性。因此，一套完整的飲用水和氧氣的再生循環系統是必不可少的。在空間站中，我們利用電解水來得到氧氣，副產物氫氣則和二氧化碳反應得到水和甲烷，甲烷排放到太空中，水則經過處理成為飲用水。水的來源除此之外，還有部分來自於人排放的尿液。科學家們設計了一套裝置能通過蒸餾再過濾的方式，將尿液處理為可以飲用的水。
我 看 行 ！
究竟能不能喝，這事兒當然誰喝誰把關。宇航員們會定期對飲用水進行微生物檢測，檢測的方式就是假設水中有微生物，那咱們就把水裏的微生物培養起來，如果培養出的微生物在標准內，就可以飲用，否則就不可以。
飲用水微生物檢測 ；
來源：新華社
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The End
都說宇宙是人類最終極的浪漫。在寂寥無聲的漫漫長夜裏，是人類用自己的夢想和勇氣，將空間站這一小方天地漸漸打造起來，用前一輩的努力，吸納後一代的奔赴。
致敬每一位航天人，你們在空間站努力生活的每一天都是閃光的、如歌的；也致敬每一位為航天工程的耕耘者，是你們締造出一雙厚實的大手，將摘星星的人堅定支撐。
4月24日就是中國航天日了，讓我們一起祝福和期待，中國航天事業蓬勃發展，蒸蒸日上！
我們的征途是星辰大海！
來源：科普中國
參考文獻
太空花式吃吃吃：帶你領略神秘的航天員太空餐 （thepaper.cn）
<技術·航天>淺談太空健身 - 知乎 （zhihu.com）
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