پرواز گرانش صفر(قسمت اول)

بی‌وزنی احساسی است که فرد در حین سقوط آزاد بدون داشتن وزن ظاهری تجربه می‌کند. عبارت گرانش صفر اغلب به عنوان یک واژه مترادف با بی‌وزنی به کار می‌رود. بی‌‌وزنی در مدار در نتیجه حذف گرانش یا حتی کاهش قابل توجه آن نیست. در حقیقت شتاب ناشی از گرانش در ارتفاع صد کیلومتری نیز تنها سه درصد کمتر از مقدار آن بر روی سطح زمین است؛ به معنای دیگر، شخص ساکن در آن ارتفاع با نرخی تقریباً مشابه فرد نزدیک به زمین، شتاب سقوط می‌گیرد. بی‌وزنی در اصطلاح عام به حالتی اتلاق می‌شود که شخصی یا جرمی آزادانه سقوط کند؛ این حالت ممکن است در مدار، فضای ماورای جوّ (نواحی دوردست یک سیاره، ستاره یا اجرام عظیم دیگر)، یک هواپیما با مانوری منطبق بر یک مسیر پروازی سهموی خاص و یا دیگر روش‌ها و چارچوب‌های نامتعارف روی دهد. آنچه که انسان به عنوان وزن احساس می‌کند، واقعاً نیروی گرانشی که وی را به سمت مرکز زمین می‌کشد نیست؛ هرچند این عبارت، تعریف فنی وزن به شمار می‌رود. آنچه که ما به عنوان وزن حس می‌کنیم، در حقیقت نیروی عکس‌العمل عمودی زمین (یا هر سطح دیگری که روی آن قرار داریم) است که ما را به سمت بالا هل می‌دهد تا نیروی گرانش که باعث کشیده شدن به سمت پایین می‌شود را خنثی کند. این همان چیزی است که وزن ظاهری خوانده می‌شود. به عنوان مثال، قطعه فلزی که داخل یک ظرف قرار دارد، در صورت رها شدن ظرف به شکل سقوط آزاد بی‌وزنی را تجربه می‌کند. دلیل این پدیده آن است که هنگامی که قطعه و ظرف هر دو با سرعت یکسان به سمت پایین کشیده می‌شوند، هیچ نیرویی از جانب ته ظرف در مقابل نیروی گرانش به قطعه وارد نمی‌شود. در حالی که وقتی ظرف روی زمین ساکن است، نیروی گرانش پایین‌کشنده دقیقاً با نیروی وارده از ته ظرف، به همان اندازه و در جهت مخالف، خنثی می‌شود. از آنجا که می‌توان قطعه فلز‌ی ساکن بر روی زمین را تقریباً صلب فرض کرد، هر برش عرضی افقی قطعه نه تنها نیروی ناشی از گرانش را تجربه می‌کند بلکه وزن بخش‌های بالای خود را نیز تحمل می‌کند. در مورد یک شیء که از بالا آویخته شده و از زیر تکیه‌گاهی ندارد، فشار منفی یا گرادیان کشش وجود دارد؛ زیرا هر برش عرضی از جسم آویخته (مثلاً از یک ریسمان)، باید وزن بخش زیر خود را تحمل کند. بدین ترتیب، در بدن انسان نیز مرکز احساس وزن چنین گرادیان فشاری را حس می‌کند. به عنوان مثال، هنگام ایستادن بر روی یک پا، پای واقع بر روی زمین نیروی وزن تمامی بدن را حس خواهد کرد، در حالی‌که پای دیگر و هر دو بازو در معرض گرادیان‌های تنش وزن خود به سمت پایین کشیده می‌شوند. یک شخص به هنگام سقوط آزاد، وزن قابل‌ اندازه‌گیری خود را حس نمی‌کند؛ چرا که تمامی بخش‌های بدن وی به‌طور یکسان در حال شتاب‌گیری هستند. با استفاده از این ویژگی، می‌توان شرایطی را ایجاد کرد که شخص بتواند حالت بی‌وزنی را تجربه کند. اگر در شرایط عادی از یک ارتفاع پنج متری بپرید، حدود یک ثانیه طول می‌کشد تا به زمین برسید. در محیطی که گرانش آن یک درصد گرانش زمین است، طی همان ارتفاع حدود 10 ثانیه طول می‌کشد. اگر گرانش به یک میلیونیم گرانش زمین کاهش یابد، پرش از ارتفاع پنج متری تا رسیدن به سطح، 1000 ثانیه یا حدود 17 دقیقه به طول خواهد انجامید! این در حالی است که با توجه به قانون گرانش و رابطه گرانش با عکس مجذور فاصله، برای رسیدن به جایی که گرانش زمین به یک میلیونیم مقدار آن در سطح زمین کاهش یابد، باید 37/6 میلیون کیلومتر از زمین فاصله بگیریم (حدود 17 برابر دورتر از ماه!). تصور کنید در یک آسانسور روی باسکول قرار دارید. اگر آسانسور بدون شتاب حرکت کند، شما وزن عادی خود را می‌بینید. اگر آسانسور با شتاب به سمت بالا حرکت کند، وزن شما بیشتر از معمول نشان داده می‌شود. ولی اگر آسانسور با شتاب به پایین حرکت کند، وزن ظاهری شما کاهش می‌یابد. در صورتی که کابل آسانسور ناگهان پاره شود، شما برای چند لحظه سقوط آزاد و بی‌وزنی را تجربه خواهید کرد. در حال حاضر، استفاده از روش‌های گوناگون برای کم کردن وزن ظاهری و رسیدن به شرایط بی‌وزنی با اهداف تحقیقاتی و تجاری در سراسر جهان انجام می‌شود. از سوی دیگر، ایجاد شرایط گرانش صفر بر روی زمین، امری حیاتی برای آزمایش‌های مقدماتی فضایی است. این آزمایش‌ها می‌تواند در پیشبرد اهداف و موفقیت پروژه‌های فضایی نقش تعیین‌کننده‌ای را ایفا کند و دقت عملکرد تجهیزات مختلف را در سفرهای فضایی سرنشین‌دار و بدون سرنشین به میزان قابل‌توجهی بهبود بخشد. مطالعه حالت مواد و برهم‌کنش آنها در شرایط گرانش ناچیز، فرصتی است تا مرزهای علم گسترش یابد. این تحقیقات شامل بیوفناوری، علوم احتراق، فیزیک سیالات، فیزیک پایه و علم مواد می‌شود. در مقابل، هزینه صرف شده برای چنین آزمایش‌هایی در مقایسه با هزینه‌های سرسام‌آور سفرهای فضایی، با توجه به نتایج با ارزش آنها بسیار ناچیز است. روش‌های گوناگونی برای ایجاد بی‌وزنی بدون خروج از جوّ زمین وجود دارد. یکی از روش‌های کارآمد کاهش وزن، استفاده از پروازهای گرانش صفر است. در این نوع پروازها، شرایط بی‌وزنی با استفاده از هواپیما و طی مانورهای سهمی‌شکل ویژه‌ای حاصل می‌شود. پیش از پرواز، تغییرات لازم در فضای داخلی هواپیما را جهت انجام مناسب آزمایش‌ها اعمال می‌کنند. پروازهای گرانش صفر با توجه به هزینه، مدت زمان ایجاد شرایط بی‌وزنی در هر مانور، امکان انجام انواع آزمایش‌ها و دیگر ویژگی‌های منحصر به‌فرد، روش بسیار مؤثری برای ایجاد بی‌وزنی محسوب می‌شوند؛ به‌ویژه که با استفاده از آنها، حتی افراد عادی نیز می‌توانند شرایط بی‌وزنی را تجربه کنند. ایجاد بی‌وزنی و تأثیرات آن بسیاری از بازدیدکنندگان مراکز فضایی، سراغ اتاق ویژه‌ای را می‌گیرند که گرانش در آن با زدن دکمه‌ای ناگهان ناپدید شده و فضانوردان می‌توانند در محیط آن معلق شوند! حقیقت این است که گرانش زمین هیچ‌گاه از بین رفتنی نیست. برای کاهش وزن و در نهایت رسیدن به شرایط بی‌وزنی، باید به طریقی بر گرانش زمین غلبه کرد. تجربه بی‌وزنی در شرایط گرانش صفر و یا گرانش ناچیز حاصل می‌شود. گرانش صفر غالباً عبارت گرانش صفر یا گرانش کاهش‌یافته برای توصیف حالت بی‌وزنی استفاده می‌شود، اما در واقع، فرض صفر بودن گرانش از نظر علمی نادرست است. یک فضاپیما و محتویاتش توسط نیروی گرانش سیاره‌ای که به دور آن می‌چرخند، در مدار خود نگاه داشته می‌شوند و همگی تقریباً در معرض نیروی گرانش برابری قرار می‌گیرند. فلسفه باقی ماندن ماهواره‌ها در مدار این است که به دلیل چرخش آنها به دور زمین با سرعتی خاص، نیروی گریز از مرکز به آنها وارد می‌شود که این نیرو، نیروی گرانش زمین را خنثی می‌کند. از نظر فیزیکی، عبارت گرانش صفر برای توصیف شرایط سقوط آزاد درون وسایل فضایی واقع در مدار استفاده می‌شود. البته همان‌گونه که ذکر شد، گرانش همچنان در فضا وجود دارد و مانع از پرواز آزادانه ماهواره در فضای تهی بین‌‌سیاره‌ای می‌شود. سرعت مماسی بسیار زیاد ماهواره‌ها به آنها اجازه می‌دهد که با وجود کشش اجتناب‌پذیر به سوی میدان گرانش زمین، به پایین سقوط نکنند. بنابراین آنچه که ماهواره‌ها را بالای زمین نگه‌ می‌دارد، ناشی از فقدان گرانش نیست بلکه سرعت چرخش فضاپیماست. گرانش ناچیز عبارت گرانش ناچیز نیز در کنار گرانش صفر به کار می‌رود، چرا که بی‌وزنی در یک فضاپیما تمام و کمال نیست. دلیل خنثی نشدن کامل گرانش در حالت چرخش ماهواره در مدار زمین یا سفر یک فضاپیما را می‌توان موارد زیر ذکر کرد: نیروی گرانش برای جرم واحد، به ازای هر سه متر افزایش ارتفاع تقریباً به میزان یک میکرونیوتن کاهش می‌یابد. اجسامی که جرم متمرکز یا نقطه‌ای ندارند، نیروی کشش متغیری به بخش‌های مختلفشان وارد می‌شود.نیروی جانب مرکز در فضا‌پیمای واقع در مدار در بخش فوقانی بیشتر از قسمت‌های پایینی آن است.اشیای رها شده در فضاپیما به سوی متراکم‌ترین بخش فضاپیما سقوط می‌کنند تا اینکه در نهایت سطوح فضاپیما را لمس کرده، حرکتشان متوقف شده و احساس وزن کنند.در ارتفاع مداری شاتل فضایی یعنی 185 تا 1000 کیلومتر، هوا با وجود اینکه بسیار رقیق است، ولی همچنان باعث کاهش سرعت وسیله بر اثر اصطکاک می‌شود. از این نیروی پسآ، به عنوان وزن در راستای حرکت وسیله نام برده می‌شود. در ارتفاعات بالاتر از 1000 کیلومتر، این نیرو در مقایسه با اثر بادهای خورشیدی قابل صرفنظر کردن است. در سال 2003، علامت گرانش ناچیز به عنوان نشان رسمی مأموریت اس‌تی‌اس-107 شاتل فضایی مورد استفاده قرار گرفت؛ زیرا که این مأموریت فضایی به تحقیقات جاذبه ناچیز اختصاص داشت. در داخل فضاپیما، گرانش ناچیز ممکن است در مدت زمان‌های طولانی پس از رها شدن سفینه در فضا، به شرطی که نیروی پیشرانی اعمال نشود و فضاپیما در حال چرخش نباشد، روی دهد. این شرایط هنگامی که فضاپیما راکت‌های خود را روشن می‌کند و نیروی پیشران بر اثر خروج گازهای حاصل از احتراق به فضاپیما اعمال می‌شود، از بین می‌رود. در چنین شرایطی، گرانش ناشی از شتاب فضاپیما، همه چیز را به سمت نیروی پیشران پرتاب می‌کند. تأثیرات بی‌وزنی بر سلامت با آزمایش بر روی فضانوردانی که برای مدت زمان‌های طولانی در ایستگاه‌های فضایی زندگی کرده‌اند، به اثبات رسیده است که شرایط بی‌وزنی در بلندمدت می‌تواند برخی اثرات نامطلوب بر بدن و روان انسان داشته باشد. در حقیقت بدن آدمی با شرایط حاکم روی زمین تطابق کامل پیدا کرده است؛ از این رو، قرار گرفتن در حالت بی‌وزنی باعث تغییر در فعالیت فیزیولوژیکی بدن به صورت موقت یا بلندمدت می‌شود. شایع‌ترین حالتی که انسان در چند ساعت اولیه بی‌وزنی تجربه می‌کند، فضازدگی است. از علایم این بیماری می‌توان به حالت تهوع، سرگیجه، سردرد و بی‌حالی اشاره کرد که اولین بار توسط گرمن تیتوف کیهان‌نورد روس در سال 1961 گزارش شد. از آن تاریخ به بعد، تقریباً در مورد 45 درصد فضانوردان این حالت مشاهده شده است. مدت این بیماری در افراد گوناگون متفاوت است، اما معمولاً بیش از 72 ساعت به طول نمی‌انجامد و پس از آن، فرد به شرایط عادت می‌کند. در این میان، مهم‌ترین اثر نامطلوب قرارگیری بلندمدت در شرایط بی‌وزنی، تحلیل عضلانی و تضعیف اسکلت استخوانی بدن است که می‌توان آن را با انجام فعالیت‌های ورزشی ویژه در فضا کاهش داد. از دیگر تأثیرات مهم شرایط بی‌وزنی می‌توان به تغییر در توزیع مایعات در بدن، کاهش سرعت گردش خون، کاهش تولید گلبول‌های قرمز، از بین رفتن توازن بدن و کاهش قدرت تدافعی اشاره کرد. همچنین گرانش صفر اثرات نامطلوبی بر چشم فضانوردان می‌گذارد که از میان آنها می‌توان به تورم چشم و افزایش فشار داخل چشم در ساعات اولیه حضور در فضا اشاره کرد. بسیاری از اثرات سوء بی‌وزنی مشابه اثرات پیری است. بنابراین دانشمندان بر این عقیده‌اند که با بررسی شرایط بی‌وزنی می‌توان تأثیرات افزایش سن را شناسایی و در صورت امکان بهبود بخشید. روند تضعیف استخوان و کاهش روند استخوان‌سازی در بدن در شرایط گرانش صفر هنوز به طور دقیق شناخته نشده است. این فرایند در فضا بر روی تمام اندام‌ها به طور یکسان اثر نمی‌گذارد. حتی مشخص شده است که برخی استخوان‌ها در یک سفر فضایی ممکن است تقویت شوند. در واقع، استخوان‌هایی که بیشترین فشار ناشی از گرانش را تحمل می‌کنند، در معرض تضعیف بیشتری قرار دارند. یکی از دلایلی که جلوگیری از فرایند تحلیل رفتن استخوان‌ها را با مشکل مواجه می‌کند، افت محسوس فشار خون در پاها در شرایط گرانش صفر است. تحلیل رفتن استخوان‌ها اندکی پس از حضور فضانوردان در فضا آغاز می شود. شرایط ویژه‌ای چون گرانش صفر، نور کم و تجمع درصد بالای دی‌اکسیدکربن اثرات نامطلوبی بر اسکلت بدن دارد. در چنین شرایطی، نرخ کاهش وزن برخی استخوان‌ها در حدود یک تا دو درصد در ماه، یعنی شش برابر نرخ تحلیل استخوان‌ها در بدترین حالت بر روی زمین است. تاکنون تمام فضانوردان درصدی کاهش وزن استخوان را پس از بازگشت به زمین تجربه کرده‌اند. در یکی از وخیم‌ترین موارد، دیوید ولف پس از چهار ماه و نیم حضور در ایستگاه فضایی میر، 40 درصد از وزن عضلات و 12 درصد از وزن استخوان‌های خود را در برخی اندام‌‌ها از دست داده بود. در شرایط بی‌وزنی، تمهیدات ویژه‌ای مثل ورزش کردن، استفاده از دستگاه‌های ارتعاش‌دهنده اندام‌ها با فرکانس پایین و یا داروهای تقویت استخوان آزمایش شده است. در عین حال، تا هنگام کشف روشی مؤثر برای جلوگیری از تضعیف استخوان‌ها و تحلیل عضلانی، عملاً سفرهای بلندمدت سرنشین‌دار مانند سفر به مریخ میسر نخواهد بود. دانشمندان همچنین در تلاشند تا با به کارگیری روش‌هایی مانند چرخش فضاپیما به دور خود و یا استفاده از تجهیزات مکانیکی پیشرفته، نوعی گرانش مصنوعی در فضاپیما ایجاد کنند تا اثرات سوء بی‌وزنی بر بدن فضانوردان به حداقل برسد. روش‌های ایجاد بی‌وزنی به منظور بهره بردن از مزایای گوناگون محیط گرانش ناچیز، روش‌های مختلفی برای ایجاد این شرایط وجود دارد. محیط گرانش صفر افزون بر کاربردهای آموزشی و تجاری، برای انجام آزمایش‌های گوناگون، از آزمایش‌های فیزیولوژی بر روی بدن انسان گرفته تا تغییرات مولکولی در مایعات، استفاده می‌شود. مدت زمانی که لازم است تا این نمونه‌ها‌ در شرایط گرانش صفر قرار گیرند نیز از چند ثانیه تا چند سال ممکن است تغییر کند. زمان لازم برای انجام آزمایش یا فعالیت در شرایط گرانش ناچیز، محل و شیوه ایجاد بی‌وزنی را تعیین می‌کند؛ اگر این مدت زمان در حد چند ثانیه باشد، از برج‌ها و دالان‌های سقوط، هواپیمای گرانش صفر و یا بالون‌ها استفاده می‌شود. در مواردی که نمونه‌ها‌ باید زمان بیشتری را در حالت بی وزنی سپری کنند، آزمایش در راکت‌های کاوش، شاتل فضایی یا ایستگاه فضایی انجام می‌شود. به طور کلی، روش‌های ایجاد شرایط گرانش ناچیز را که با هدف کاربردهای تحقیقاتی و تجاری توسعه یافته‌اند، می‌توان به تسهیلات کاهش وزن زمینی، پرنده‌های هوایی و پرنده‌های فضایی دسته‌بندی کرد. تسهیلات کاهش وزن زمینی تسهیلات زمینی که توسط آنها امکان کاهش وزن برای مقاصد تحقیقاتی فراهم می‌شود، به دو دسته کلی برج‌ها و دالان‌های سقوط و تسهیلات شناوری خنثی تقسیم می‌شوند. الف) برج و دالان‌‌های سقوط ایجاد گرانش ناچیز بر سطح زمین تنها با قرار دادن اجسام در شرایط سقوط آزاد قابل دستیابی است. با استفاده از برج‌های سقوط می‌توان نمونه‌های آزمایش را برای چند ثانیه در شرایط بی‌وزنی قرار داد. این روش کم‌هزینه بیشتر برای آزمایش نمونه‌های تحت سرمایش و یا در حال جامد شدن استفاده می‌شود. تسهیلات تحقیقات گرانش صفر از سال 1966 توسط بخش آزمایش‌های فضایی مرکز تحقیقات جان گلن ناسا برای محققان علوم و کاربردهای گرانش ناچیز ناسا اداره می‌شود. این تسهیلات منحصر به‌فرد، نقش مهمی را در طراحی، توسعه و آزمایش سخت‌افزارهای پروازهای فضایی و همچنین چگونگی تعریف مأموریت‌های فضایی ناسا ایفا می‌کند. بخش‌های گوناگون این مرکز شامل برج سقوط دارای محفظه آزمایش، سامانه کنترل و داده‌برداری، دوربین‌های عکاسی، سامانه تأمین نیرو برای آزمایش‌ها و امکانات فیلمبرداری است. جدا از تحقیقات ناسا برای توسعه تجهیزات فضایی با کمترین هزینه، کاربردهای تجاری این برج در مواردی مانند آزمایش‌های مربوط به ذخیره سیالات برودتی، تحقیقات علوم پایه، امکان‌پذیری انجام آزمایش‌های گوناگون در شرایط گرانش ناچیز ایستگاه فضایی، طراحی و توسعه تجهیزات فضایی و تحقیق اثرات گرانش ناچیز بر پدیده‌های فیزیکی مانند احتراق، فیزیک سیالات، زیست‌فناوری و علم مواد انجام می‌شود. بازیافت کپسول سقوط پس از انجام آزمایش در تسهیلات برج سقوط نمای برج و دالان سقوط در مرکز پروازهای فضایی مارشال ناسا برج سقوط مرکز دارای یک محفظه سقوط خلاء بوده که در آن می‌توان وسیله مورد آزمایش را برای مسافت 132 متر، در حدود 18/5 ثانیه در حالت سقوط و بی‌وزنی قرار داد. در انتهای مسیر، نمونه آزمایش در تپه‌ای از ذرات پلی‌اسیترن فرو رفته و شتاب بازدارنده‌ای معادل g 65 را تجربه می‌کند. برای شروع آزمایش در برج‌های سقوط، تجهیزات آزمایش را در محفظه آزمایش استوانه‌ای‌شکل قرار می‌دهند و با مکش هوا در محفظه، خلاء ایجاد می‌کنند تا اثرات شتاب ناشی از نیروهای پسای ایرودینامیکی کاهش یابد. حین سقوط، دوربین‌های داخل محفظه تحولات را ضبط و داده‌های اندازه‌گیری‌شده در اختیار آزمایش‌کنندگان قرار می‌گیرد. در عین حال، از این فناوری نمی‌توان برای آزمایش بر روی انسان استفاده کرد، چرا که شتاب بازدارنده در انتهای مسیر مرگ‌آور خواهد بود. بیشترین شتابی را که یک انسان به طور آنی می‌تواند بدون آسیب تحمل کند، در حدود g 20 است. از دیگر کشورهایی که دارای تسهیلات سقوط آزاد هستند، می‌توان به ژاپن، فرانسه و آلمان اشاره کرد. مرکز پروازهای فضایی مارشال ناسا در هانتسویل آلاباما نیز دالان سقوطی به ارتفاع 105 متر و قطر 4/25 سانتیمتر دارد و می‌تواند سقوط آزادی 6/4 ثانیه‌ای را در شرایط نیمه‌خلاء فراهم سازد. برای آزمایش‌های جامدشوندگی مواد، ابتدا با بمباران الکترونی یا کوره الکترومغناطیس، نمونه را ذوب کرده و سپس در دالان رها می‌کنند. در ژاپن، یک لوله حفاری 490 متری تبدیل به یک دالان سقوط شده که شرایطی با گرانش 5-10 برابر گرانش زمین را برای 10 ثانیه فراهم می کند. ب) شناوری خنثی کاهش وزن را همچنین می‌توان با استفاده از شناوری خنثی شبیه‌سازی کرد. در این فناوری، انسان و تجهیزات در آب و در حالت شناوری قرار داده می‌شوند. ناسا در آزمایشگاه‌های خود از شناوری خنثی برای تحقیق و آزمایش در مورد فعالیت‌های بیرون از فضاپیما مثل راهپیمایی فضایی استفاده می‌کند. این روش یکی از شیوه‌های اصلی آموزش و آماده‌‌سازی فضانوردان برای حضور در شرایط بی‌وزنی در مأموریت‌های فضایی سرنشین‌دار است. در واقع، موفقیت در یک عملیات راهپیمایی فضایی تا حد زیادی به تمرین‌های پیش از پرتاب فضانوردان در شرایط بی‌وزنی به‌ویژه در آزمایشگاه‌های شناوری خنثی بستگی دارد. گرچه تمرین در استخرهای آب زمینی دو تفاوت عمده با شرایط بی‌وزنی در فضا دارد. اول اینکه در شناوری خنثی، فضانوردان در شرایط بی‌وزنی کامل نیستند و در لباس‌های ویژه، وزن خود را همچنان احساس می‌کنند. مورد دوم به نیروی پسای آب و مقاومت آن در برابر حرکت بازمی‌گردد که برخی فعالیت‌ها آسان‌تر و برخی را سخت‌تر می‌کند. تست نمونه اولیه مدول کلمب ایستگاه فضایی بین‌المللی در آزمایشگاه شناوری خنثی ناسا این آزمایش‌ها همچنین در آزمایشگاه سیستم‌های فضایی دانشگاه مریلند انجام می‌شود که تنها دانشگاه دارنده فناوری شناوری خنثی در جهان است. در برنامه‌های تجاری نیز که توسط شرکت اسپیس‌ادونچر با مسئولیت محدود عرضه می‌شود، علاقه‌مندان می‌توانند زیر نظر کارشناسان، چگونگی یک راهپیمایی فضایی را در استخرهای مخصوص تجربه کنند. پرنده‌های هوایی مهم‌ترین روش‌های ایجاد شرایط گرانش ناچیز بدون ورود به مرز فضا، به ویژه در مواردی که حضور انسان در محل آزمایش ضروری است، با استفاده از هواپیماها انجام می‌شود. در این میان، بالون‌های مخصوص هم برای شبیه‌سازی بی‌وزنی در حال توسعه هستند. الف) بالون‌های گرانش ناچیز در مرکز فضایی مارشال ناسا امکان استفاده از یک کپسول سقوط مجهز به پیشرانه که برای ایجاد شرایط گرانش صفر از یک بالون رها می‌شود نیز بررسی شده است. مطالعات تجربی نشان داده است که کپسولی که از ارتفاع 40 کیلومتری سطح زمین رها شود، می‌تواند در حدود 20 ثانیه شتابی معادل 3-10 برابر گرانش زمین را فراهم سازد. تحقیقات بعدی نشان داد که اگر کپسول مجهز به پیشرانه باشد، غلبه بر نیروی ناشی از پسای هوا باعث می‌شود تا شرایط گرانش ناچیز در کپسول به 6-10 برابر گرانش زمین برای مدت 50 ثانیه بهبود یابد. در نهایت کپسول با چتر بر زمین فرود می‌آید. شمایی از کار بالون‌های گرانش ناچیز ب) پروازهای گرانش صفر اگر برای انجام برخی آزمایش‌ها و فعالیت‌ها، قرارگیری در شرایط گرانش ناچیز در بازه‌های زمانی کوتاه‌مدت کافی باشد، پروازهای گرانش صفر به عنوان کارآمدترین روش پیشنهاد می‌شود. با به‌کارگیری هواپیما و انجام مانورهای ویژه‌ای می‌توان شرایط گرانش ناچیز را ایجاد کرد. این نوع کاهش وزن، پروازهای گرانش صفر خوانده می‌شوند. اگرچه هواپیماها نمی‌توانند شرایط گرانش ناچیز را به کیفیت برج‌ها و دالان‌های سقوط ایجاد کنند، مزیت آنها این است که آزمایش‌کنندگان می‌توانند خود به انجام آزمایش بپردازند. هواپیماهای ویژه پروازهای گرانش صفر، هواپیماهایی چون ایرباس A-300 و KC-135 بوئینگ هستند که در فضای داخلی آنها به منظور انجام آزمایش در شرایط بی‌وزنی، تغییرات لازم داده شده است. چنین پروازهایی 2 تا 3 ساعت به طول می انجامد. هواپیماهای گرانش صفر می‌توانند با انجام مانورهایی سهمی‌وار، شتاب گرانش را برای مدت کوتاهی به حداقل برسانند. در بخش سوم، این نوع پروازها به تفصیل شرح داده می‌شوند. پرنده‌های فضایی برای انجام آزمایش‌های بلندمدت باید به فضا سفر کرد. زمان بی‌وزنی بیشتر، به آزمایش‌کنندگان اجازه می‌دهد تا فرایندهای با سرعت واکنش کمتر و اثرات نامحسوس را بررسی کنند. فضاپیماها را می‌توان آزمایشگاه‌های مناسبی برای تحقیقات گرانش صفر محسوب کرد که در آنها محققان خود می‌توانند شخصاً به انجام آزمایش بپردازند. آزمایش‌هایی که تا حدود دو هفته به طول می‌انجامد را می‌توان در شاتل فضایی انجام داد. در ایستگاه فضایی بین‌المللی نیز یک آزمایشگاه گرانش ناچیز منحصر به‌فرد ساخته شده است. الف) راکت‌های کاوش راکت‌های کاوش زیرمداری با طی مسیری سهمی‌وار قادر به ایجاد چند دقیقه سقوط آزاد و حالت بی‌وزنی هستند. شتاب در این حالت کمتر از 5-10 برابر گرانش زمین است. ناسا هم‌اکنون از بیش از 14 نوع متفاوت راکت کاوش برای تحقیقات گوناگون خود استفاده می‌کند. این راکت‌ها می‌توانند محموله‌هایی را تا ارتفاعی مابین 50 کیلومتر تا بیش از 1200 کیلومتر حمل کنند. مدت زمان بی‌وزنی در این راکت‌ها با توجه به عملکرد راکت ممکن است تا چند دقیقه طول بکشد. به عنوان مثال، راکت بلک برانت9 می‌تواند تا 7 دقیقه شرایط گرانش صفر را فراهم آورد. از دیگر راکت‌های معروف ناسا، می‌توان به راکت اسپار اشاره کرد که عموماً برای بررسی و تحقیق فیزیک سیالات، پخش مایعات و تجزیه الکتریکی استفاده می‌شود. این راکت می‌تواند محموله‌هایی با وزن 300 کیلوگرم را برای چهار تا شش دقیقه در شرایط بی وزنی قرار دهد. هزینه کم و امکان بازیافت محموله‌ها از مزایای این روش محسوب می‌شود. پروفیل پروازی راکت‌های گرانش ناچیز شمای راکت ویژه آزمایش‌های گرانش ناچیز