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那福忠,知名電子出版專家、網路作家。
   
  嚮往太空的年輕人親身加入研究工作
  那福忠 August 18, 2014
  請把你的想法寫信給我: frank.na@gmail.com
   

   美國史坦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,是否正常運作,都可能成問題。

   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,一是手提式輕小便於攜帶,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° 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° 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。微重力大學上月說暫停接受 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 5000 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影片,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





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