神舟十三號飛船在10月16日成功發射，據中國宇航局透露，這次宇航員們在太空中停留的時間要比神舟十二號還久，也就是至少要待3個月以上。宇航員在太空中是處於失重狀態的，這種失重狀態對於人類的身體健康有著諸多影響。
比如之前登上頭條的神舟十二號飛船的宇航員在下飛船時坐躺椅，當時大家都很擔心宇航員們的身體，這種情況正是因為他們在太空失重環境中帶了三個月，初回到重力平衡的環境，會感覺到十分不適應。
經過嚴格篩選和訓練的宇航員對於這種失重都無法抵抗，何況是我們普通人呢？因此在這種條件下，星際移民和太空旅行可謂是痴人說夢，即使經過訓練的遊客達到了升空標準，相信這也不會是一場舒適愉悅的旅行。
除此之外，未來人類肯定會探索更加遙遠的行星，花費的時間也會更多，以火星舉例，如果來走個來回，最快也要將近3年的時間。如果人體在3年當中一直處於失重會發生什麼，我們誰也不知道。
根據以上這些需求，不少人提出為何不利用人造重力建設空間站或者飛船，解決宇航員站不起來的問題，確保他們在其中可以像在地球上一樣正常生活。科幻電影中的那些模擬重力的空間站在現實中不能建造嗎？在人造重力方面，究竟有什麼人類尚未解決的困難？
重力是什麼
在瞭解失重和人造重力之前，我們首先需要知道重力到底是什麼。重力其實屬於萬有引力的一種體現，地球上的所有物體時刻都在受地球吸引，這裡被吸引所受的力就叫做重力。
重力的方向一直都是垂直向下的，物體受到的重力的大小跟物體的質量成正比，計算公式是：G=mg，g為比例係數，大小約為9。8N/kg。
提出和發現重力的正是在1687年被蘋果砸中的牛頓，他那一刻的靈光乍現改變了人類對地球以及宇宙環境的看法。
正是由於重力的存在，我們才能站立在地球之上，如果進入太空或者到達其它引力小的星球，以人類的重量是無法站立的，多半時間都在飄著。重力作為力學當中最重要和最基本的概念，物理學界對於它的定義有很多種。比如說不少人認為，重力不單是萬有引力的體現，而是萬有引力和慣性力合力作用的體現。
進入太空我們會感覺到失重，就是引力拉力小於重力的體現。
但是在進入太空之前，航天器的發射階段，宇航員是處於超重狀態的，當然這一狀態不會延續太長時間，根本原因是航天器要超過一定的速度才能“逃離”地球，因此這時有向上加速度的存在，宇航員會感到超重。同理在深海潛水當中也會有巨大的超重感，這時需要穿戴專用的抗荷服。
失重對人體的影響
太空中有不少影響人體健康的因素，比如說真空環境、高強度的輻射，其中微重力的環境是對人影響最大的。前文提到了重力是地球萬有引力的體現，其實地球是存在一個重力場的。但是在太空之中，重力幾乎為零，可以忽略不計，比如說月球表面的重力只有地球的六分之一，火星則為三分之一。這種失重環境會對人體的各個系統帶來影響，比如體液頭向轉移、心肺功能改變、神經系統紊亂、骨質疏鬆和肌肉退化等等。
首先，就是體液轉移。我們看到宇航員在太空之中經常處於飄著的狀態，這是因為失重環境下他們無法完全掌控自己的身體，這是身體裡的體液也會發生變化。體液會向著上身和頭部的方向轉移，淤積在胸腔和頭頸部位，這種情況會一直持續，直到返回地面。宇航員通常會感到頭部發脹或者頭疼，需要臥床休息才會有所緩和。
相比於上半身的體液過多，下半身的體液又變得特別少，在這種條件下就真的變得“頭重腳輕”了，腿部會出現明顯變小的情況。
經過觀察，當轉移的體液達到2L時，大腿周長會減少10%～30%，航天員會發現自己的腿就像2根“棍子”，這就是所謂的“雞腿綜合徵”。
看到這裡就不難理解為什麼宇航員返回地球之後要坐躺椅和擔架了，因為腿部一時之間是使不上力氣的。
其次感覺神經紊亂，微重力會影響人體的前庭系統，使其接收到一些雜亂的訊號，造成一種名為“空間運動病”的不良反應，常常伴隨著噁心嘔吐、腸胃不適、食慾不振等表現。
心肺功能受影響則更加嚴重，因為我們知道心臟是人體的發動機，在失重狀態下人體會出現心肌萎縮、心肺血量增加、心律不齊等症狀。重力缺失使得人體活動減少，心臟就長期處於低動力的狀態中，等到宇航員返回地面時就會發現心臟機能明顯下降，還會伴隨出現耐力下降的症狀，無法長時間站立。
最後就是骨質疏鬆和肌肉退化了，相關宇航局展示的資料顯示飛行6個月的航天員脛骨松質骨的丟失量就達到了24％，這種情況會使得人體腎臟內的鈣出現沉積，增加腎結石風險，骨骼的加速老化會導致宇航員返回地球后骨折風險大大提升。肌肉退化則主要體現在身體的下半部分，比如前文所說的雞腿綜合徵，長期飛行的肌肉丟失量最高可以達到50％，還會抑制肌肉纖維重建，想短期之內恢復過來也很難。
除此之外還有心理問題等等，這就不贅述了。可以看出來，在失重的環境之下，人體的多項機能都受到了影響，有些在返回地球之後可以進行恢復，但是需要一個非常漫長的時間，比如說失重狀態下骨骼退化的速度大概是正常環境的8倍，可以說飛入太空不僅沒能讓自己的時間變慢、延緩衰老，反而是加速了自己身體機能衰老的速度。
因此為了長期在太空工作的宇航員身體健康著想，也為了日後人類愉快地完成太空旅行，“人造重力”成為當下熱議的話題。
人造重力
人造重力是一種人為的重力效果模擬，主要就是為了解決以上所述的失重對人體的影響。常用的方法就是使空間站或者飛船處於旋轉的狀態，人為製造出離心力。
人造重力從理論上來說是可行的，我們以空間站圍繞0點進行旋轉為例，這時的角速度為w，空間站內半徑R1，外半徑R2，高度h，質量m，得出公式mw2R＝ma。
空間站由內到外的人造重力處於變化階段，中心處點則完全失重，距離點越遠重力就越大，因此如何確定空間站旋轉的角速度也很重要。
早期就有人想到這種類似於科幻電影當中“環形空間站”的設計，並且提出了假設。比如1949年《英國行星學會雜誌》當中就給出了這樣一個空間站的設想，使用推進器使得該空間站沿著軸旋轉，這樣就會產生向心力。重力的數值與旋轉輪尺寸和速度相關，如上文所說速度越快，重力就越大。
但是這種人造重力空間站的設想被美國宇航局工程師大衛·貝克指出，旋轉式空間站僅僅是理論可行，想要在太空之中建立起來以現在的科技是不可能的。
除了利用這種方法實現人造重力，還可以利用離心機。比如2016年11月10日俄羅斯的衛星網就發表了這一報道，俄羅斯科學院生物研究所所長列格·奧爾洛夫表示他們製造出了小型的離心機，可以用來模擬重力，應用在空間站和太空艙的建設當中。
具體來說就是將宇航員放在裝有離心機的裝置上面，這個小型裝置會一直旋轉，模擬出重力，消除宇航員的失重感，但是這種旋轉也會引發空間運動病，所以並不是最佳方法。
新型空間站設想和困難
2011年時美國的宇航局發表了關於新型空間站的創新提議，名為“鸚鵡螺-X”。這個裝置就和鸚鵡螺的外形相似，多個獨立的艙室相互連線，上面有大型太陽能電池板和管道，圍繞著零重力的中心旋轉。但是這一設計最終由於耗資巨大無法進行，它的總預估耗費高達37億美元，後續還在不斷提升。
日前，設計師蒂姆·阿拉託雷表示將設計一款名叫“馮·布勞恩空間站”的人造重力太空酒店，酒店內可以容納400名旅客，基礎設施一應俱全，不過這一說法目前只是設想，酒店業附上羅伯特·畢格羅則希望能夠在太空中建立起一個充氣式輪型空間站。
以現在的深空科技發展水平來看，模擬重力建造空間站是不可能的，因為這種空間站耗資過於巨大，資金受限導致研究和開發工作無法進行。而且要確保製造出來的東西確實是可以投入使用的。這類大型空間站需要經過精確組裝，顯然組裝工程要在太空當中進行。
這種大型的部件需要利用火箭運輸升空，現在大型過載運輸火箭除了美國的土星五號以外，大部分都處於研發試飛階段，不能承擔這種任務。
所以說，太空事業建立是環環相扣的，因此現在航天工程師都表示，在確定利用人造重力建設空間站之前，先要搞清楚在宇宙中究竟多大的重力最合適，還能依靠著科技研發實現。這之後設計部件前也要確定有可以運載升空的大型火箭，其次太空中的對接裝置也是關鍵。所以在這些技術尚未成熟之前，想利用人造重力建設空間站是不現實的。
結語
簡單來說，人造重力理論上不難，但是在現實中實施的話會受到多方面的限制，空間站模擬重力目前只能處於設想當中。等到宇航員們能在太空艙和空間站中正常站立和行走，那麼大家夢寐以求的太空之旅應該就可以開啟了，可以說不論是太空旅行還是其他星球的人類基地建設，人造重力都是不可缺少的環節，期待人造重力成功施行的那一天。
