空客A310的零重力飛行體驗

(圖片來源: Esa) Image copyright Esa

"5、4、3、2、1…"

沒有飛機機長會在起飛前給乘客倒計時,但這並非一架普通的飛機。除機組人員外,這架飛機的所有乘員都是科學家。他們已經通過了包括心臟檢查在內的全面體檢。這不是為普通乘客服務的航班。

"拉起!30度、40度……"

此時,飛機正在做一項複雜而危險的飛行動作,需要駕駛艙內的三名飛行員通力合作才能完成。飛機從平飛狀態迅速拉起,爬升角度不斷增大,30度,然後40度。

在這架空客A310的客艙,所有座椅都被拆除,艙內牆壁裝設襯墊遮蔽了所有窗戶,乘客們不是站著,就是或坐或躺在地上。

有幾位科學家戴著附有電極的帽子。另外一位科學家則把雙手放在一個怪異的盒子裏,好像他有三隻手(後文有詳細說明)。好幾位科學家緊盯著洗衣機大小、上面遍布開關和屏幕的金屬控制櫃。我則躺在機艙內被網布隔開的一小塊地板上。

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Image caption 機上的科學家們將參與多項實驗(圖片來源: Sue Nelson)

隨著超重越來越強,所有人的身體各部位都受到巨大壓力,每個人被牢牢壓在座椅上。幸好,我們在幾秒鐘後就將體驗到截然不同的感受。

"…50度,發射。"

爬升角度增加到了50°,魔術開始了。飛機此時進入一條拋物線軌跡,飛機在慣性作用下到達拋物線頂點,此時機艙內的噪聲突然減弱,發動機噪聲則變得尖銳。爬升過程中,飛機處於1.8G超重狀態,我自己的體重則達到了平時的兩倍。而拋物線的頂點過後,我感覺體重消失了,我的身體被一股神奇的力量帶離機艙地板。這就是失重。

這是美妙而自由的20秒。有些不走運的家伙痛苦地坐在飛機後部,手中緊握嘔吐袋。我則在機艙內自由漂浮,這是一種非常美妙的體驗。

此時,機上每個人都體驗到了微重力,這種感覺和國際空間站(International Space Station, ISS)上的宇航員並無二致。歐洲航天局(European Space Agency, Esa)租用了Novespace公司的零重力飛機,主要用於微重力科學實驗,有時候也用於宇航員訓練。即便在太空中,宇航員也會受到微小重力的作用,這是由於兩個物體之間永遠存在萬有引力的緣故。因而,微重力這一詞匯能夠更加凖確地描述這種環境,而零重力則是為了吸引眼球的一個不嚴謹詞語。

"我們要在飛機上做12項實驗,"登機前,歐洲航天局微重力飛行協調官尼爾·麥爾維爾(Neil Melville)告訴我。"這項實驗是為了測試陀螺儀執行器,"他指著一個被網布隔開的,擺滿了盒子大小的微小衛星的區域說。"他們用衛星跟蹤零重力環境下的球體運動。"

他接著走向另一群科學家,他們正圍著一個金屬箱坐著。"這項實驗是為了研究零重力下,火焰在燃燒室中的擴散規律。"

另一項實驗是為了研發一種將在國際空間站上使用的熱能泵。麥爾維爾帶我走向另一個小組。"這是為了檢驗弱等效原理——愛因斯坦廣義相對論中的一個假設。"

三隻手的科學家正在進行"橡膠手錯覺"實驗。如果在你真正的手旁邊放上一隻仿真的假手,然後用畫筆同時輕刷你的手和假手,一段時候之後大腦就會錯誤地認為假手是你身體的一部分。在微重力環境下進行這一實驗的目的在於檢驗微重力是否會改變這種感受及相關感覺。

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Image caption 某些實驗裝置上擺著吉祥物。失重作用下,這些吉祥物在空中漂浮(圖片來源: Sue Nelson)

"整段拋物線飛行只持續1分鐘,其中包括20秒的失重,"麥爾維爾說。"但是飛機每次飛行都會做31次拋物線,每3分鐘做一次,因此能夠提供總計10分鐘的微重力實驗時間。"

儘管乘客們在登機前都服用了抗暈機藥物,但是仍然有幾位不走運的科學家出現了暈機嘔吐症狀。有些人在幾次拋物線飛行後就適應了失重環境,而有些人則在第一次拋物線飛行後就出現噁心嘔吐症狀,一直到持續到飛行結束。飛行前,機長告訴我,飛機上沒有衛生間,"你吃了藥就不會想去廁所。"

"其實導致暈機的最大原因是精神緊張,"麥爾維爾說。"如果保持心情鎮定就不會暈機。"

大多數人認為,在飛行即將結束時,從2G過載恢復的正常狀態是最難受的,每次飛行平均會有2人暈機。

大多數科學家都能應對這一特殊工作環境。他們在實驗裝置上繋上吉祥物等玩具,在失重條件下這些玩具就會漂浮起來。地板上的下肢固定帶可以幫助乘員在失重條件下操作實驗時保持身體直立,防止身體漂向一個危險的方向。"否則,一旦零重力狀態結束,你就會砸到實驗設備上。"

在總共12項實驗中,有6項都屬於歐洲航天局的"飛行論文"計劃。德國體育大學(German Sport University)和澳大利亞陽光海岸大學(University of the Sunshine Coast)的學生提摩·克萊恩(Timo Klein)參與了研究大腦活動與血液流速之間關係的實驗。

克萊恩戴著一個帽子,帽子上的電極可以監控他大腦的活動。與此同時他和另外兩名受試者在20秒微重力過程中根據音響信號操作鍵盤,同時解數學方程。"方程不難,但在時間壓力下,它的難度會大大提高,從而考驗你的認知能力。"

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Image caption 科學家正在實驗微重力是否會影響"橡膠手錯覺"(圖片來源: Esa)

對於宇航員而言,身體和大腦健康一樣重要,必須考慮微重力條件下長期與世隔絶對宇航員身心健康的影響。

"長期與世隔絶會導致認知能力下降,但是,微重力環境會讓認知能力有所提升,"克萊因說。"我們對背後的機制很感興趣。微重力環境下大腦運轉速度會加快,我們想深入了解其中的聯繫。"

除了更深入了解宇航員的太空行為外,這一發現還有助於研發阿茲海默症(或老年癡呆症)的治療方案。

在最後五次拋物線飛行中,我漂浮到了天花板上。這幾次拋物線飛行屬於無限制飛行。機艙內的網布被拆除,德國火星協會(German Mars Society)計劃釋放一個大型銀色氣球,從而測試未來的充氣式太空艙釋放裝置。

這項實驗非常有趣。拋物線後半段進入失重狀態後,從一個氣缸中射出了原本緊緊折疊起來的氣球,與此同時,一個形似手風琴,黃金織物做成的扇子自動伸展開啟。

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Image caption 飛機的垂直尾翼上的Logo是一個在太空中漂浮的人類(圖片來源: Sue Nelson)

這是該計劃的首次實驗,實驗為未來的宇航飛行提供了寶貴的數據。"沒人知道這個裝置在零重力下是否能正常運作,"協會的塔尼亞·黎曼(Tania Lehmann)表示。"我們原本以為它能從容器中慢慢彈出然後慢慢展開,但實際卻是,它彈出後停留了幾秒,然後突然展開。"

在未來一兩年內,這個充氣裝置將在大氣層內亞軌道火箭上進行更多測試。有朝一日,它將搭載火星探測器抵達火星表面,然後從探測器上釋放出來進行科學測量。

這架零重力飛機上的所有科學家都心存高遠。這正是飛機蒙皮上的噴繪所展示的精神:從最初的猿猴進化為直立行走的人,最終成為在漂浮於太空中的新人類。

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