建造产生和地球一样重力的环形航天器，它的旋转速度要多快？在太空中工作生活

在太空中工作生活，面临的其中一个大问题就是无重力。无重力环境下对人体血液循环、骨骼、肌肉等都产生不利影响，因此要长期在太空生活，人造重力是很有必要的。
太空中实现人造重力最简单也是最可行的方法就是旋转，用离心力代替重力。这在生活中很常见，我们拿个“7”字型物体在手指上旋转，它并不会掉下来。在不少科幻电影中，我们见过类似的航天器结构，比如《火星救援》中赫尔墨斯号(Hermes) 。

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既然人造重力这么容易制造，那么问题来了，现在的太空空间站不搞成旋转环形呢？
一、地球重力
我们知道地球上重力的计算公式G=mg ，其中m为物体质量， g为地表加速度，一般取数值9.8 ，单位是N/kg 。物体的质量会保持不变，不同地方重力变化，其原因就是加速度g发生了变化。

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地球加速度g是怎么计算出来的呢？
根据牛大爷的万有引力公式推导而来：g=F/m=GM/r^2 ，其中G是为引力常量，取值6.67×10^-11 ，通过扭秤实验测得；M为地球质量，数值为5.965×10^24kg；r为地球半径（相对地表物体），数值为6.371×10^6米。粗略计算g=6.67×10^-11×5.965×10^24/6.371×10^12≈9.8 。

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二、离心加速度
由上地球重力我们已经了解，重力其实是和加速度有关的，同样质量的物体，只要加速度一样，那么它们的重量就是一样的。
如果我们制造旋转的环形太空器，那么它们的离心加速度又是怎样呢？根据向心加速度公式a=v^2/r（v为线速度， r为半径）可知，离心加速度（离心力是向心力的虚拟力）和环形器旋转线速度及半径有关。假设我们要制造的航天器半径为100米，要产生和地球上一样的重力，那么环形航天器旋转线速度应该为：

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V=gr=9.8×100^1/2≈31.3（米/秒）
半径100米航天器的周长为L=2πr≈628米，那么环形航天器的旋转速度为：V0=60/（628/31.3）≈3（圈/分钟）。也就是说，我们100米半径的环形航天器，只要每分钟旋转3圈，就可以对物体产生和地球上一样的重力。
三、为什么现在不制造环形航天器
1、人员原因：虽然说航天器旋转可以产生重力，可是这还有一个人员适应问题，如果环形航天器半径过小，那么人在上面就会头晕，各种不适应。要让人住的舒适，跟地球上差不多的，这个环形器就不能太小，要大到离心力梯度基本可以忽略时候就可以了。

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至于这个半径至少要多少我没有计算过，但是有人估计至少应该要有1公里以上！
2、技术原因：以人类目前制造水平，要制造半径1公里的环形旋转航天器，差距还有点遥远。无论是发射能力、材料水平、提供旋转的动力，都不是目前人类所能具备的。
当然，如果是小部分宇航员乘坐，制造重力像月球大小的引力加速度，或许直径只要几十米就可以。以目前人类水平来看，这样规模的一个航天器，未来几十年技术上或许有望实现。

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3、费用问题：长110米，宽88米的十字形状的国际空间站，目前已经花费超过1600亿美元，堪称天文数字，由十几个国家合资才建造完成。如果制造一个100米直径的旋转环形航天器，还能在宇宙间飞行，预算费用估计16000亿美元都够呛，起码要举全球之力了。