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电影特效之外的失重飞机 非太空失重环境如何营造
2022-09-21

来源:中国科普博览公众号

还记得《碟中谍5》里汤姆·克鲁斯徒手扒飞机的场面吗?在最近上映的《新木乃伊》里他又跟飞机杠上了!这次我们阿汤哥遇到了罕见的空难,飞机直接从高空坠落还没有降落伞!比起徒手扒飞机真是不知道哪个更惊险呢!

据了解,空难镜头并不是在绿幕中完成的特效,为了让影片看起来更真实,汤姆·克鲁斯坚持在真实的高空飞行环境下拍摄,可饶是金主爸爸们再有钱,也不可能斥巨资去外太空溜一圈啊!这时候我们的失重飞机A310 ZERO-G就要大显身手了!可这失重飞机究竟为何物?下面就由中国科学院空间与技术中心失重实验中心带我们开开眼!

失重飞机是目前除空间站、空间实验室及载人飞船外,唯一可获得失重环境的载人飞行平台。它通过连续进行抛物线飞行动作在机上产生失重和超重环境,能够模拟太空失重、月球低重力及火星低重力,以及超重等环境。

那么飞机上的失重和超重是如何产生的?

首先,我们要明白,失重可不是指失去重力,而是当物体处于失重状态时除了自身重力(地球引力)外,不会受到任何外界重力场影响,也就是说失去的是来自于其它物体的支撑而不是重力。

失重飞机的原理便是这样——失重飞机每次飞行时可以连续进行十几次的抛物线飞行在每个抛物线飞行时,出现超重-失重-超重的变化。

而A310 ZERO-G的抛物线飞行轨迹如下:

抛物线图示。gif

A310 ZERO-G飞至约6000米高空,驾驶员加速飞机至825km/h并拉起飞机至爬升状态,经历约20s的1.8g的超重状态飞机爬升到50°,驾驶员迅速减小油门至平衡空气阻力大小,以580km/h的速度继续爬升,历时22s的失重在这时开始。

到达最高点8500高空后飞行速度减至最小约370km/h并转为俯冲,当俯冲至角度42°,结束失重。

驾驶员再次加速拉起飞机至平飞,即再次进入约20s的超重,至完全平飞后准备下一次抛物线飞行。

失重飞机进行的抛物线飞行图示

抛物线飞行真的是飞的抛物线吗?

当假设飞机所受地球引力是均衡的平行竖直向下时,失重飞机进入失重状态的轨迹可以近似模拟为抛物线。

然而,地球引力场并不是平行竖直向下而是径向的,所以将地球和飞机按照经典天体力学中的二体问题来考虑能更准确的模拟失重飞机进入失重状态的轨迹。

经研究,飞机进入失重状态之后的轨迹更近似于以地球质心为焦点之一的椭圆轨道远地点末端的一段圆弧。

失重飞机有啥用?

由于失重飞机可提供载人失重环境,并具有准备周期短、实验空间大,特别是支持常规地面科学实验设备开展失重实验等优点,美国、俄罗斯、日本和欧洲长期利用抛物线飞行开展航天员训练,空间科学和应用研究、空间设备和技术验证等。近期也常常被利用到电影特效拍摄、失重体验科教活动等。据悉,中国已经出现了专业化的失重飞机体验娱乐项目。

原来,阿汤哥的空难镜头不是来自新木乃伊的诅咒,而是失重飞机的“功劳”啊!不过这个堪比外太空失重的体验着实诱人,小编也希望啥时候能体验一把试试看,不如我们一起组个队吧?!

出品:科普中国

制作:中国科学院空间应用工程与技术中心失重实验中心

监制:中国科学院计算机网络中心

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