(2014-08-20)太空旅行、移居其他星球,仍持續被討論。美國NASA更設立一個專屬機構,專門鼓勵年輕人提供在太空生活上的創新。一起來看,他們如何運作?
(Brain.com2014-08-20)美國史丹福大學電腦系一年級的一個學生,只有18歲,與很多年輕人一樣嚮往太空,但不是想當太空人,只是想為太空的發展做一點事。
於是這的大學生,找到另外五個志同道合的同學,商討要做什麼事。
他們想到,現在的國際太空站距地球不過幾小時的航程,緊急情況還有救援機會,以後外太空的長途旅行,少則幾個月、多則幾年,太空人的身體一旦不適,醫療設備是否齊全,能否正常運作,都可能是問題。
經過老師的指導,他們決定一個實驗專案:假設太空人心臟病突發,在太空無重力下用超音波攝影,是否能正確瞭解病況——也就是超音波機器能不能正常運作。
用超音波攝影做實驗有兩個原因,一是手提式便於攜帶,二是使用簡單,不需太多醫療知識。於是他們把這個專案提到太空總署NASA附設的「微重力大學」(Microgravity University),經過核准,這六人小組就帶著超音波設備與醫學用人體模型,進入一架模擬太空、也就零重力的飛機,開始實驗,下圖就是在零重力下實驗的情況。
史坦福大學學生實驗無重力下的心臟超音波攝影(圖片:NASA Micorgravity Univeristy)
醫用人體模型雖然是假人,卻有模擬的生理功能,是常用的教學器材。超音波心臟攝影最有效的辦法,是把感應器從食道伸進體內,這樣可以很清楚的看到心臟的跳動,瓣膜的閉鎖,血流的情況,取得的影像比體外檢測準確得多。
這一組學生,先在陸地上用超音波攝影取的人體模型得資料,然後在零重力飛機上重複一樣的動作,結果兩種檢測的資料相同,表示超音波攝影設備在零重力、也就是在太空,可以全完正常運作,實驗雖小,也是對太空科技盡一分心力。
微重力大學並不是正式大學,是NASA給年經人一個實驗學習的機會,來增進知識面對太空的未來,所以實驗要在減輕重力,或零重力的環境進行。
要想實驗的人必需年滿18歲,是正式大學的學生,要先提出書面計畫,說明實驗的目的、進行方法、需用器材與工具,經核准之後安排時程。實驗小組人數不限,但限制上飛機執行實驗的人數,這些人要事先駐進基地接受訓練與體檢,通過之後才能進入零重力飛機實驗。
正常的飛行,飛機不能減低重力,更不能減到零重力,但以拋物線的弧形軌跡飛行,如同雲霄飛車,就可以模擬短暫的零重力,下面是飛行軌跡與時間的圖解。
(圖解:Zero Gravity 公司)
從上圖可以看到飛行空間訂在24,000-32,000呎之間,飛機先從24,000呎以45度仰角加速爬升,向上的衝力使重力增加到1.8倍,接近弧線的頂點開始拉平,飛到弧線頂點36,000呎,立即調頭以30度俯角下降,這一階段飛機的離心力與地面的重力抵銷,產生瞬間零重力,飛機裡的人與所有的東西就會飄浮起來。
零重力飄浮可以維持20秒鐘,機內的重力隨著飛機下降逐漸增加,當飛機降到24,000呎,再調過頭來向上爬升,機內又恢復1.8倍的重力,就這樣周而復始循環,直到在零重力下工作做完。
每一循環僅能有20秒的零重力感,不夠做研究或訓練需要的時間,所以每一次飛行都循環多次,史坦福的學生做了30次循環,完成了他們的實驗,至於NASA的訓練每回都上百次。
NASA的微重力計畫從1995年到現在,共有五千多人體驗,一大半是大學生、一少半是中小學生,使用改裝的波音727飛機,除了駕駛員與工程師,飛行途中還有NASA的指導員、醫師、攝影師一路隨行,確保學生的安全與趣味。
微重力大學7月說暫停接受2015年的申請,因為要重新規劃目標,讓這個計畫更切合太空的未來發展。
申請微重力實驗還有一個條件,就是必需是美國公民,但外國人並非不能體驗無重力的感受,因為有一家專做無重力旅遊生意的公司Zero Gravity,每次飛15個循環,兩次模擬月球的重力(地球的六分之一),一次模擬火星的重力(地球的三分之一),其餘都是無重力體驗。這趟旅遊約100分鐘,售價5,000美元。不必怕親友不信,因為有登機證為證。
註:
建議讀者觀看下面這段在飛機裡拍攝的紀錄片,包括模擬在火星與月球的感受,以及零重力的自由飄浮,特別是當飛機爬升產生 1.8g 重力的時候,所有的人都要躺下,因為那時每人的體重幾乎加倍難以支持,直到接近0g大家才鬆了一口氣,開始活動。
(法國國家太空中心 Novespace 影片,取自 Youtube)
※本文取材自2014年8月18日「那福忠週一論壇:嚮往太空的年輕人親身加入研究」。對本文有任何看法,歡迎eMail:frank.na@gmail.com給作者,分享您對本文的看法。