據英國廣播公司（BBC）網站報道，我們人類癡迷於追求更高的速度——運動員們不斷打破田徑場上的世界紀錄，而美國空軍則正致力於研製可以突破5倍音速的高超音速飛行器，每小時的飛行速度可達6100公裏。0 i7 ]" C$ f5 O x4 ?- L, m
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7 r8 K) B N# U0 e2 Q 然而這種飛行器將是不載人的。但不載人的原因並非是人體無法經受這樣的高速運動，事實上，人類在此之前早就已經以超過5馬赫的速度運動過。但是我們想要知道的問題是，人類能夠承受的運動速度有沒有一個極限？ 1 {+ m1 k& A3 w' v
目前人類的最快運動紀錄由3名美國宇航員保持，他們就是阿波羅-10號的三名宇航員。1969年，當他們乘坐的飛船從月球後方繞過時，他們相對地球的運動速度高達每小時39897公裏。美國空間設備供應商洛克希德馬丁公司的吉姆·巴裏（Jim Bray）表示：“我想，在100年前我們肯定不能想象人類竟然可以接近每小時40000公裏的速度運動。”
' @0 ?5 t9 F( b8 | 但在今天，我們甚至可以很確定的知道，不久之後這個記錄就將被再次打破。巴裏是美國正在正在研製的下一代載人飛船“獵戶座”（Orion）的項目主管。這種新型飛船的設計旨在將宇航員送入低地球軌道，它將非常有希望突破此前已經保持了46年之久的人類飛行速度記錄。
* q; W' b# ?6 ]) F 根據目前的計劃，用於發射獵戶座飛船的“太空發射係統”（SLS）火箭將在2021年發射升空，屆時它將搭載宇航員訪問一顆此前已經被拖入月球軌道的小行星，未來則還將承擔起向火星發射載人飛船的使命。在當前階段，設計師們預料這艘飛船的常規最高速度可以達到每小時約3.2萬公裏。但即便使用獵戶座飛船的基本配置版本，當年阿波羅10號飛船的飛行速度記錄就可以被突破。巴裏表示：“獵戶座飛船的設計著眼於在其整個生命周期內將要承擔的多種使命。它的飛行速度還可以大大提升。”
/ E, A' @: ?, ]. e; y- ^ 但即便是獵戶座飛船也並不能代表我們飛行速度的極限。巴裏表示：“並沒有什麼具體的障礙阻止我們人類飛得更快，除了一件事：光速。”真空中的光速大約是每小時10億公裏。那麼我們有沒有可能從當前的記錄每小時4萬公裏開始逐漸提升，最終達到接近光速的水平？ % i1 p* S9 x! W8 D
有趣的是，速度本身——也就是我們對於運動快慢的度量——對於我們的身體而言並不存在什麼極限問題——只要這種運動時勻速且沿著一定方向的就可以。因此，理論上人體是可以承受以接近光速的速度飛行的情況的。
3 e# A, R6 i6 {3 _6 o 但是，假設我們能夠克服建造出超快速飛行器的技術難題，我們只要由水組成的身體仍然將面臨許多超高速運動條件下可能將會出現的問題。另外一方面，如果通過對現有物理學的升級或是全新的發現，人類有朝一日能夠以超光速的速度飛行，那麼或許將會遇到意料之外的危險。 9 M \& X6 R+ |- E6 r6 C
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美國新一代載人飛船“獵戶座”將安裝大量防護措施以確保太空飛行的安全
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過載的威脅 還有一點非常重要，那就是：盡管我們現在就可以實現每小時4萬公裏的超高速飛行，但我們仍然必須緩慢加速到這樣的速度，然後再緩慢地把速度減下來。快速的加速或減速對於人體將是致命的：相信大家都看到過兩輛高速行駛中的汽車迎面相撞時對於車內人員身體的傷害情況——但要知道這種家庭小汽車速度再快也就每小時幾十或上百公裏而已。 . h {, D. r( w/ T" G, C
![]() 甚至是采用綠色能源的賽車都已經達到驚人的高速——但為了探索太空，我們需要比這高得多的速度
; R3 M" m4 P, ^" i1 ^/ l 為什麼會出現這樣的情況？這裏就涉及到宇宙中一個非常重要的現象：慣性。任何有質量的物體都會抗拒對自身運動狀態的改變。在牛頓第一定律中對慣性現象有著非常好的描述：任何物體都要保持勻速直線運動或靜止狀態，直到外力迫使它改變運動狀態為止。 . r6 |" a' V+ o
巴裏表示：“對於人體而言，勻速才是好事。我們應當擔心的不是速度，而是加速度。”
2 f5 m* s, B3 J( j3 q 大約一個世紀以前，實用型堅固飛機的出現可以讓飛行員在高速飛行中進行機動，很多飛行員後來都報告了與速度與方向改變相關的一些奇怪現象，包括短暫的視力喪失以及感到自己的身體變得沉重或失重。這就是加速度的影響，或者直接就用多少個g來表示，它所代表的含義就是施加在一定質量的物體，比如人體之上加速度的大小。顧名思義，一個g就相當於地球的引力施加在人體身上的加速度，所謂重力加速度，其大小在海平面高度上約為9.8m/s2。 A; {# C4 `/ i" i1 {2 T
![]() 這是一台離心機，飛行員們會用這種設備測試人體能夠耐受的過載極限
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g的 方向是垂直的，從頭指向腳或是反過來。這對於飛行員或宇航員而言絕對是一個壞消息：當這一加速度（或稱作“過載”）為負值時，血液從全身向人的頭部集中， 導致頭部出現嚴重漲感，很像當我們用雙手倒立時的感覺。此時飛行員會滿臉通紅，眼球充血。反過來，當這一加速度為正值時，血液從頭部湧向腳部，在極端情況 下眼睛和大腦將出現缺氧症狀。此時飛行員就可能發生視力模糊甚至短暫失明的狀況，最嚴重時會導致飛行員的昏迷，專業上被稱作“過載引發意識喪失”（GLOC）。有很多航空事故的原因都是飛行員的短暫失明或昏迷導致的。 5 m3 V: X* t2 h! _* K: w+ C
一般人大致可以忍受從頭向腳方向大約5個g的持續過載，超出這一限度就會陷入昏迷。而受過專業訓練並穿著專業飛行抗壓服的飛行員則可以在高達9個g的持續強過載壓力下仍然意識清楚地操控飛行器。總部設在弗吉尼亞州的美國航空航天醫學協會執行主管傑夫·斯文特克（Jeff Sventek）表示：“就短時間內而言，人體可以承受遠超9個g的過載壓力。但如果持續時間過長，那就很少有人能夠承受了。”
|4 @' W, c" O, B( b4 P) } 如果只持續很短的時間，我們的人體可以承受非常強大的過載而不會造成嚴重傷害。目前的這項紀錄保持者是美國空軍上尉小艾利·貝丁（Eli Beeding Jr）。他曾經在1958年的一次火箭發動機滑軌實驗中記錄到82.6g的驚人過載，當時他乘坐的安裝了火箭發動機的滑軌器在10秒內加速到了每小時55公裏。貝丁當場昏迷，但隨後清醒過來後發現只是背部有些許擦傷。這是一次對於人體承受力的絕佳展示。
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美國空軍正在開發能夠以超過5倍音速飛行的超高速飛行器技術 3 o. [6 i1 D+ K
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: |! d$ |( P& b0 r4 F0 F* @$ m 飛向太空 基於所執行的不同任務類型，宇航員們也會經曆較高的過載環境：一般火箭發射和飛船返回地面時他們需要承受3~8個g的過載。如果加速度的方向是前胸向後背的，此時較高的過載對於人體的影響是比較小的，因此我們可以看到絕大部分的飛船設計中都會將宇航員們束縛在座椅上，使其面朝飛行加速方向，這是非常科學的設計。而一旦進入穩定的巡航飛行階段，此時飛船的軌道速度約為每小時2.6萬公裏，而此時宇航員將不會感受到速度的存在，就像我們坐在高速飛行的客機中非常舒適一樣。
% v/ q, Z% U7 i, Z' L 不過，如果說過載可能並不構成對於獵戶座飛船長期任務的威脅的話，小型的太空岩石則可能將會是一種威脅。這些細小的太空岩石顆粒可以達到驚人的運行速度，有些超過每小時30萬公裏。為了保護飛船和內部的乘員，獵戶座飛船設計了厚度在18~30厘米的保護性外殼，另外還有其他的保護性措施和備份設備。巴裏表示：“這樣我們就能確保飛船不會失去某樣關鍵設備，對於整個飛船而言，我們必須考慮這種太空微隕石可能來襲的角度。”
0 t& l2 _: p! F9 x" r+ k+ G 事實是，太空微隕石的威脅還不是未來深空載人飛行將要面對的唯一問題。隨著載人飛行的空間飛行速度不斷提升，比如執行火星飛行任務時，其他一些問題也必須引 起重視，其中就包括宇航員的食物問題以及長期暴露在高劑量宇宙射線環境下可能引發的癌症風險。這些因素在短期太空飛行中都是可以基本忽略的，但在長期飛行 中就無法忽視這些問題。 | 
發表於 2015-8-24 13:36:13
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