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1 # 一點科技工作室
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2 # 火星一號
第一種情況,如果這個人(身著能夠維持生命的宇航服)在太空中跳下來的時候,相對於地球表面是靜止的,那麼,太空跳傘者將會豎直落向地面(當然如果考慮大氣中的橫風,他將會獲得一個橫向的速度)。這樣在地球重力的作用下,他會以越來越快的速度下落。同時,隨著高度的降低,大氣變得越來越稠密,並且空氣阻力也會隨著速度的增加而增大,所以速度的增量會變得越來越小。最終,空氣阻力與自身重力達到平衡,太空跳傘者將會勻速下落。那麼,終端速度會到達多少呢?
我們可以做個極端估計,假設太空跳傘者從100公里太空跳下來,地球上沒有空氣阻力,並且加速度恆定為1g,那麼,人落地的速度可以根據勻加速運動公式計算出來:
vt=√(2gH)
代入資料,可以計算出這個速度為音速的4倍。而在現實中,加速度是逐漸增加到1g,並且還存在著很大的空氣阻力,所以太空跳傘者的終端速度可能最多隻有音速的兩三倍。在這樣的速度下,宇航服能夠承受住空氣摩擦所產生的熱量。因此,如果在一定的高度開啟降落傘,太空跳傘者是有可能安全返回地面的。不過,以超音速下落伴隨著很大的風險,因為人體在空中很容易出現快速旋轉的情況,這很有可能會造成昏厥,導致跳傘者無法自主開啟降落傘。目前,人類最高的成功跳傘記錄是41公里,由Alan Eustace在2014年創造。
第二種情況,如果這個人是從太空飛船上跳下來,那麼,他自身已經有一個極快的軌道速度。在100公里的高度下,對應的軌道速度為7.8公里/秒(現實中載人飛船的軌道高度一般為400公里,對應軌道速度為7.7公里/秒)。由於存在一個切向速度,太空跳傘者將會以螺旋的方式落向地面。隨著高度的降低,在與稠密空氣的劇烈摩擦過程中,將會產生幾千度的高溫,這會導致太空跳傘者完全燒燬。因此,宇航員從太空返回地球,沒有耐高溫的返回艙是萬萬不可的。
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3 # 刁博
類似的情景在衛星軌道的調整中經常會見到,只不過不是人從飛船上跳,而是衛星攜帶的小火箭噴出的氣體朝地球跳或背離地球跳。
如果宇航員從軌道上做無動力飛行的飛船或空間站上向下跳,宇航員相對飛船或空間站的速度假設能夠達到2m/s,而飛船或空間站繞地球執行的速度大約是7.7km/s至7.8km/s,兩個速度合成後基本還是7.8km/s。這樣的結果會使得宇航員和飛船到了兩個不同的軌道上繞地球運動,當然這兩個軌道差別非常小。如果之前飛船的軌跡是一個圓周,那麼宇航員的軌跡會稍稍壓扁變成一個橢圓。宇航員因起跳增加的動能並不多,故新的橢圓軌道遠地點和近地點的變化都非常小。最終的結果是宇航員繼續繞地球運動,運動過程中因稀薄的空氣阻力作用數年後墜入大氣層,墜入過程中會燒盡。
如果是將人從7.7km/s減速到0,然後任宇航員在萬有引力的作用下豎直向下墜入地球,這種情況人類沒有試驗過,即使模擬試驗也沒有做過。因為將物體的速度在太空中從7.7km/s減速到0需要消耗大量的燃料,飛船或空間站上沒有這麼多的燃料。另外,生命是第一位的,即使從20千米的高空讓人跳下來也是極其危險的。從更高的太空中向下墜入地球,要有很長的一段距離是在做自由落體運動,待宇航員接觸到大氣層時,其速度已經非常大。物體受到的阻力一般是與速度的平方成正比,這樣人從太空中墜入大氣層後受到的阻力要遠遠大於直接從大氣層中起跳時受到的阻力。宇航服、降落傘根本無法承受劇烈的摩擦,最終的結果也是燒盡。
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首先定義下什麼叫太空,太空是指地球大氣層以外的宇宙空間,大氣層空間以外的整個空間。人造衛星飛行高度一般在300千米以上,最高可達3萬多千米,所以是在大氣層以外,也就是太空空間。
那麼,既然人造衛星(在太空)晚期如果沒有進行軌道糾正(線速度減慢,加速讓其迴歸正常軌道),它也會逐漸被地球引力拉回地面掉下來。
如果人在太空(無論是否帶降落傘),他還沒有脫離地球引力範圍,分幾種情況:
1、人相對地球的速度低於第一宇宙速度(脫離航天器),或者他速度為零,人將會被地球引力拉回地面,這個過程是做加速運動,人將與空氣摩擦產生熱量,最後消失殆盡。
2、如果人相對地球的速度大於第一宇宙速度(剛剛脫離航天器上),將圍繞地球做圓周運動,直至他的速度逐漸減少,繞行軌道將逐漸變低,最後往地球做加速運動,與空氣摩擦產消失殆盡。
3、如果人相對於地球速度有第二宇宙速度大小,他將沒辦法回落地球,將在太陽系空間漫遊很長一段時間,直至被其他星體引力虜獲。