CN111703594A - 一种航天舱环状人工重力跑道 - Google Patents

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Abstract

本发明包括一种航天舱适合内部人员运动或活动时承载其足部蹬踏或者所使用器具行驶的跑道，其道面向前上弯延伸为闭合环状，该道面位于或者覆盖于或高于航天舱局部舱壁的内侧表面。本发明还包括一种适合在上述跑道上运动的载人器具，包括：与所述跑道道面曲率曲率相近的弧形或弯折状或环状的乘用底盘，承载该底盘在跑道道面上移动的负载系统。本发明能以较低成本，为在航天舱失重或小重力条件下做环形运动的人员或者其使用的器具产生向心支持力，令乘员享受人工重力，更好地维护自身健康。

Description

一种航天舱环状人工重力跑道
技术领域
本技术属于载人航天设备。
背景技术
自20世纪60年代以来，载人航天技术有了长足的发展。在已经完成的数百人次空间航行活动中，宇航员基本上处于失重状态。长时间在失重状态下工作生活，对宇航员的身体特别是骨骼肌肉和心血管系统造成严重损害，返回地面后短时间几乎无法自主行走，完全恢复需要很长时间。在各种技术文献中，出现过多种关于旋转重力舱的概念和设计，但由于构造复杂、质量大、不易操作、发射成本过高而得不到实施。还有类似于“紧身衣”对宇航员身体各部位施加压力设备的设计，既不舒适也影响他们的操作或休息。因此，需要一种在航天器里可以帮助宇航员或乘客避免失重健康损害的便于实施的低成本技术。即将开展的载人探月甚至探星计划，更增加了这种需要的迫切性。
发明内容
本发明的目的在于提供航天器的一种装置，可以便于航天员或乘客在航天舱内进行可感受人工重力的运动或活动。
本发明为一种航天舱适合内部人员运动或活动时承载其足部蹬踏或跑动或者其所使用器具行驶的跑道，其道面向前上弯延伸为闭合环状，该道面位于或者覆盖于或高于航天舱局部舱壁的内侧表面。
本发明能为在航天舱失重或小重力条件下沿其内侧做环形运动的人员或者其使用的器具产生向心支持力或人工重力。
该跑道也可以是轨道，以便于车轮滚动。
所述航天舱可以是飞船、空间站或坐落于表面引力较小天体如月球的舱室。
所述跑道道面为上弯闭合环状，有利于人员在进行多圈连续运动。
所述跑道最适合在舱壁内侧为环形的航天舱。跑道贴近航天舱壁可以更好的扩大运动空间，并与舱室空间融为一体。
跑道也可以比较宽，允许多人同向或反向运动或处于对顶位置运动，以减少对舱体或整个航天器动量矩或姿态或重心稳定的影响。
本发明的跑道道面可以采用具有所需摩擦力的构造或形状或材料。跑道道面可以具有适合跑动的防滑表面或摩擦系数较大的表面，如具有防滑纹路或粗糙表面或使用防滑材料，例如可使用带花纹的或有弹性或有较高附着力的橡胶。跑道道面也可以具有适于车轮滚动的平坦或光滑或较硬的表面或滚动摩擦系数较小的表面。
跑道道面或其他部件也可以采用防静电积累的材料或具有一定导电性的材料。
在无重力的静止状态下不容易得到切向的摩擦力来起跑。本发明的跑道，其侧边或附近或其环状的几何中心对称轴线附近可以有扶手或扶杆或把手或栏杆或蹬杆或踏板或者有凸起形脚蹬或凹陷形脚蹬，便于借力起动，或保持平衡。凸起形脚蹬为略高于附近表面的凸起(如棱状或斜齿状)，或凹陷形脚蹬(如3cm深10cm宽的凹坑)可以为脚尖或前脚掌提供着力点，容易产生切向力，有利于运动员起动。
本发明的跑道，其环状的几何中心对称轴线上或附近可以有由舱壁或支持部分支持的中心轴，中心轴上还可以悬挂有回转悬挂装置，该回转悬挂装置可以自由围绕中心轴回转。中心轴或回转悬挂装置可供乘员在行进时把扶或推动或攀扶或蹬踏或乘用。回转悬挂装置可以是悬挂杆或悬挂架或悬挂梯或悬挂凳或悬挂套或绳索。
本发明的跑道可以由连续承载板构成。所述道面应该为环状承载板内侧表面。承载板可以具有支撑部分或增强构造。承载板可以具有与航天舱局部结构连接的连接部分，如必要的垫块或连接架。承载板或支撑部分或连接部分，可以具有减震或消声或隔音层或者减震或消声或隔音部件，如弹簧、橡胶垫圈、多孔材料等等。
本发明的跑道，其道面可以有纵向连续的突起或凹下或轨道，以防止沿跑道运动的器具偏离跑道。例如安排跑道两侧有凸缘，将车轮限制在跑道内；或在跑道上安排凹槽，令车轮沿凹槽滚动。
本跑道上使用的运动器具可以选择人力驱动的或者电动的旱冰鞋或轮滑或车辆或橇，如独轮车、自行车、三轮车、四轮车等。
本发明的跑道，可以设计为能够在航天舱内装配或拆卸的多个部分。
本发明的跑道道面可以安排为向一侧倾斜或少许倾斜。这样在小重力条件下，可以为沿其做环形运动的人员或者其使用的器具提供所需的向心支持力的同时还提供小重力的反作用力。
例如在月球表面的舱室里，如此设计可以在水平环形运动时，令跑道道面产生必要向心力的同时还抵消了月球带来的较小重力。
本发明还包括一种适合在上述跑道上运动的载人器具，包括：与所述跑道道面纵向曲率相近的弧形或弯折状或环状的乘用底盘，承载该乘用底盘在所述跑道道面上移动的负载系统。这种载人器具底盘可以比较长，甚至首尾相接成环状或筒形，可以供多人乘用，可站立，也可加配设施以供坐、卧。该载人器具的周围或其与运动方向平行的两侧可以设置围帘或隔板或薄壳或薄膜，可以减少运动时的空气阻力。
所述负载系统可以采用以下系统之一：
A、与所述跑道道面借助润滑剂滑动接触并且支撑该乘用底盘的滑动系统；
B、以气体悬浮方式在所述跑道道面上悬浮并且支撑该乘用底盘的气体悬浮系统；
C、以磁悬浮方式在所述跑道道面上悬浮并且支撑该乘用底盘的磁悬浮系统；
D、以轮轴滚动方式在所述跑道道面上滚动并且支撑该乘用底盘的轮轴系统；
E、以在环状的乘用底盘与环形跑道的间隙中安排多颗滚珠或滚球或滚柱或滚轮以支撑该乘用底盘的滚动系统。
如果采用环状的乘用底盘和支撑该底盘的轮轴系统，均匀安排3对轮子，就能帮助环状的乘用底盘在环状跑道道面限定范围内转动。
本发明的载人器具可以采用人力或电力驱动。其所述乘用底盘最好有扶手或栏杆或坐具或卧具。
本发明还包括一种航天舱，其局部舱壁内表面为权利要求1所述跑道道面。
本发明可以在不构建专用旋转舱室设备或不占用舱内专用空间的情况下，令航天乘员运动或活动时享受人工重力的效果，有利于航天时保护乘员的身心健康，使普通乘员在航天器上长期甚至长年工作生活时维持骨骼强度变得十分容易。在人员未进行环形运动时，本发明的环状跑道内部空间与舱内空间为一整体，也可以用来工作、起居或容纳其它设备，大大降低了营造航天重力环境的成本。
附图说明
图1为本发明涉及的航天舱及其所在的航天飞船的示意图。其中，101为航天飞船，102为航天舱。
图2为本发明实施例1的跑道及其所在的航天舱的横截面的剖视示意图。
图3为本发明的关于具有环状乘用底盘载人器具的实施例7的侧视示意图。
图4为本发明实施例4的跑道及其所在的航天舱的横截面的剖视示意图。
其中，101为航天飞船，102为航天舱，201为构成跑道的卷曲环状承载板，202为连接部分，203为承载板内侧跑道道面，204为航天舱壁，205为航天舱壁内侧表面，206为航天舱门，207为航天舱内沿跑道跑步的乘员，301为环状的乘用底盘，302支撑底盘的轮轴系统，303为护板，304为乘员，401为支持部分，402为中心轴，403为中心轴悬挂的回转悬挂装置，404为轴套，405为脚踏板。
具体的实施方式
以下参考附图进行具体说明。
在实施例1里，本发明的环状跑道由内含增强构造的卷曲环状承载板201构成，其环状的内径约4米，道宽1.5米，通过连接部分202固定在航天舱壁204上。该连接部分含减震隔音材料。环状承载板201表层含弹性防滑材料，表面(跑道道面)有防滑纹路。跑道一侧有栏杆。乘员可手扶栏杆调整姿势和起跑，进而提高环形运动的速度，得到适当的人工重力体验。环形运动也可能影响航天舱或飞船重心摆动或动量矩状态，为此可以安排两个乘员在头顶头位置上同旋转方向运动，或者两组4个乘员沿两个方向运动。
在实施例2里，跑道的卷曲环状承载板嵌入航天舱局部舱壁，得到舱壁内部框架结构的直接支撑。这有利于在航天舱里，安排有尽量大环形直径的跑道。
在实施例3里，跑道的卷曲环状承载板覆盖于航天舱局部舱壁表面，该承载板由4个可装配分段组合而成。跑道的卷曲环状承载板表层密实光亮，有利于减少轮滑的滚动阻力。跑道环状直径5米，道面有醒目标志线，适于轮滑或自行车或其它车辆运动。
实施例4(参见图4)的跑道与实施例1基本相同，其环状跑道的几何中心对称轴线上有由舱壁上支持部分401连接的中心轴402，中心轴悬挂有回转悬挂装置——带脚踏板405的挂梯403，该挂梯上端有轴套404套在中心轴上可以自由回转，乘员207在跑步行进时推动挂梯，达到一定速度后可以迈上脚踏板乘用。
在实施例5里，跑道的两侧有高于道面的凸缘，可以防止运动器具的轮子脱离跑道。
在实施例6里，本发明的跑道为轨道，与运动器具带凸轮缘的轮子配合使用。
实施例7(参见图3)为跑道上运动的载人器具，具有环状乘用底盘301，三对轮轴302均匀分布在底盘外侧，由电力驱动在道面203上滚动并支撑底盘回转运动。底盘内侧衬有防滑垫层，并有扶手、轮轴护板303和坐具，可供4-8人同时享受人工重力或运动。在停止回转时，底盘内空间仍可供乘员工作或休息。
实施例8的载人器具，同样具有环状乘用底盘，它有六对轮轴均匀分布在底盘外侧支持底盘，这样轮轴系统适合使用直径较小的轮子。
实施例9是与实施例7相似的载人器具，但其负载系统是底盘的气体悬浮系统，该系统可以在其气垫部件与跑道道面之间充气，形成薄层气垫并悬浮，同时支撑该底盘移动。
实施例10也是与实施例7相似的载人器具，但其负载系统是底盘的磁悬浮系统，即利用自身磁极与跑道上同极磁极的斥力保持与道面的间隙，其在跑道道面上磁悬浮方式与与磁悬浮列车相类似。
以上是示例式说明，不能以此来限制本发明的权利。

Claims (10)

1.一种航天舱适合内部人员运动或活动时承载其足部蹬踏或者其所使用器具行驶的跑道，其道面向前上弯延伸为闭合环状，该道面位于或者覆盖于或高于航天舱局部舱壁的内侧表面。
2.按照权利要求1所述的跑道，其侧边或附近有扶手或把手或栏杆或蹬杆或踏板或者有凸起形脚蹬或凹陷形脚蹬。
3.按照权利要求1所述的跑道，该跑道由连续承载板构成，所述道面为环状承载板内侧表面。
4.按照权利要求3所述的跑道，所述承载板具有支撑部分或增强构造或者与航天舱局部结构连接的连接部分或者减震或消声或隔音层或者减震或消声或隔音部件。
5.按照权利要求1所述的跑道，其环状的几何中心对称轴线上或附近有由舱壁或支持部分支持的中心轴。
6.按照权利要求5所述的跑道，所述中心轴悬挂有回转悬挂装置，该回转悬挂装置可以自由围绕中心轴回转。
7.按照权利要求1所述的跑道，其表面有纵向连续的突起或凹下或为轨道状，以防止沿跑道运动的器具脱离跑道。
8.一种载人器具，适合在权利要求1所述跑道上运动，包括：与所述跑道道面纵向曲率相近的弧形或弯折状或环状的乘用底盘，承载该乘用底盘在所述跑道道面上移动的负载系统，该负载系统可以采用以下系统之一：
A、与所述跑道道面借助润滑剂滑动接触并且支撑该乘用底盘的滑动系统；
B、以气体悬浮方式在所述跑道道面上悬浮并且支撑该乘用底盘的气体悬浮系统；
C、以磁悬浮方式在所述跑道道面上悬浮并且支撑该乘用底盘的磁悬浮系统；
D、以轮轴滚动方式在所述跑道道面上滚动并且支撑该乘用底盘的轮轴系统
E、以在环状的乘用底盘与环形跑道的间隙中安排多颗滚珠或滚球或滚柱或滚轮以支撑该乘用底盘的滚动系统。
9.按照权利要求8所述的载人器具，采用人力或电力驱动。
10.一种航天舱，其局部舱壁内表面为权利要求1所述跑道道面。
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