成功太空潛水的5個秘訣 成功太空潛水的5個秘訣

成功太空潛水的5個秘訣

成功太空潛水的5個秘訣

說高空氣球跳傘——更何況是從23英里(約37公里)的高空跳下來——極其困難,這絕對是輕描淡寫。昨天紅牛平流層計畫的發射就因為強風導致聚乙烯氣球在充氣過程中扭曲變形,最終翻倒並墜落到地面而被迫中止。

這個氣球極其脆弱——它由厚度僅為0.0008英寸的聚乙烯製成——因此很容易被拉伸和撕裂。如果氣球發射升空時,艙體高度低於4000英尺,而氣球織物卻在此時撕裂,那很可能是致命的:在這個高度,艙體的回收降落傘無法完全展開,鮑姆加特納也沒有足夠的時間跳出。

但天氣只是影響這類專案成敗的眾多因素之一。自從1960年空軍試飛員喬·基廷格從103000英尺高空跳傘以來,許多人都嘗試打破他的紀錄,但都以失敗告終。 《太空人的先驅:載人氣球在太空邊緣》一書的作者克雷格‧瑞安一直在思考其中的原因。我們與他探討了費利克斯·鮑姆加特納要成功完成平流層跳傘,需要哪些因素共同作用。

科技

像這樣的嘗試需要用到四種主要裝備,而且每一種都非常複雜:運載火箭、降落傘、壓力服和氣球。在紅牛平流層計畫中,鮑姆加特納將升至12萬英尺(約3660公尺)的高度,然後跳傘返回地球——如果一切順利,他將在下降過程中達到超音速。基廷格乘坐的是開放式吊艙,但鮑姆加特納要升到比他高2萬英尺(約6100米)的高度,因此他需要額外的保護措施來應對近乎真空的環境。一個定制的太空艙和降落傘經過專門設計,可以防止他在上升過程中出現減壓病,並避免他在下降過程中失控旋轉。

壓力服也是至關重要的裝備。 1962年,俄羅斯跳傘運動員彼得·多爾戈爾在93970英尺(約28600公尺)的高空跳傘時,由於壓力服失壓而身亡;他在離開跳傘艙時損壞了壓力服。 (在大約63000英尺(約19000米)以上的高度,體液中的水蒸氣會以氣泡的形式逸出,氧氣也會迅速從肺部排出。)生產壓力服的公司寥寥無幾,而且正如那些渴望成為高空跳傘運動員的人所發現的那樣,壓力服很難獲得。為NASA生產太空衣的戴維克拉克公司同意為鮑姆加特納設計一款關節活動性更強的壓力服,以適應跳傘運動——但該公司過去曾拒絕過無數類似的請求。

正如我們昨天所見,高空飛行任務中最棘手的技術就是氣球氣囊。它薄如乾洗袋,卻像足球場那麼大,而且極少有人懂得如何製造。 「製造一個能真正帶你飛到10萬英尺以上的氣球絕非易事,」瑞恩說道,「許多項目都因為氣球故障而失敗。」法國跳傘運動員米歇爾·富尼耶的三次嘗試都因氣球問題而告終:2002年,強風回家時撕斷了充氣管;2003年,氣球在富地後,氣球在離地鮑姆加特納的氣球容量超過2900萬立方英尺——是基廷格氣球的10倍,富尼耶氣球的3倍——而且一旦開始充氣就無法重複使用。

專業知識

正如這類技術的製造商不多一樣,專門發射高空氣球——更不用說載人氣球——的機構也不多。這類計畫大多是空軍或海軍所進行的科學計劃,主要集中在上世紀五、六十年代。 “以前做過這方面工作的人寥寥無幾,”瑞恩說,“這有點像美國在上世紀六七十年代進行的登月任務。如果我們今天重返月球,當年參與其中的大多數人要么年事已高,要么已經去世。基廷格是個例外。”

1960年,基廷格在「精益求精計畫」(Project Excelsior)中創造了自由落體高度的世界紀錄——至今仍保持著這項紀錄——之後,他又成為首位獨自乘坐氦氣球飛越大西洋的人。他也曾多次受邀參與高空跳傘計畫;但在紅牛平流層計畫(Red Bull Stratos)之前,他都一一拒絕了。最終打動他的是紅牛團隊的實力——團隊成員涵蓋航空航太、維生、太空醫學、跳傘和飛行測試等領域的專家。 「我從未遇到過像紅牛這樣專業、嚴謹、不偷工減料的團隊,」他說。

Sage Cheshire Aerospace公司副總裁Art Thompson協助Baumgartner組建了團隊,並作為技術總監負責監督過去幾年逐步完善的測試項目,最終促成了本週的這次潛水測試。 “我們之所以能夠聚集起如此優秀的專家團隊,並與如此高水平的人員合作,其中一個原因就是他們認為我們對自己的工作非常認真,”Thompson說道,“這絕不是譁眾取寵。”

領導

「這一點至關重要,也是我認為喬的計畫成功的原因之一,」瑞恩說。 「你真的需要嚴格的操作紀律,以及一個最終負責該項目並有權在出現問題時叫停飛行的人。」這正是美國跳傘運動員尼克·皮安塔尼達所缺乏的。他擁有技術:位於南達科他州的雷文工業公司(該公司曾在1960年創造了科學氣球飛行高度紀錄)為他提供了氣球,大衛克拉克則為他提供了太空服。他的團隊也具備專業技術。但皮安塔尼達在1966年升至57600英尺(約17400公尺)的高度後不幸身亡。瑞恩認為,他當時打開面罩可能是為了除霧或吸入冷空氣。 「他是個非常勇敢的人,」瑞恩說——但他缺乏專案管理經驗,也缺乏為飛行做好充分準備所需的紀律。

富尼耶的團隊也缺乏領導:在他最近一次嘗試中,即2010年在薩斯喀徹溫省的飛行中,他的法國後援團隊和美國氣球團隊溝通不良。當時,氣球已經升空並部分充氣,但在壓力測試中,富尼耶的備用降落傘在座艙內突然打開,導致發射中止。儘管天氣惡劣且氣球氣囊受損,法國團隊仍想繼續進行發射。由於這些技術故障令他們感到沮喪,並且對富尼耶的同胞缺乏信心,氣球團隊決定提前返回德克薩斯州。

「喬和軍事化的組織架構為『精益求精計畫』帶來了領導力,」瑞恩說道,他也是基廷格近期自傳《上來抓我》(Come Up and Get Me)的合著者。基廷格將類似的嚴謹作風運用到了紅牛平流層計畫中。在最近的一次新聞發布會上,湯普森這樣說道:「我們擁有一支傑出的科學家和工程師團隊,他們共同打造了這個項目,我認為沒有人比喬更努力。他有時會在太空艙裡待上幾個小時,仔細思考整個流程,查看開關面板,檢查儀器,並做筆記。他回來後會說,‘阿特,我們需要修改32號線。

使命

瑞安表示,基廷格的成功跳傘與之後的嘗試之間最大的區別在於,「精益求精計畫」有著明確、合理且緊迫的任務:證明飛行員能夠安全地從超高空飛行器中逃生。這一點尤其重要,因為當時噴射機的性能越來越高,「水星計畫」即將把人類送入太空。 “之後的所有民用項目都沒有如此緊迫的任務,”瑞安說道,“它們大多試圖人為地設定一個任務,通常也包含某種科學目的,但沒有一個能像‘精益求精計劃’那樣具有如此強烈的目的性。”

紅牛平流層計畫的科學目標無疑也堪稱大膽。 「我們不知道人類在沒有飛機的情況下加速突破音障會承受怎樣的痛苦,」平流層計畫的醫療總監喬恩克拉克說。他們計劃一探究竟。鮑姆加特納將從12萬英尺的高空跳入近乎真空的環境中;在最初的20秒內,他將完全失去控制。之後,他將嘗試採取一種45度俯臥姿勢(頭部向下),以減少阻力並將速度提升至近700英里/小時。克拉克預計,在30到40秒內,他將突破音障。歷史上曾有SR-71「黑鳥」偵察機飛行員,在飛機以3.2馬赫的速度飛越新墨西哥州南部時,由於飛機解體,他從超音速降至亞音速。但從未有人在亞音速和超音速之間來回切換過。

基廷格的「精益求精計畫」(Project Excelsior)跳傘測試了一種高空飛行員使用的局部壓力服,正是這項測試促使NASA太空人的發射返回服被評定為10萬英尺(約30000公尺)的高度。如果鮑姆加特納的測試成功,全壓服的認證數量可能會再增加20%。這對目前正在計劃亞軌道飛行的商業公司來說也意義重大。 「他們正在我們研究的領域,」克拉克說,「如果他們遇到問題,尤其是在試飛過程中,需要逃生,那麼他們現在就擁有了一套經過驗證有效的系統。」平流層計畫團隊還在開發一些治療方案,例如飛行員暴露於真空或極寒環境後的應對措施,這些方案將應用於急診醫學領域。

將所有這些要素整合起來是一項耗資巨大的工程。 「由於有悲劇的風險,」瑞恩說,「或擔心專案失敗,最終令人尷尬,所以這類專案很難找到贊助商。我很高興看到有公司願意參與這樣的專案。」紅牛公司沒有透露其在平流層計劃上的具體投入——該計劃曾於2011年因一名男子聲稱該公司竊取了他的創意而提起訴訟,最終雙方庭外和解。但與今年私人企業開展的其他雄心勃勃且卓有成效的探索計畫相比,紅牛的投入並無不妥。

今年三月,導演詹姆斯·卡麥隆成為首位獨自潛入世界海洋最深處——馬裡亞納海溝挑戰者深淵的人,也是自1960年美國海軍中尉唐·沃爾什之後,首位成功引導潛艇抵達該深淵的人。五月,SpaceX公司的「龍」太空船成為首個與國際太空站對接的私人太空船;上週日,該公司又發射了首個商業補給任務。克拉克指出,這些項目過去都是由政府主導的。 “你現在看到的並非孤立事件,”他說,“而是一系列具有商業探索精神的項目正在蓬勃發展,並將遍及各個領域。”

那麼,菲利克斯·鮑姆加特納成功打破高空自由落體紀錄的幾率有多大呢? 「這可不是件容易的事,」瑞安說,「真的非常困難。要讓整個過程順利進行,需要很多環節的配合。」首先,週四的天氣看起來適合發射。平流層氣象學家唐戴指出,對於這麼大的氣球來說,他們必須抓住機會,因為合適的天氣並不常見。從1966年到鮑姆加特納7月份進行71581英尺(約22600公尺)的訓練跳傘之間,沒有一次載人高空氣球飛行成功離地。 “如果他們能成功離地,”瑞安說,“他們成功的幾率就非常高。”