神奇的失重飛機

如果你看到一架飛機像畫正弦曲線一樣在天空上來回地上上下下飛翔，你不要認為這是特技表演，或是擔心飛機發生了什么故障。這是一架改裝后的、具有特殊用途的飛機——失重飛機。它是航天計劃中的一個重要的大型實驗室，尤其要實現載人航天計劃離不開它。

失重飛機有什么用？

進行航天產品的環境實驗 航天時遇到的與地面上最不同的環境就是失重，失重不僅對航天員的身體有影響，對飛船中的很多儀器和設備也有影響。例如，在失重狀態下，燃油會在油箱內漂浮，油氣混合致使油泵不能正常供油，或使供油管路出現“氣塞”，滑油系統也會出現同樣現象。這些都直接影響到發動機的工作，甚至造成發動機空中停車，危及飛行安全。一些依靠重力原理制造的儀器也會失去作用，在太空中無法工作了。因此，航天工程師在進行設計時，處處要考慮他們設計的東西在失重的環境下是否可以正常工作？會出現什么問題？應該如何改進？最后定型的航天產品也必須經過失重環境下的考驗才敢用到航天器上。如果這些產品都放到飛船或空間站上去試驗，那要付出多大的代價呀！何況，一些實驗需要很多的測試儀器和研究人員親自參加實驗，才能得到準確的數據和發現問題。讓這么多的科研人員到太空中去進行實驗和在飛船或空間站上安裝很多測試儀器都是不現實的。所以，必須在地面上創造一種失重的方法，可以對航天產品進行測試和考驗，失重飛機可以承擔這項任務。

進行失重科學實驗 失重環境下，物體的很多物理學特性和人體的生理學功能發生了改變。為了了解它們的變化，最好的方法是到太空中進行實驗。但是，要進行的實驗很多，太空飛行的次數有限，不可能都到太空中實驗，失重飛機可以彌補這個遺憾。盡管失重飛機產生的失重時間很短，但它對于一些可以在短時間中就得出結論的實驗是可以達到目的的。

航天員訓練 航天員在執行任務前，都要進行多次的失重飛機訓練。我國因為現在還沒有大型的失重飛機，神五、神六發射前，航天員都是到俄羅斯的失重飛機上進行訓練的。而且，失重飛機也可以作為航天員選拔的一種方法。參加失重飛機訓練的航天員都是候補航天員，他們要成為一個真正的航天員還要看他們在訓練期間的表現，其中很重要的一項就是在失重飛機訓練時的成績。如果一名航天員在失重飛機訓練中不能很好適應失重環境，甚至出現較明顯的運動病癥狀，

他將與太空飛行無緣。開發太空旅游

隨著旅游事業的發展，人們已經不再局限于在地球上的旅游了，很多人產生了到太空旅游的想法。要真正買太空旅游的門票是十分昂貴的，已經參加過太空旅游的3名富翁為此每人付出了2000萬美元的代價，這是一般人望塵莫及的。但是，沒有關系，航天旅游公司有各種太空旅游的項目。如果你只想體驗一下失重是一種什么感覺，那么就可以買參加失重飛機飛行的這種門票。例如，俄羅斯太空旅游公司制定的太空游有4種，第二種就是乘坐俄羅斯特殊改裝的伊爾-76飛機進行失重飛行，飛機在空中做拋物線飛行，乘客可以在機艙內體會到短時間的失重感覺，還可以像航天員在太空那樣翻跟頭。失重飛行的費用大概是5000多美元一次，這對于一般中等收入的人來說是可以承擔的。

失重飛機為什么可以產生失重？

失重飛機是將現有的飛機通過特別設計和改裝而成的，它每次飛行時可以連續進行十幾次的拋物線飛行。在每個拋物線飛行時，出現超重－失重－超重的變化。如右上圖所示，飛機失重拋物線飛行可分為以下四個階段：

1）平飛加速段：飛機起飛后，爬升至一定高度，然后平飛加速；

2) 俯沖加速段：飛機先向下小角度俯沖加速，使它達到失重特技飛行中的最大速度；

3）失重飛行段：當飛機進入0點時，飛行員同時連續地操作操縱桿和油門桿，使飛機飛出一個拋物線形狀的特技飛行，它的上升段相當于物體的垂直上拋運動，下降段相當于物體的自由落體運動，加速或減速運動的慣性力恰好與重力抵消，使飛機處于失重狀態；

4）俯沖改出段：飛機滑行到65 時，以一定的俯沖角飛行到拋物線最低處，再以一定的法向過載值拉起改出，即結束失重飛行，進入平飛狀態，于是可繼續進行下一個失重拋物線飛行。

美國早期是用C-130B 型運輸機改裝為失重飛機，創造約 15秒的失重時間。后來將KC-135型空中加油機改裝，創造約30秒的失重，此外，還用 T-33、F-104等型號戰斗機加以改裝進行失重飛行，最長可獲得約80秒的失重時間。蘇聯曾將伊爾-76等飛機改裝，失重時間約30秒。日本近年來利用 MU-300 型客機改裝獲得約20秒失重時間。我國在20世紀70年代也曾將國產 TF-5 噴氣殲擊教練機改裝成失重飛機，獲得40秒鐘失重時間，成功地完成了一系列的失重飛行試驗。但這種飛機容積很小，不能進行航天員訓練。

雖然有的早期失重飛機在拋物線飛行時可以產生較長時間的失重時間，但因為它們的體積小，使用范圍有限，不能進行很多實驗和航天員訓練。因此，現在失重飛機的體積都很大。美國目前使用的是 KC-135A 飛機改裝的失重飛機，它的實驗區體積達到18米×3米×2.1米，足夠進行航天員訓練和科學實驗用。飛機上標準的設備有電源、一個艙外通風孔系統和攝像用的照明燈、供給空氣、氦氣和其它氣體的裝置。其它的設備可以根據實驗和訓練的要求臨時裝配上去。KC-135A 不僅可以產生20～25秒的失重時間，還可以飛出相當于月球和火星上的重力，它甚至可以根據研究人員所要求的飛出不同水平的重力值。因此，它也是今后進行星際探險的實驗室。美國宇航局從最早的水星計劃到現在的空間站，每項載人太空計劃中，都用到失重飛機。

失重飛機也是一個大型實驗室，它像地面實驗一樣，里面可以安裝很多測試設備，這些測試設備可以隨時更換。根據不同的實驗目的，研究人員可以將自己實驗需要的設備安裝上去。失重飛機一次常規的飛行所需要的時間是 2～3小時。每次飛行中可以連續或暫時中斷地飛40～60次拋物線，一次飛行中可以進行多次失重實驗或航天員訓練。這樣，研究人員可以得到很多實驗數據，如果在一次飛行中發現問題，還可以回到地面修改實驗設計，第二天再進行實驗。從這點看，在失重飛機上進行實驗就比在太空中進行實驗有優越性了。今后，隨著載人航天事業的發展，到太空中的航天員越來越多，失重飛機的重要性更突出了。

[責任編輯]蒲 暉