科学|带上降落伞,从国际空间站跳下,能安全达到地面吗?
乘坐热气球 , 或者是一个垂直与地面的向上发射的火箭 , 将你送入空气非常稀薄太空 , 甚至是宇宙中间 , 然后你跳下
接下来的结果就是你会在地球引力的作用下向着地球的中心加速 , 这个加速度一开始要稍慢一些 , 毕竟你这时离地心很远 , 随着你越靠近地心引力就越大 , 加速度也越大 。
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不考虑你是否能承受太空的低压和寒冷 , 你会在地球的引力下进入大气层 , 然后大气层会给你一个阻力 , 当你的速度达到一定的值 , 大气阻力会与引力相互平衡 。
这时你不再加速坠向地面 , 而是以一个基本恒定的速度下落 , 这个速度就是人体自由落体终端速度 , 不过这个速度跟你的迎风面有很大的关系 。
它有可能是1342公里/小时(373米/秒)这是最高世界纪录 , 也有可能你没人家的姿势优美远低于这个速度 , 也有可能你会打破这个纪录 。
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但是只要你携带的降落伞能够特定的高度安全打开 , 那么你完全可以从太空中跳入地球 , 并安全降落 。
但是从国际空间站跳下的话 , 事情就比较复杂了 , 不过可以肯定的是你绝对不会安全到底地面 , 而有可能在空中爆炸 。
原因并不是国际空间站处在地表以上大约400公里位置 , 跟高度没有关系 , 上文讨论的是你垂直到达任意高度 , 并没有轨道速度的情况下直接跳入地球 , 可以安全着陆 。
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但是国际空间站的轨道速度达到了7.8千米/秒 。 也就是说如果你从国际空间站跳下你一开始的初始速度为7.8千米/秒 , 这个速度远远高于音速的340m/秒 。
所以说这个问题就不是简简单单人类之前尝试的太空跳伞了 , 而是轨道跳伞 , 从来没人这么干过 。
绕地球运行轨道不仅仅非常高 , 它主要是速度非常 , 非常快 。 为什么航天器想要绕地球运行必须要这么快的速度呢?
牛顿最早的时候就想过一个大炮在地面上发射炮弹的问题 , 现在称为牛顿大炮 。 这是人类航天的基础 , 也是人类发射探测器的主要理论依据 。
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根据牛顿的理论 , 我们就能实现所有的空间探索 , 其实根本用不上爱因斯坦的那一套 。
你看当你向前扔一个东西的时候 , 被扔出的东西所形成的弯曲路径其实已经绕着地球的中心形成了一个轨道 , 但是由于速度很慢 , 这个轨道路径被地球表面挡住了 。
如果你用加农炮发射炮弹 , 曲线会变直一些 , 但最终这个路径还是会与地面相交 , 不过距离已经远了很多 。
如果你换一个初始速度非常快的加农炮 , 甚至是火箭 , 那么你可以让一个物体移动的速度非常快 , 以至于它下落的曲线与地球的曲率一致 , 那么它就不会被地球表面挡住了 。
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这是一个物体就会绕着地球进行不断重复的匀速圆周运动(不考虑空气阻力) 。 不过地球的曲率非常小 , 所以这个物体所需要的最低横向速度必须达到7.9km/s , 比音速快了23倍 。
这个速度就是人类航天器最小的发射速度 , 只有达到这个速度 , 航天器才能在近地轨道绕地球运行 。
国际空间站就处在400公里的近地轨道 , 当你想达到更高的轨道 , 就需要加速来克服地心引力 , 当你想降低轨道就需要减速 。
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所以说你背着降落伞直接向下跳 , 是跳不进地球太气层的 , 所以说你首先要必须降低自己的轨道速度 , 朝着空间站相反的方向用力一蹬 , 然后再抱个氧气瓶给你一个方向的推力 。
当你速度越来越慢 , 轨道也就越来越低 , 然后你就会感觉到一股燥热 , 因为这时你已经能够感受到空气与你相互作用了 。
虽然这时的空气很稀薄 , 但是你的速度非常快 , 你面前的空气会被你压缩 , 感觉就像是在水里前进一样的阻力 。
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如果你的速度再次降低 , 那么你就会以切线的方式进入地球大气层 , 这时的空气密度就增加 , 由于你极高的速度 , 你会压缩面前的空气 , 感觉像是撞向了混凝土一样 。
而你面前被压缩的空气由于内能的急剧增加 , 会释放出大量的光和热 , 你整个人都会因为高温燃烧起来 。
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由于你的身体大部分是由水构成的 , 水在你体内迅速的沸腾 , 很可能会引发一场小型的爆炸 。 所以说 , 拥有一个极高初始速度的物体 , 进入大气层基本上会被燃烧殆尽 。
【科学|带上降落伞,从国际空间站跳下,能安全达到地面吗?】所以说未来航天员想要从轨道通过跳伞逃生首先要解决的就是隔热的问题 , 还有降落伞的问题 。 因为速度超过了23马赫(7.8千米/秒)的情况下 , 降落伞的强度本身是无法支撑任何物体 。
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