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揭秘太空超音速跳伞 航天服高度牢固并提供纯氧

http://www.kexue.com 2012-10-16 09:34:53 新浪科技  发表评论

奥地利跳伞高手费利克斯-鲍姆加特站在吊舱边缘,准备上演惊人一跳,用血肉之躯突破音速
奥地利跳伞高手费利克斯-鲍姆加特站在吊舱边缘,准备上演惊人一跳,用血肉之躯突破音速
同温层热气球,内充氦气,完全充满后的高度相当于55层楼,直径超过400英尺(约合121米)
同温层热气球,内充氦气,完全充满后的高度相当于55层楼,直径超过400英尺(约合121米)
太空边缘跳伞示意图
太空边缘跳伞示意图

  北京时间10月16日消息,据国外媒体报道,10月14日,奥地利跳伞高手费利克斯-鲍姆加特搭乘热气球搭载的吊舱进入12.8万英尺(约合39公里)的高空,而后纵身跃下,用血肉之躯突破音速,就此创造历史。这项惊人大冒险之所以能够成功除了要归功于鲍姆加特自身的努力和勇气外,与一系列科技武器同样密不可分,例如热气球、加压吊舱、加压跳伞服以及一系列电子设备。

  65年前,驾驶X-1试验飞机的美国上尉查尔斯-耶格尔成为世界上第一个速度突破音速的人。现在,奥地利跳伞高手鲍姆加特又创造一项壮举,凭借肉体突破音速。这位现年43岁的奥地利人借助特制的热气球进入12.8万英尺(约合39公里)的高空,而后纵身跃下,打破高空跳伞的高度和速度纪录。

  鲍姆加特对极限运动并不陌生,他是一位定点跳伞高手,曾以自由落体运动穿过英吉利海峡。此前,他就曾创造高空跳伞的高度纪录,成绩为10.2万英尺(约合31公里)。这一次,他刷新自己的纪录,同时创造自由落体的速度纪录。此项太空边缘跳伞挑战计划名为“红牛同温层”,由功能饮料生产商红牛提供赞助,在美国新墨西哥州的罗斯威尔上演。为了完成这项挑战,鲍姆加特的团队规划多年,准备所需设备和装置同时多次进行试跳。吊舱受损以及恶劣的风力条件一度让这项挑战推迟。10月14日,鲍姆加特最终得偿所愿,成为世界上用肉体突破音速第一人。

  同温层热气球

  此次创纪录的跳伞所面临的第一个技术挑战是如何进入太空边缘。鲍姆加特搭的跳伞高度达到12.8万英尺,是商业客机飞行高度的数倍,喷气飞机的飞行高度纪录也不过123520英尺(约合37648米)。这也就意味着,他不可能搭乘飞机进入这一高度。鲍姆加特搭采取的方式是搭乘由氦气球搭载的吊舱,吊舱的体积与一艘小型太空飞船相当。大导演詹姆斯-卡梅隆曾独自一人潜入海底7英里(约合1.1万米),鲍姆加特的跳伞高度是这一深度的近4倍。与卡梅隆一样,他也是独自一人完成挑战。从地面起飞到进入指定高度,他搭乘的氦气球共用了3个小时。

鲍姆加特的加压跳伞服
鲍姆加特的加压跳伞服
“红牛同温层”挑战计划的任务控制中心
“红牛同温层”挑战计划的任务控制中心
鲍姆加特胸部安装的电子设备
鲍姆加特胸部安装的电子设备

  加压吊舱

  鲍姆加特搭乘的吊舱重2900磅(约合1315公斤),它的命运完全由天气掌握。在7月进行的一次试跳中,吊舱在硬着陆时受损,修复受损的吊舱迫使太空跳伞的日期向后推迟。与卡梅隆的深海潜水器类似的是,吊舱也是一个加压球,直径8英尺(约合2.4米),采用玻璃纤维和环氧树脂制造,这一点与卡梅隆的深海潜水器不同,后者采用金属,直径4英尺(约合1.2米)。上升过程中,吊舱的压力增至8个大气压,相当于海平面上空1.6万英尺(约合4876米)的大气压。

  与赛车驾驶室类似,吊舱被铬钼钢管制造的一个笼形结构环绕,外层使用隔热玻璃纤维壳,让吊舱能够经受住零下-56.7摄氏度的低温考验。吊舱底部采用铝材料蜂窝结构,在降落过程中保护吊舱。蜂窝结构装有一次性缓冲垫,使其能够经受住8G冲击力考验。

  红牛将同温层热气球描述为一个“40英亩(约合242亩)的干洗袋”,采用塑料薄膜带制成,厚度只有0.0008英寸(约合0.02毫米)。如果将热气球完全铺展开来,面积接近200万平方英尺(约合16.2万平方米)。塑料薄膜带由聚酯纤维胶带加固。发射时,这个装满氦气的气球高度相当于55层楼,上升过程中,热气球不断膨胀,最终所充氦气将达到3000万立方英尺(约合85万立方米),此时的热气球高334英尺(约合101米),直径424英尺(约合130米),接近圆形。热气球所用的氦气能够装满两辆卡车,充气过程接近一个小时。

  高度牢固的加压跳伞服

  鲍姆加特的跳伞服基本上就是一件高度牢固的航天服,重8磅(约合3.6公斤),采用合成材料,压力达到3个大气压,保护他免遭极端温度侵害。此外,跳伞服还可以为鲍姆加特提供纯氧。红牛团队为鲍姆加特准备了两个降落伞,一个主降落伞,一个备用降落伞,以做到万无一失。在自由下落大约5分钟后,鲍姆加特进入密度更大的大气层,在速度降至大约每小时172英里(约合每小时277公里)之后,他会打开主降落伞。如果下落速度超过每秒115英尺(约合每秒35米)或者高度较低,自动防故障装置将打开主降落伞。15分钟后,鲍姆加特会安全降落地面。

  凭借此次惊人一跳,鲍姆加特打破了高空跳伞的高度和速度纪录。根据红牛团队的测量,他的最大下落速度接近每小时730英里(约合每小时1174公里),不仅打破此前的纪录,同时突破音速(接近每秒690米)。他的胸包内装有一个仪器包,用于记录自由下落时的速度,以确定是否突破音障。红牛的测量结果显示,鲍姆加特跳下吊舱一分钟后的速度接近每秒690米。高度较低的跳伞,速度受制于大气阻力,在超过10万英尺(约合3万米)的高空,速度因空气阻力小而大幅提高。

  下落过程中,鲍姆加特借助随身携带的摄影机将画面实时传给控制中心。除了翻滚时外,鲍姆加特在下落过程中大部分时间都可以与控制中心对话。跳下吊舱后大约4分22秒,他顺利打开主降落伞,而不是他希望的6分钟,可能原因在于下落速度超过预计。

  加速计和阻力伞

  很多人都看到过飞机失控旋转的画面,高空跳伞面临同样的危险,加之人体旋转的速度超过飞机,这种危险更大。失控旋转足以让人丧失意识,出现红视,并导致脑损伤。为了确保安全,红牛团队为鲍姆加特安装了一个特制的阻力伞,将在跳伞服上的加速计读数连续6秒超过3.5G后打开,起到稳定作用。下落过程中,鲍姆加特曾在中途发生翻滚,但很快调整过来。

  一系列仪器设备

  “谷歌眼镜”的摄影机和天线可用于报道低空跳伞,由于此次惊人的跳伞高度,红牛团队需要使用更为复杂先进的成像设备和通讯技术。吊舱装有9台高清摄影机和3台4K摄影机,同时还装有3台高分辨率数码相机。至关重要的电子元件装在一个加压桶里,电线长度达到2英里(约合3200米)。

  在吊舱上的12台摄影机中,8台装在外面充满氮的防护罩内,3台装备里面。所有这些摄影机都由地面人员进行远程遥控,共使用3个微波信道。鲍姆加特的跳伞服装有3台高清摄影机,臀部2个,胸部1个,任何一台都足以完成现场直播的工作。地面上的工作人员使用联合远程宇航成像和转播系统跟踪吊舱和鲍姆加特的飞行过程。借助于几架大型望远镜以及安装在一台4吨机动底座的高性能变焦镜头,这一系统能够让天线锁定目标。

  打破纪录 创造历史

  鲍姆加特的太空边缘跳伞不可与卡梅隆的深海潜水相提并论,但这仍旧是一项令人感到惊异的壮举。他的惊天一跳打破了一项有着50多年历史的纪录。1960年,美国空军上校乔-基廷从新墨西哥州10.28万英尺(约合31333米)的高空纵身跃下。与唐纳德-沃尔什1960年乘坐“的里雅斯特”号潜艇潜入雅斯特马里亚纳海沟一样,基廷的跳伞也是在很多相关技术没有发明前完成的。基廷是“红牛同温层”挑战计划的顾问,沃尔什则是卡梅隆的顾问。

  作为普通人,我们很难想象从距地面近4万米的高度跳向地球将是怎样一种感受。鲍姆加特是幸运的,从升空到纵身跳下,再从控制身体姿势,打开降落伞到安全落地,他顺利完成这项不可思议的挑战。现在的他决定暂时告别冒险生活,多花点时间陪陪家人,偶尔会驾驶直升机执行救援任务。(秋凌)

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