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最终极限:太空蹦极跳Comments>>

发表于 2013-06-20 10:30 | Tags 标签:,

David L. Chandler 文 Shea 编译

当美国空军上尉乔·基廷格(Joe Kittinger)站在舱口的时候,他距离地面31千米,那时他或许在想,我是不是正在犯下一个致命的错误?在上升到这一高度的过程中,他的加压服手套被撑破了,而这恰恰是他活着重返地面的关键。

基廷格,一个两次打破伞跳纪录的老兵,他没有告诉任何人。他知道,如果地面人员发现了,他们会取消这一行动,这是他不希望看到的。凭借着试飞员的勇敢,他决心咬紧牙关放手一博。

SpaceDiving1 [图片说明]:基廷格在1960年进行的创纪录的一跳。

暴露在接近真空的平流层,他所处的位置大约是民航客机巡航高度的3倍,由于他的手肿胀到了正常大小的两倍,因此他必须忍受剧烈的疼痛。但正如事后所发现的,恰恰是这一肿胀救了他的命。它堵住并且密封了他的加压服套,使得其身体的其他部分免于经历致命的失压。基廷格从他的气球吊舱纵身跳下,很快在稀薄的空气中就以近每小时1,000千米的速度下降。在距离地面约5千米的地方,他打开了主降落伞。在离开吊舱13分45秒后安全着地。四小时之后,他手部的肿胀才得以消退。

当时是1960年8月16日,这一被称为“精益求精”的计划和基廷格的冒险壮举为高空跳伞创下了一项高度纪录。
2012年10月14日,这项保持了52年的纪录成为了历史。奥地利跳伞员菲利克斯·鲍姆加特纳(Felix Baumgartner)在距离地球表面39千米的平流层高空尝试自由落体运动,在降落伞打开安全着陆前,他在空中最高下降速度达到超音速的1,342千米/小时,这是人类第一次依靠自由落体突破音速(详见插页)。

和使用氦气球吊舱的鲍姆加特纳不同,有科学家和工程师提出,他们最终的目标将是从一枚火箭的顶部跳下。而这一火箭是设计来把乘客送入太空体验几分钟的失重状态并且一览地球壮观景色的。

这听起来似乎非常冒失,但其实还不止这些。这些冒险家以及他们背后的安全专家和工程师将借此测试和改进加压服、降落伞和生命维持系统。一旦商业太空飞行变得普及,这些东西都将成为必需品。这些装备有朝一日兴许会挽救因紧急情况而无法正常返回地面的太空游客的生命。总之,它们将成为太空时代的救生艇。

刺激2012:首次超音速自由落体

自52年前基廷格创下31,333米的纪录之后,虽然也有人试图打破这一纪录,但都没有成功——1966年5月1日美国人尼克·皮安塔尼达(Nick Piantanida)在乘坐气球上升过程中宇航服失压导致昏迷并于1966年8月29日去世。现在,奥地利跳伞员菲利克斯·鲍姆加特纳(Felix Baumgartner)打破了这一纪录。

2003年鲍姆加特纳成为了第一个以自由落体的形式横跨英吉利海峡的人。2012年10月14日,这一次他乘坐氦气球上升到39,045米的高空。在历时约2.5小时的上升阶段之后,他打开重一吨的密封舱的舱门,然后纵身跳下,旨在打破跳伞的最高高度以及最快、持续时间最长的自由下落纪录。

SpaceDiving2 [图片说明]:鲍姆加特纳从高空跃下的实拍图像。

这一跳是极端危险的。在跳出密封舱之后几十秒,他的速度就会达到超音速,由此产生的激波将是一个大问题。在飞行器研发的早期,人们相信“音障”是一道无法逾越的墙,硬闯的后果只有粉身碎骨。而鲍姆加特纳则用血肉之躯来挑战这一极限。

不过,担任这次跳伞医疗主任的克拉克指出,目前已经有在3倍音速下飞机被毁但飞行员幸存的案例,因此这不仅仅存在理论上的可能性。

在下降大约6分钟之后,鲍姆加特纳在距离地面1,520米左右的高度打开他的降落伞。

这次跳伞的高度远远高于19,000米的阿姆斯特朗线,在阿姆斯特朗线上由于大气压过低液体开始沸腾。因此,如果在这个过程中鲍姆加特纳打开了他的面罩或者宇航服,那么他体内的液体将不再受他的控制,会从他的眼睛和口腔渗出,场景堪比任何恐怖电影。短时间内就会死亡。

为了保护自己,鲍姆加特纳将穿着和目前航天飞机上所使用的相同气密加压宇航服,但他的会更加灵活。这使得他能够摆出标准的跳伞减速姿势。

另一个问题是不受控制的旋转,这会使得他昏迷。遍布宇航服的传感器会不断地监测他的加速度、姿态和心跳,并且通过无线电发回地面。如果需要,一个小降落伞会被打开以此来稳定他的下落状态。

通过彰显一个人能够从特定的高度以超凡的速度安全返回地面,鲍姆加特纳及其背后的团队说明,如果不得已弃船,宇航员使用类似的系统也能生还。

基廷格说:“更快、更强是人类的天性。”但这绝对不是为了冒险而冒险。这一跳为下一代的宇航服收集了重要的数据。

寻求刺激

太空旅行是有风险的。到目前为止大约有500人进入过太空,其中在飞行或者测试阶段有22人死亡,死亡率接近5%。劳雷尔·克拉克(Laurel Clark)就是其中之一,她在2003年“哥伦比亚”号航天飞机再入事故中罹难。她的丈夫乔纳森·克拉克(Jonathan Clark)之前是美国宇航局的外科医生和军方高空跳伞员,现在则正在花大量时间来开发能拯救未来遇到类似情况的太空旅客的设备和技术上。

把超高空跳伞做为一项追求刺激的运动来开发是在这条道路上迈出的第一步。极限运动经常会为某些活动的安全措施打下基础,后者随之就会慢慢普及。例如,赛车运动中就率先采用了许多今天我们习以为常的技术,其中包括了第一条汽车座位安全带。

现在,有数家公司正在投资数百万美元来开发新型火箭把付费的旅客送入太空。其中一些把太空跳伞看作是处于胚胎期的太空旅游业的一项收入。对于一般人而言,一次火箭飞船之旅可能就已经足够了。但是,对于热衷于寻求刺激的极限运动爱好者而言,他们才是真正的“回头客”。

2007年克拉克和其他几个人创立了“太空跳伞”公司,以此来开发和推广这项运动。在此之前,他创办了“轨道旅行用品”公司来设计、制造和出租供未来太空爱好者穿的太空服。总而言之,这是推动太空跳伞的前所未有的努力。

他们正在开发一种乍看之下非常奇特的方法来把太空跳伞员送入太空。有一家美国的宇航公司正在研制一种可以运送游客、垂直起降的航天器,它可以为太空跳伞者提供完美的起跳点。在垂直飞行路线的顶端,粗短的圆锥形火箭会滑行减速直到落回地球。他们计划在火箭的顶部建一个平台,由此可以把一个身着宇航服的乘客送入太空。

SpaceDiving3 [图片说明]:鲍姆加特纳身着的跳伞服。

在飞行的最高点,使用气囊或弹簧座椅,这名乘客会被弹射出座舱。这里的关键是要使得跳伞员尽快远离航天器,以避免两者发生碰撞。

接下去跳伞员必须依靠宇航服、生命支持系统和降落伞来安全返回地面。最初的下降过程应该尽可能得快速,以此来减少跳伞员暴露在低温、几近真空的环境中的时间。在被弹射出火箭之后,和基廷格以及鲍姆加特纳那一跳一样,太空跳伞员一开始会感到令人恐怖的寂静。由于地处30千米的高空,空气非常稀薄,根本感觉不到运动,因为没有空气冲击或压力。而下方的地面又太遥远,感觉不到自己在下落。

渐渐地,随着空气密度的升高,空气对跳伞员身体的压力也会增加,由此造成减速。一个仍有待解决的问题是,如何避免跳伞员在这个过程中姿态出现旋转,这可能会让他们昏迷。在早期高空气球跳伞中这时有发生。可以通过为加压服配备稳定翼或喷射低温气体来控制姿态。就像常规的跳伞一样,太空跳伞员姿态哪怕是微小的调整都是需要技巧的。到底是采用头冲下的姿势还是经典的四肢水平展开的姿势会达到最好的效果目前还没有定论。一旦距离地面只有1~2千米主降落伞会自动打开,跳伞员随之将轻轻触地。

为了纪念1960年破纪录的壮举,用于首次太空跳伞的火箭被命名为“精益求精”2。在“精益求精”计划执行时还没有任何人乘坐火箭进入过太空,而测试人类在太空中的生存能力则是它的主要目的之一。

更重要的是,运送跳伞员的飞船将由地面控制,这样在跳伞员弹出之后它可以在无人驾驶的情况下返回地面。由于不需要驾驶员,人员生命安全的风险就下降了50%。

在真正的太空跳伞前,需要先进行低空测试。首先,工程师们会使用假人来测试火箭的弹射系统。然后,一名跳伞员会乘坐火箭升空并且在大约3千米的高空跳下,用来证明跳伞员可以安全地与火箭分离,而他/她也将成为第一个从火箭上跳伞的人。这些早期的测试将会是证明这一方案可行性的关键证据。

但这远不是问题的全部。宇航服的设计还有很长的一段路要走,降落伞也是如此。设计师们正在和美国宇航局喷气推进实验室的工程师合作,后者有着为火星着陆器设计降落伞的丰富经验,精通在火星稀薄的大气中进行伞降。一旦这项极限运动流行起来,它反过来还会为未来的火星任务设计者积累切身体会的经验。

太空跳伞的宇航服也在研发中。低空游客身着的宇航服具有和1986年“挑战者”号航天飞机失事之后宇航员所穿的橙色加压服具有相同的功能。它的作用是在座舱突然失压或者被迫弹射的情况下保护人体。为太空跳伞设计的后续版本则更类似于宇航员进行太空行走时所穿着的宇航服,但它动起来会更灵活,同时还会为下降阶段提供生命保障系统。

处于真空的太空或者是接近真空的高空,人的血液会沸腾,因此保持压力是至关重要的。对于太空跳伞而言温度控制也是一个尤为棘手的问题。由于空气摩擦的积累,宇航服外侧的温度会大为升高。随后,当跳伞员减速的时候,冰冷的地球上层大气又会将其冷却到-40℃左右。

为此需要一个使用液体循环的温度控制系统来在这两个阶段保持跳伞员的舒适。而工程师的最终目标是开发出能应对任何情况的宇航服。为此,需要审视整个过程的每个细节,并且不停地问自己“如果这里出了问题,会怎么样?该怎么办?”这是保全跳伞员性命的关键步骤。

SpaceDiving4 [图片说明]:未来太空跳伞员身着宇航服的概念图。

太空救生艇

作为新一代,鲍姆加特纳首先打破了基廷格的纪录,从距离地面39千米跃下。接下去兴许则是上升到91千米处完成真正意义上的“太空第一跳”。

而最终的目标则是能研发出一个系统,它能够让宇航员脱离轨道飞行器并且安全返回地面。例如,国际空间站的轨道高度在320~350千米之间,但高度本身并不是问题:任何可以让人安全从太空边缘安全着陆的系统同样也可以用于更高的静止跳跃。真正的挑战是,如何把跳伞员每小时数万千米的轨道速度降低并且把这部分能量在再入的过程中耗散到大气中去。

多年来工程师们研究了许多不同的方案,其中包括了小型充气“救生船”。但最大的问题是如何把热量散布到一个足够大的面积上并由此耗散掉。另一个方案则是使用类似“太空船一号”这样的无人驾驶太空飞机。它不需要乘客干预,甚至可以运送已经失去知觉的病人。它的作用更像是轨道救护车。

在这些太空救生船真正成为现实之前,眼前的重点还是研发太空伞降系统。这是一项有趣的挑战。

(本文已刊载于《太空探索》2013年第1期)

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7 Responses to “最终极限:太空蹦极跳”

  1. guest说道:

    嗯……发现神译名:刺激1995

  2. ybbpgfjtey说道:

    我果然看到了红牛敢死队的图标。

  3. 丹东巴布罗夫将军说道:

    假如这世上只有中国人,科技水平将落后一万年,冒险系数将落后十万年。

    • Raymond说道:

      别装逼了,加入世上没有中国人,又是如何?

    • 怀瑾握瑜说道:

      我去,你不是中国人嘛?中国人就不行吗?!五千年的历史就没有辉煌的一面吗,现在的中国是不复之前的荣光了但是中国人哪一点比外国人差了。最讨厌你这种抱有外国月亮都比中国的圆思想的人了,崇洋媚外!怪不得现代中国文化风气大不如前!

  4. someone说道:

    这是美帝在验证轨道空降的可能性么???

  5. versugw www.kuaipu.com.cn说道:

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