航空科普:如果帶著降落傘從太空跳下,會(huì)出現(xiàn)什么狀況,能安全落地嗎?
來(lái)源:時(shí)空通訊
發(fā)布時(shí)間:2021-09-29
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這得看如何定義這個(gè)“太空”。

科學(xué)界的普遍共識(shí)是,大氣層以外的整個(gè)空間被稱為太空。大氣層一般分為5個(gè)層次,從海平面算起,約10km高度以下為對(duì)流層,10km~40km為平流層,40km~80km為中間層,80km~370km為熱成層,370km以上為電離層(外大氣層)

地球大氣層空氣有75%的質(zhì)量存在于對(duì)流層,97%的質(zhì)量在平流層以下,在1.6萬(wàn)km還有空氣存在,10萬(wàn)km高度還有空氣粒子,最新研究認(rèn)為,在距離地球60萬(wàn)km的距離,仍然有地球大氣粒子存在。因此地球大氣層沒(méi)有一個(gè)明顯的分界,這個(gè)大氣層以外在哪里呢?

但國(guó)際航空聯(lián)合會(huì)定義了一個(gè)“卡門線”,即距離地球海平面100km(千米或公里)的高度。人們一般把這個(gè)高度作為“太空”的最低高度,那里的空氣密度只有海平面的30萬(wàn)分之一,在這個(gè)高度以下不能稱為“太空”。而人造衛(wèi)星類航天器,一般最低運(yùn)行在熱成層以上,那里的空氣密度是海平面的千億分之一以下。如果按照這個(gè)定義,迄今為止,還沒(méi)有一個(gè)人類敢在所謂“太空”跳傘。

跳傘的基本條件

所謂跳傘,就是在一定高度,包括乘飛機(jī)、氣球等航空器,或者從山頂懸崖、高層建筑等高空跳下,并借助空氣阻力撐開降落傘,在開傘前后完成各種技巧動(dòng)作,最終利用降落傘緩沖減速,降落到地面的一種運(yùn)動(dòng)。

從這個(gè)運(yùn)動(dòng)的基本過(guò)程和要求來(lái)看,其主要依托的是重力和空氣。重力是來(lái)自于地心的引力起著對(duì)跳傘者的拉拽作用,讓其下落速度越來(lái)越快;而空氣的作用是增加跳傘者的阻力,加上降落傘打開后的增強(qiáng)阻力作用,最終達(dá)到一個(gè)重力與阻力的平衡,讓跳傘者安全落地。

在太空,空氣已經(jīng)十分稀薄,空氣阻力幾乎沒(méi)有或者說(shuō)十分微弱,因此如果在太空跳下,將失去空氣阻力,也無(wú)法開傘,物體只能以自由落體方式下墜,是沒(méi)有辦法開展跳傘活動(dòng)的。

現(xiàn)在一些號(hào)稱的“太空跳傘”,實(shí)際上并非在卡門線以上的太空,而是在對(duì)流層,最多在平流層進(jìn)行的活動(dòng)。因此嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō),這類跳傘活動(dòng)不能叫做“太空”跳傘,只能叫高空跳傘。

超高空跳傘的世界記錄

人們把世界上幾個(gè)最高空跳傘記錄稱為“在太空邊緣的跳傘”,這只能是勇敢者游戲,沒(méi)有過(guò)硬的技術(shù)和強(qiáng)大的心理支撐是不可能嘗試的。

1960年,美國(guó)空軍上校喬·基廷格創(chuàng)造了從31300米高空跳傘記錄,被譽(yù)為“平流層跳傘之父;2012年,奧地利極限運(yùn)動(dòng)員菲利克斯·鮑姆加特納創(chuàng)造了39045米高度跳傘記錄,這次下落速度最高達(dá)到377.12m/s,突破音速340m/s;2014年,前谷歌副總裁阿蘭·尤斯塔斯從41400米高空跳下,再次刷新跳傘高度世界紀(jì)錄。

在這種高度跳傘,完全不是我們想象的那種常規(guī)跳傘了,因?yàn)樵谶@個(gè)高度,空氣密度只有海平面的1~3%,氣壓只有海平面的千分之一,體感溫度低至-50℃,如果沒(méi)有保護(hù)或者普通保護(hù)的常規(guī)跳傘,那跳傘者必死無(wú)疑。

首先在這樣的高空空氣密度不具備撐開降落傘的阻力,只能以自由落體方式下墜,速度極快,會(huì)導(dǎo)致身體過(guò)載;其次沒(méi)有空氣,無(wú)法呼吸;再次,極低的氣壓會(huì)導(dǎo)致體內(nèi)氣體膨脹,體液沸騰;再再次,被低溫凍死。

因此以上幾位挑戰(zhàn)者在這個(gè)高度跳下,必須身穿保溫保壓供氧的太空服,身體還要能夠耐受極高加速度過(guò)載。

飛機(jī)是無(wú)法飛到這么高的,因此這幾位跳傘者都是乘著氦氣球上去的。尤斯塔斯乘坐的氦氣球沒(méi)有像以往兩次那樣吊著一個(gè)維生系統(tǒng)的太空艙,而是將自己的身體直接吊在熱氣球上升空的。不過(guò)他穿著一套帶有維生系統(tǒng)的特制太空衣,當(dāng)氣球升到預(yù)定高空后,他自己剪斷吊著他的繩索,以自由落體落下。

尤斯塔斯在高空自由落體的時(shí)間維系了4分半鐘,期間最高速度達(dá)到357.64m/s,超過(guò)音速,但似乎沒(méi)有超過(guò)菲利克斯的記錄,不過(guò)地面觀測(cè)者觀測(cè)到了他身上發(fā)生的小型音爆。

真正太空跳傘的后果

如果真的要實(shí)現(xiàn)太空跳傘,就必須到卡門線以上,也就是到達(dá)距離地面100km以上的高空,首先乘坐什么飛行器上去就是個(gè)問(wèn)題。

氦氣球是采用氦氣比空氣輕的原理,依托空氣浮力不斷上升的,到了40km高空以上,空氣越來(lái)越稀薄,幾乎沒(méi)有空氣浮力了,氦氣球就無(wú)法上升了;而飛機(jī)更是依靠空氣動(dòng)力學(xué)上升的,沒(méi)有空氣就無(wú)法飛行。那么只能依靠火箭或宇宙飛船了。

宇宙飛船要達(dá)到7.9km/s的環(huán)繞速度,也就是第一宇宙速度,才能夠環(huán)繞地球飛行而不被地球引力拉下來(lái)??臻g在一般飛行在約400km高空,環(huán)繞速度需要約7.6km/s,那里受到的空氣阻力很小,這樣就不需要很多燃料,主要利用慣性維持自己的軌道。

在這個(gè)高度如果跳下,即便穿了太空服,也必死無(wú)疑。因?yàn)樵谶@個(gè)高度,幾乎沒(méi)有空氣阻力,跳出飛船(或空間站)后,這位跳傘者會(huì)以飛船同等速度繼續(xù)環(huán)繞地球飛行,除非自己的宇航服有足夠的動(dòng)力裝置,利用反推力將自己主動(dòng)減速。

當(dāng)然沒(méi)有主動(dòng)減速也終究會(huì)被動(dòng)減速,這是因?yàn)樵谀莻€(gè)高度還是有那么一點(diǎn)空氣阻力的,很可能要圍繞著地球轉(zhuǎn)幾年后,這位跳傘者才會(huì)漸漸降低軌道,最終墜入大氣層。沒(méi)有什么航天服能夠維持這么久的生命,因此這位倒霉的跳傘者在沒(méi)有開傘之前,早就憋死餓死了。

這具尸體在進(jìn)入卡門線高度以前,降落傘是完全沒(méi)有用的,只能自由落體,速度保持7km/s以上速度。

隨著大氣密度的逐步增加,空氣摩擦激波溫度超過(guò)了1500℃,這位倒霉的跳傘者在沒(méi)有進(jìn)入卡門線時(shí)就被燒得連殘?jiān)膊皇A?。這里速度過(guò)載和寒冷對(duì)這位已經(jīng)死去的跳傘者早就沒(méi)有意義了。因此所謂的太空跳傘是行不通的,從真正的太空跳下來(lái)只能叫作死。

當(dāng)然,在科幻作品中這種太空穿梭的描述很多,什么超人、鋼鐵俠、蜂人、蟻人都能夠做到這一點(diǎn)。不過(guò)這些都是娛樂(lè),沒(méi)有多少科學(xué)內(nèi)核。

如果有太空邊緣跳傘的機(jī)會(huì),你愿意嘗試嗎?




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