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如果带着降落伞从太空跳下,会出现什么状况,能安全落地吗?

这得看如何定义这个“太空”。

科学界的普遍共识是,大气层以外的整个空间被称为太空。大气层一般分为5个层次,从海平面算起,约10km高度以下为对流层,10km~40km为平流层,40km~80km为中间层,80km~370km为热成层,370km以上为电离层(外大气层)

地球大气层空气有75%的质量存在于对流层,97%的质量在平流层以下,在1.6万km还有空气存在,10万km高度还有空气粒子,最新研究认为,在距离地球60万km的距离,仍然有地球大气粒子存在。因此地球大气层没有一个明显的分界,这个大气层以外在哪里呢?

但国际航空联合会定义了一个“卡门线”,即距离地球海平面100km(千米或公里)的高度。人们一般把这个高度作为“太空”的最低高度,那里的空气密度只有海平面的30万分之一,在这个高度以下不能称为“太空”。而人造卫星类航天器,一般最低运行在热成层以上,那里的空气密度是海平面的千亿分之一以下。如果按照这个定义,迄今为止,还没有一个人类敢在所谓“太空”跳伞。

跳伞的基本条件

所谓跳伞,就是在一定高度,包括乘飞机、气球等航空器,或者从山顶悬崖、高层建筑等高空跳下,并借助空气阻力撑开降落伞,在开伞前后完成各种技巧动作,最终利用降落伞缓冲减速,降落到地面的一种运动。

从这个运动的基本过程和要求来看,其主要依托的是重力和空气。重力是来自于地心的引力起着对跳伞者的拉拽作用,让其下落速度越来越快;而空气的作用是增加跳伞者的阻力,加上降落伞打开后的增强阻力作用,最终达到一个重力与阻力的平衡,让跳伞者安全落地

在太空,空气已经十分稀薄,空气阻力几乎没有或者说十分微弱,因此如果在太空跳下,将失去空气阻力,也无法开伞,物体只能以自由落体方式下坠,是没有办法开展跳伞活动的。

现在一些号称的“太空跳伞”,实际上并非在卡门线以上的太空,而是在对流层,最多在平流层进行的活动。因此严格意义上来说,这类跳伞活动不能叫做“太空”跳伞,只能叫高空跳伞或超高空跳伞。

太空边缘跳伞的世界记录

人们把世界上几个超高空跳伞记录称为“在太空边缘的跳伞”,这只能是勇敢者游戏,没有过硬的技术和强大的心理支撑是不可能尝试的。

1960年,美国空军上校乔・基廷格创造了从31300米高空跳伞记录,被誉为“平流层跳伞之父;2012年,奥地利极限运动员菲利克斯・鲍姆加特纳创造了39045米高度跳伞记录,这次下落速度最高达到377.12m/s,突破音速340m/s;2014年,前谷歌副总裁阿兰・尤斯塔斯从41400米高空跳下,再次刷新跳伞高度世界纪录。

在这种高度跳伞,完全不是我们想象的那种常规跳伞了,因为在这个高度,空气密度只有海平面的1~3%,气压只有海平面的千分之一,体感温度低至-50℃,如果没有保护或者普通保护的常规跳伞,那跳伞者必死无疑。

首先在这样的高空空气密度不具备撑开降落伞的阻力,只能以自由落体方式下坠,速度极快,会导致身体过载;其次没有空气,无法呼吸;再次,极低的气压会导致体内气体膨胀,体液沸腾;再再次,被低温冻死。

因此以上几位挑战者在这个高度跳下,必须身穿保温保压供氧的太空服,身体还要能够耐受极高加速度过载。

飞机是无法飞到这么高的,因此这几位跳伞者都是乘着氦气球上去的。尤斯塔斯乘坐的氦气球没有像以往两次那样吊着一个维生系统的太空舱,而是将自己的身体直接吊在热气球上升空的。不过他穿着一套带有维生系统的特制太空衣,当气球升到预定高空后,他自己剪断吊着他的绳索,以自由落体落下。

尤斯塔斯在高空自由落体的时间维系了4分半钟,期间最高速度达到357.64m/s,超过音速,但似乎没有超过菲利克斯的记录,不过地面观测者观测到了他身上发生的小型音爆。

真正太空跳伞的后果

如果真的要实现太空跳伞,就必须到卡门线以上,也就是到达距离地面100km以上的高空,首先乘坐什么飞行器上去就是个问题。

氦气球是采用氦气比空气轻的原理,依托空气浮力不断上升的,到了40km高空以上,空气越来越稀薄,几乎没有空气浮力了,氦气球就无法上升了;而飞机更是依靠空气动力学上升的,没有空气就无法飞行。那么只能依靠火箭或宇宙飞船了。

宇宙飞船要达到7.9km/s的环绕速度,也就是第一宇宙速度,才能够环绕地球飞行而不被地球引力拉下来。空间在一般飞行在约400km高空,环绕速度需要约7.6km/s,那里受到的空气阻力很小,这样就不需要很多燃料,主要利用惯性维持自己的轨道。

在这个高度如果跳下,即便穿了太空服,也必死无疑。因为在这个高度,几乎没有空气阻力,跳出飞船(或空间站)后,这位跳伞者会以飞船同等速度继续环绕地球飞行,除非自己的宇航服有足够的动力装置,利用反推力将自己主动减速。

当然没有主动减速也终究会被动减速,这是因为在那个高度还是有那么一点空气阻力的,很可能要围绕着地球转几年后,这位跳伞者才会渐渐降低轨道,最终坠入大气层。没有什么航天服能够维持这么久的生命,因此这位倒霉的跳伞者在没有开伞之前,早就憋死饿死了。

这具尸体在进入卡门线高度以前,降落伞是完全没有用的,只能自由落体,速度保持7km/s以上速度。

随着大气密度的逐步增加,空气摩擦激波温度超过了1500℃,这位倒霉的跳伞者在没有进入卡门线时就被烧得连残渣也不剩了。这里速度过载和寒冷对这位已经死去的跳伞者早就没有意义了。因此所谓的太空跳伞是行不通的,从真正的太空跳下来只能叫作死。

当然,在科幻作品中这种太空穿梭的描述很多,什么超人、钢铁侠、蜂人、蚁人都能够做到这一点。不过这些都是娱乐,没有多少科学内核。

如果有太空边缘跳伞的机会,你愿意尝试吗?欢迎讨论,感谢阅读。

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