走近高深莫测的神九太空实验

神舟九号载人飞船昨日已经顺利完成了手控交会对接任务，全国观众都感到欢欣鼓舞。其实，除了手控交会对接任务外，3名航天员还需要在上面进行15项实验。大家对这些太空实验都十分感兴趣，但同时又觉得有心无力，它们离地球那么远，太高深难懂了。其实，这些实验并不像我们想象的那样遥不可及，今天《发现》周刊就请专家来帮您解读部分实验。

航天员在轨质量测量实验

案例：在太空失重环境下，怎么测出飘浮人的体重

大家都知道，在太空失重环境下，所有东西都轻飘飘的。如何测质量成为航天科研长期面临的难题之一，此次在天宫一号与神舟九号载人交会对接任务中，就将利用失重环境下人体质量测量仪，来测量体重。

究竟失重是怎样的感受呢？专家给记者举了个例子，当我们在地面上站着不动时，地面会给我们一个支撑力，这个支撑力和我们自身的重量相等，此时你处于平衡的状态。而当我们坐高速电梯时，当电梯上行，你感觉身体比平时要重，这时你就处在超重状态，也就是地面给予的力量大于你自身身体的重量。而当电梯下降时，你会觉得自己有点飘，感觉地板没有支撑力了，这时你就处在失重状态。在游乐场坐“海盗船”时，当你从最高点往下坠落时，也会有这种失重体验。

专家告诉记者，“航天员永远不会‘沉底’，对他来说头朝上朝下没有区别。而且在太空中，特别省力。平时你做双手抬起与肩平行的动作，虽然不知道具体用了多少力，但你心里有数，知道大概用多少力就能完成这个动作。但是到了太空中，按照平时的习惯，使用差不多的力，总是发现手超过了预定的位置，因为太空中无阻力，同样的动作，在太空中只要一点点力就能完成。”

“因此，很多人凭字面意思理解，觉得太空中没有阻力了，那不是应该畅通无阻了，做事情很轻而易举。比如，在太空中我们是不是轻轻松松就能举起一个铁球？但实际上，因为人和铁球都处于飘浮状态，无所谓举起。并且力的作用是相互的，当你对重物施力时，重物同时会给你一个相反的作用力。所以航天员在天空中用锤子钉钉子时，钉子的反作用力会将他弹开；用力拧紧螺丝帽时，螺丝帽的反作用力会推着他往相反的方向拧。此时，你必须先固定好自己，才能施力，但是在哪寻找支点就是个问题，所以很多实验在想象中觉得很简单，实际操作起来却很困难。我们很难模拟出真实的太空环境，所以一切还得接受实践的检验。”

分析：理论上能测出质量，实际操作困难重重

如此说来，在太空中测出质量真的好比天方夜谭，那么航天员怎么进行这项实验呢？

南京航空航天大学航空宇航学院力学教学实验中心教授王立峰告诉记者，虽然操作困难，但是在轨质量测量理论上是完全可行的，“根据牛顿第二定律，物体的加速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，即F=ma，F为所受合力，m为质量，a是加速度。要测量质量，只要给它一个力，借助工具测量力不是很困难的，记录下这个力；根据加速度传感器，测出加速度，就可以套用公式算出质量了。”

但是王立峰也指出，在具体操作时困难重重，许多在地面上可轻易进行的测量，因为在太空的失重状态下，难度就变大了许多。比如，受空间局限，位移不会很大，这就提高了加速度测量的难度。“测量的关键在于那台质量测量仪，它结合了光学、力学、电子、工效、机械和材料学等先进的技术应用，实验的成功完全取决于它。其实把这些精密的仪器运往太空，让它在失重环境下发挥作用本身就很困难，研究人员付出了极大的努力。”