地球外太空 - 俄亥俄州的巨大真空室模拟太空环境

地球外太空 - 俄亥俄州的巨大真空室模拟太空环境

在向太空发射设备之前,美国国家航空航天局要将材料送往美国俄亥俄州的格伦研究中心。在这里,测试这些材料是否适合在宇宙真空中的极端条件下使用。
Vacuum-Chamber-3.jpg

伽利略的梦想

在美国俄亥俄州北部桑达斯基附近的美国国家航空航天局研究基地,坐落着一座白色的圆顶建筑,这就是太空模拟真空室。它高37米,直径30米,是世界上最大的真空室。如果伽利略在世时能看到这个真空室,肯定会非常高兴。在这个巨大的空间内,你可以亲眼证实他的自由落体定律是正确的,几根羽毛会与保龄球一样快速下落。

国际空间站和火星任务的试验场

借助技术设备,这个早在1969年就建成的真空室,既适合作为基础研究的试验场,也适用于测试新兴的工业发展成果。不过,它主要被NASA的工程师用作稍后将在太空中使用的各种硬件的试验室。卫星、探测器、导弹的推进阶段、载人太空舱和月球飞行器全部在此进行测试,并暴露在与太空类似的极端条件下。例如,专家们还检查国际空间站ISS的太阳帆是否能够以及如何在真空中进行操控。目前,该中心的实验主要集中在火星任务上。例如,目前正在测试两辆火星车的安全气囊着陆系统。

除了太空真空,这里还模拟太空的温度大幅波动和太阳的强烈紫外线辐射。室内温度可以被加热到60℃,冷却到零下160℃。输出功率为4400千瓦的石英灯被用来制造人造太阳效应。

最先进的真空泵

真空室的内衬采用铝材质,容积为22,653立方米。这大约相当于10个奥运游泳池的容积。当真空室两侧15×15米的门在按下按钮关闭、内部气压逐渐下降时,厚达2.4米的混凝土外层会保护结构不受外力的影响。

组合应用各种真空泵,包括旋转真空泵和涡轮分子真空泵,以实现超高的太空真空。30吨的空气需要几个小时才能抽完。室内只留有约两克的空气。此时的气压为0.000000000013巴或130微帕斯卡, 相当于地球上大气压的十亿分之一。


较重物体比较轻物体下落的速度更快吗?亚里士多德曾在公元前300年左右提出过这个问题,后来他根据自己的观察做出了这样的假设,即物体的下落速度取决于它的重量。约在2000年后,伽利略对自由落体运动进行了深入思考,他对这位古代学者的理论提出了质疑:他注意到空气阻力起着重要作用。于是他做了一个斜面,让一个铜球多次从上面滚下来。在此过程中,他反复变换斜坡,改变实验条件,借助钟、水表和自己的脉搏来确定球体的滚动时间。

根据结果,他得出了一些关于自由落体运动的结论,并确立如下法则: 1. 物体的下落速度 (v) 与下落时间 (t) 成正比。2. 下落位移 (h) 与下落时间的平方 (t2) 成正比。物体的质量或形状不影响下落位移或下落速度。然而,伽利略非常清楚,他的试验只能提供近似值。他需要真空室来准确查验,比俄亥俄州的真空室小一点就足够了。毕竟,只有在没有空气阻力的真空环境中,所有物体才能以同样的速度下落。伽利略在没有真空室的条件下就得出了正确的结论,这使得他的科学成就更显重大。


订阅《真空世界》新闻通讯!
现在订阅,随时关注真空世界的最新趣闻。

订阅

您是否想了解更多?
请直接与我们联系 (Busch ):
+86 (0)21 67 60 08 00 联系我们