神奇的失重飞机

如果你看到一架飞机像画正弦曲线一样在天空上来回地上上下下飞翔，你不要认为这是特技表演，或是担心飞机发生了什么故障。这是一架改装后的、具有特殊用途的飞机——失重飞机。它是航天计划中的一个重要的大型实验室，尤其要实现载人航天计划离不开它。

　　

　　失重飞机有什么用？

　　

　　进行航天产品的环境实验　航天时遇到的与地面上最不同的环境就是失重，失重不仅对航天员的身体有影响，对飞船中的很多仪器和设备也有影响。例如，在失重状态下，燃油会在油箱内漂浮，油气混合致使油泵不能正常供油，或使供油管路出现“气塞”，滑油系统也会出现同样现象。这些都直接影响到发动机的工作，甚至造成发动机空中停车，危及飞行安全。一些依靠重力原理制造的仪器也会失去作用，在太空中无法工作了。因此，航天工程师在进行设计时，处处要考虑他们设计的东西在失重的环境下是否可以正常工作？会出现什么问题？应该如何改进？最后定型的航天产品也必须经过失重环境下的考验才敢用到航天器上。如果这些产品都放到飞船或空间站上去试验，那要付出多大的代价呀！何况，一些实验需要很多的测试仪器和研究人员亲自参加实验，才能得到准确的数据和发现问题。让这么多的科研人员到太空中去进行实验和在飞船或空间站上安装很多测试仪器都是不现实的。所以，必须在地面上创造一种失重的方法，可以对航天产品进行测试和考验，失重飞机可以承担这项任务。

　　进行失重科学实验　失重环境下，物体的很多物理学特性和人体的生理学功能发生了改变。为了了解它们的变化，最好的方法是到太空中进行实验。但是，要进行的实验很多，太空飞行的次数有限，不可能都到太空中实验，失重飞机可以弥补这个遗憾。尽管失重飞机产生的失重时间很短，但它对于一些可以在短时间中就得出结论的实验是可以达到目的的。

　　

　　航天员训练　航天员在执行任务前，都要进行多次的失重飞机训练。我国因为现在还没有大型的失重飞机，神五、神六发射前，航天员都是到俄罗斯的失重飞机上进行训练的。而且，失重飞机也可以作为航天员选拔的一种方法。参加失重飞机训练的航天员都是候补航天员，他们要成为一个真正的航天员还要看他们在训练期间的表现，其中很重要的一项就是在失重飞机训练时的成绩。如果一名航天员在失重飞机训练中不能很好适应失重环境，甚至出现较明显的运动病症状，

　　他将与太空飞行无缘。开发太空旅游

　　随着旅游事业的发展，人们已经不再局限于在地球上的旅游了，很多人产生了到太空旅游的想法。要真正买太空旅游的门票是十分昂贵的，已经参加过太空旅游的3名富翁为此每人付出了2000万美元的代价，这是一般人望尘莫及的。但是，没有关系，航天旅游公司有各种太空旅游的项目。如果你只想体验一下失重是一种什么感觉，那么就可以买参加失重飞机飞行的这种门票。例如，俄罗斯太空旅游公司制定的太空游有4种，第二种就是乘坐俄罗斯特殊改装的伊尔-76飞机进行失重飞行，飞机在空中做抛物线飞行，乘客可以在机舱内体会到短时间的失重感觉，还可以像航天员在太空那样翻跟头。失重飞行的费用大概是5000多美元一次，这对于一般中等收入的人来说是可以承担的。

　　

　　失重飞机为什么可以产生失重？

　　

　　失重飞机是将现有的飞机通过特别设计和改装而成的，它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。如右上图所示，飞机失重抛物线飞行可分为以下四个阶段：

　　1）平飞加速段：飞机起飞后，爬升至一定高度，然后平飞加速；

　　2)　俯冲加速段：飞机先向下小角度俯冲加速，使它达到失重特技飞行中的最大速度；

　　3）失重飞行段：当飞机进入0点时，飞行员同时连续地操作操纵杆和油门杆，使飞机飞出一个抛物线形状的特技飞行，它的上升段相当于物体的垂直上抛运动，下降段相当于物体的自由落体运动，加速或减速运动的惯性力恰好与重力抵消，使飞机处于失重状态；

　　4）俯冲改出段：飞机滑行到65 时，以一定的俯冲角飞行到抛物线最低处，再以一定的法向过载值拉起改出，即结束失重飞行，进入平飞状态，于是可继续进行下一个失重抛物线飞行。

　　美国早期是用C-130B 型运输机改装为失重飞机，创造约 15秒的失重时间。后来将KC-135型空中加油机改装，创造约30秒的失重，此外，还用 T-33、F-104等型号战斗机加以改装进行失重飞行，最长可获得约80秒的失重时间。苏联曾将伊尔-76等飞机改装，失重时间约30秒。日本近年来利用 MU-300 型客机改装获得约20秒失重时间。我国在20世纪70年代也曾将国产 TF-5 喷气歼击教练机改装成失重飞机，获得40秒钟失重时间，成功地完成了一系列的失重飞行试验。但这种飞机容积很小，不能进行航天员训练。

　　虽然有的早期失重飞机在抛物线飞行时可以产生较长时间的失重时间，但因为它们的体积小，使用范围有限，不能进行很多实验和航天员训练。因此，现在失重飞机的体积都很大。美国目前使用的是 KC-135A 飞机改装的失重飞机，它的实验区体积达到18米×3米×2.1米，足够进行航天员训练和科学实验用。飞机上标准的设备有电源、一个舱外通风孔系统和摄像用的照明灯、供给空气、氦气和其它气体的装置。其它的设备可以根据实验和训练的要求临时装配上去。KC-135A 不仅可以产生20～25秒的失重时间，还可以飞出相当于月球和火星上的重力，它甚至可以根据研究人员所要求的飞出不同水平的重力值。因此，它也是今后进行星际探险的实验室。美国宇航局从最早的水星计划到现在的空间站，每项载人太空计划中，都用到失重飞机。

　　失重飞机也是一个大型实验室，它像地面实验一样，里面可以安装很多测试设备，这些测试设备可以随时更换。根据不同的实验目的，研究人员可以将自己实验需要的设备安装上去。失重飞机一次常规的飞行所需要的时间是 2～3小时。每次飞行中可以连续或暂时中断地飞40～60次抛物线，一次飞行中可以进行多次失重实验或航天员训练。这样，研究人员可以得到很多实验数据，如果在一次飞行中发现问题，还可以回到地面修改实验设计，第二天再进行实验。从这点看，在失重飞机上进行实验就比在太空中进行实验有优越性了。今后，随着载人航天事业的发展，到太空中的航天员越来越多，失重飞机的重要性更突出了。

　　[责任编辑]蒲　晖