太空站里出現破洞,在宇航員能夠呼吸的條件下,能否生存?
這兩天航天話題熱門。我忽然想到,看到空間站的CG圖,裡面的宇航員都是穿著普通服裝,似乎並沒有穿密封的宇航服。那麼,萬一飛過來什麼隕石,哪怕是微隕石把太空站穿破一個洞,太空站不就漏氣了嗎?
我覺得太空服的穿著是一件很麻煩的事,所以在太空站里宇航員才會沒必要不穿那麼多。但是凡事總有個萬一。萬一出了上述的麻煩,一時半會兒沒有宇航服,但是手頭臨時抓一個氧氣罩還是可以的。
所以,這個問題是:在暫時呼吸無虞(除了呼吸別的什麼都不具備)的條件下,人可以在真空中生存嗎?可以活多久?可以支撐到救援到達嗎?
補充:有些限定條件是顯而易見的。一、不是破壞,是穿洞(請注意穿洞、穿孔和微創有所區別)。如果被破壞了也就沒後來的事了。二、因為是破洞,所以還可以擋住大部分宇宙射線,不算完全開放環境。三、從地球知道到準備好到發射救援飛船,需要不算太短的時間。四、即使沒有了空氣,起碼的生存需要還得繼續,例如吃喝拉撒。五、即使有艙外活動任務和設備,暫時也只能終止。
非常好的問題。而且是現實中,設計空間站的時候就考慮過的問題。現實中,國際空間站(International Space Station, ISS)也有漏氣這種情況的對應應急方案。
先來一張研究這個問題時候的筆記鎮樓:
簡單答案:
看情況,大的隕石或者太空垃圾在擊中空間站之前被發現的概率比較大,所以會有預警時間作出反應。而對於較小的隕石或太空垃圾,空間站本身的外殼已經有防護措施。如果真的出現破洞的情況,就要看空間站本身的體積。
對於國際空間站(International Space Station, ISS)這樣規模的空間站來說,絕大多數情況下,漏氣的速度不至於快到讓太空人來不及反應。設計時的數字是:假如穿了一個一英寸(2.54cm)直徑的洞,空氣漏光會需要45到60分鐘。而且空間站各艙段之間是有氣密門的,實在漏氣太快、來不及從艙內堵住的話,先全員撤離、密封了漏氣的艙段,之後再考慮修補的問題就是了。
最壞、最壞情況下,還可以坐一直對接著的兩艘太空船逃生。所以,對於ISS來說,因為單次外物撞擊導致的漏氣而全員陣亡的可能性非常低。所以,請不要自行腦補太空人分分鐘血液沸騰、死狀凄慘。答主以後還要上太空的,請不要隨便嚇答主... [淚目]
您後面幾個問題的答案:宇航員當然是沒辦法在真空里活太久的,以分鐘計吧。所以NASA最近也有考慮長自持力艙內宇航服(MACES)的問題。這一型宇航服,其實在載人火星任務上比在空間站上更有用。
詳細答案:
空間站被太空垃圾或者隕石、微隕石擊中確實是現實中必須考慮的問題。
2015年12月,空間站的太陽能電池板確實被擊穿過一次,破了一個小洞。
總的來說,在設計空間站和太空任務的時候,有三個方面的工作可以做:
1. 預防
2. 護盾
3. 被擊穿後的應急措施
1. 預防
太空垃圾方面,NASA 目前跟美國軍方合作,跟蹤了地球軌道附近大概兩萬一千個直徑超過兩英寸(5厘米左右)的太空垃圾。而直徑較大的隕石在接近地球的時候也有可能被各種監控系統發現。
能發現,就能變軌,避免撞擊。
2. 護盾
空間站本身有著一個有多層材料設計的外殼,其中一層的材料是做防彈衣用的凱夫拉。容易受到撞擊的部位還有額外的、用有點像坦克間層裝甲原理的護盾。(額外閱讀請看最後的鏈接2)
3. 被擊穿後的應急措施
這一點就要看空間站的體積了。體積越大,設計時平時維持的氣壓越低,空氣漏光的速度就越慢。
還是以國際空間站(ISS)為例,設計之初的時候就計算過漏氣的情況。當時的數字是:假如穿了一個一英寸(2.54cm)直徑的洞,空氣漏光需要45到60分鐘。簡單的計算,看上圖答主筆記裡面的幾個公式就可以了。需要注意的是:
1. 現實情況下,公式中的所有變數都是隨時間改變的,空間站艙內空氣泄露了,氣壓就不會再是一個大氣壓,流速也會隨之下降,等等。所以,現實情況下,會是 F(t) 而不是簡單的 F,v(t) 而不是簡單的 (v),等等。
2. 穿的洞比較小的話,艙內大氣泄漏時,洞口會有亂流、渦流,這些需要用到流體力學軟體(CFD)來模擬,而因為這些亂流、渦流的存在,氣體從艙內逃逸到真空的流速是有上限的,一般以音速作為上限近似計算。
*** 有興趣的同學可以自己按答主大叔上面圖裡的筆記算一下,「理想」狀態下,空間站的空氣會多久漏光。
還有一樣需要考慮的就是:漏氣時,氣流會帶動艙內其他雜物漂過去,堵住漏洞。即使是拳頭一樣大的洞,10厘米或4英寸左右,一台手提電腦也就堵住了。
再糟一點,即使是遇到漏氣非常嚴重的情況,國際空間站各艙段間是有氣密門的。破洞太大的話,把漏氣艙段封起來就好了。
氣密門開啟狀態:
關閉狀態:
到了最壞情況,還有救生船可以撤離。國際空間站在任何時候,都有兩艘可供返回地球的太空船對接著,對應需要全員棄站逃離的情況。(額外閱讀請看下面鏈接1)
如下圖:
另外就是,高自持力的艙內宇航服NASA也有在研究。一個非常對應題主問題的設計,就是下面第3個推薦閱讀鏈接里的MACES(Modified Advanced Crew Escape Suit)宇航服。使用場景是:在飛船座艙失壓後,宇航員可以靠這一型宇航服來生存。目前設計的目標自持力是6天,所以空氣、食物、水,以及鏈接中的排泄物處理,都是需要考慮的問題。(見鏈接3)
個人認為,這型宇航服其實是為載人火星任務增加安全性的一項工作。畢竟目前NASA規劃中的火星任務的全程歷時500天,而且去火星的路上不像近地軌道,有這麼多監控,發生致命程度的撞擊意外的概率比空間站高得多。(見鏈接4)
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「載人登陸火星」在化學能動力時代是不切實際,甚至可以說是戰略欺騙嗎?為什麼? - Kenneth Pan 的回答 - 知乎先說結論,在太空艙出現破洞的情況下,如果宇航員只是穿著最簡單的服裝,倖存概率為0。
破洞對航天器的影響
如果宇航員身處的航天器艙段突然出現破洞,基本上可以腦補一下一個充滿氣的氣球瞬間被釋放的效果。
雖然航天器不會像氣球一樣到處亂飛,但可以確定的是航天器的軌道一定會變化,畢竟噴氣產生推力和發動機原理是一樣的。
這個過程中航天器內部的儀器,尤其是固定不牢靠的物件,極有可能在氣流作用下移位造成對宇航員本人和航天器的進一步傷害。
更恐怖的是,如果空氣逃逸的反衝力不正好通過航天器質心,會導致航天器打破姿態穩定旋轉起來。
軌道和姿態的變化會使得自救和地面救援的難度極大增加,是不是已經怕了?
別著急,我會一步一步告訴你你是怎麼死的。
真空對人體的影響
真空=0氣壓+幾開爾文(零下270度左右)的溫度。
水在真空(0壓力)情況下會沸騰(腦補中學物理圖),帶著人體37度的體液自然逃脫不了這個命運。
但人體並不會全部沸騰起來,畢竟人體的細胞、血管、皮膚之類的都還在,相當於一個有一定強度的氣球,短期內維持體液的穩定還是妥妥的,更不會出現大家擔心的爆炸的情況。但是你能憋多久呢?
可是人體還是會膨脹一些,畢竟把氣球放在水裡會變小放在真空會變大的道理大家都懂。這也是為什麼航天員就算在艙內也會穿上有增壓作用的衣服。所謂的增壓,就是把你勒緊了。如下圖所示,
[黑絲捆綁藝術圖片]
耳膜會由於內外壓力差漲起來,不會破,但會嗡嗡響,腦補下耳朵進水的效果。
真空是絕好的隔熱物質(幻想一下真空杯和真空碗),所以你並不會很快被凍死,也感覺不到寒冷。但你的身體會不斷往外輻射熱量,不過在你丟掉全部熱量之前估計早掛了。
別曬太陽,紫外線能在幾秒鐘內把你的皮膚給燒廢掉。一旦沒有航天器360度保護,超強各種宇宙射線輻射少不了,就算活了不是癌症也難逃厄運了。
你皮膚表面的水蒸氣會沸騰揮發,但這個沸騰溫度不是地面的100度,還是你體溫附近,所以不用擔心燙傷。但它們揮發後會迅速再凝結,最後的效果便是在你汗毛上變成了一層霜,你的汗毛早就像冰一樣脆了,皮膚表面像抹布一樣。
總體效果是:你就變成白色特效了。
但上圖很誇張,你要能變成這樣我敢確定你的宇航員隊友早就死了,畢竟能揮發這麼多體液的人這體味也夠刺激吧?這隊友之前還能活下來?
而且你也沒必要睜開眼睛,由於沒有細胞膜和皮膚的束縛,眼睛上的液體會立即沸騰,眼前都是白霧和結霜。
也別張嘴,嘴裡的唾液也全都沸騰了,你要一緊張呼出一口氣,一陣白煙飄過,跟忍術逃跑效果估計差不多,嘴就乾冷的不行了。一不小心舔到自己舌頭粘到一起,估計跟在東北舔鐵窗效果類似。
由於身體暴露在失重和真空中,所有的氣體從體內血液中被抽離並快速流失,氧氣交換沒你想像中那麼順利了,肺部會脹大起來,不要隨意張口呼吸,你會漏氣的。
至於自信認為自己在游泳時能憋氣游多遠多遠的,在這種特殊情況下毛用都沒有。
更別提國產某神劇里提到的憋氣自殺大神了。
心臟能在10秒鐘左右將肺部的血液運送到大腦,如果這10秒鐘之內沒有及時在肺部補上氧氣,大腦便會瞬間停止工作。大腦要比人類想像中脆弱的多,一旦失去氧氣和能量供應便會立即罷工。
腦補以下你蹲下瞬間站起來時腦部由於供血不足帶來的眩暈、黑視和身體失去控制。
不管有沒有氧氣,只要身體還暴露在真空中,由於靜脈血和動脈血的氣體都出來了,血壓急速升高,你的腦血管受得了?血液流通還能通常么?
所以,正常情況下超過10秒就失去意識了,超過90秒人的大腦便會出現永久性損傷了,就掛了。少年,你的自救時間很短暫啊,眼睛看不清,耳朵嗡嗡響,惡劣的航天器旋轉狀態下,這麼短時間內能否找到氧氣我很懷疑啊。
就算找到氧氣了
再誇張一點吧,就算你穿的好好的艙內服。
算了,換個更高級的,咱們用國際空間站上太空行走用的那一套最高級的出艙服行不?
穿好出艙服,固定好自己,鎮靜等待飛船破洞。
只要別被破洞的隕石直接砸中,那這個洞確實對你影響不大,最多就跟著飛船 「旋轉,跳躍,就在一瞬間」 的你就等著救援吧。
但這個出艙服也就夠用最多最多八個小時。
怎麼讓地面救你?
1. 現在人類幾乎所有的火箭都是液體火箭,沒有個兩三天時間準備不好發射條件.
2. 由於這次破洞事件,你的航天器軌道變了、還在不斷旋轉,地面發射該從什麼時間窗口走發到哪個軌道上去?
3. 找到你了怎麼交會怎麼對接?你能穩定自己和航天器不動不?要不再搭個飛船豈不虧大了。
所以就連國際空間站,也都常年備份一個聯盟飛船,隨時用來空間站出事了逃生用啊,那是艘救生小艇。
美國的太空梭哥倫比亞號出事兒之後,每次發射就得老老實實備份另外一架太空梭旁邊候著啊,但那也不是什麼情況都去救援,一般只針對起飛過程中出現了明確會威脅回程的問題(比如哥倫比亞號是隔熱泡沫撞防熱瓦表面且已知,當時覺得沒事兒吧,但後來果然出事兒了)才行。
歷史上發生過聯盟11號的失事,這三位蘇聯宇航員曾經是人類太空房地產開發公司的首批住戶,功德無量啊。進入了人類的第一個太空站,禮炮一號,這榮譽太高了。
然而,與禮炮一號分離時返回艙的壓力閥門被震開導緻密封性能被破壞,返回艙內的空氣從該處泄漏,艙內迅速減壓,致使三名太空人因急性缺氧、體液沸騰而死亡。
所以從此之後全人類宇航員都要在發射和返回過程中老老實實穿好艙內服以防不測,但這並不意味著就安全了。
真要出你說的事兒了,這艙內服的作用只是把萬分之一的逃生率升高到千分之一而已。
向航天員致敬!1,人大約可以在真空中存活一分鐘左右。美國在研製太空服時候出現過一次事故。在利用地面的真空倉測試宇航服的時候發生了漏氣。緊急加壓後實驗人員沒掛。
2,和平號空間站被貨運飛船撞過,發生了漏氣。小破口漏氣是個逐漸的過程,從內部用個補丁補上了。
破一個10cm直徑以下的洞問題是不大的。就算外面是真空,空氣也不會一瞬間就從這個洞全部出去,而且空間站都有備用的氣體。假設給宇航員1min的時間,這1min足夠宇航員到另一個艙室,然後把門關上了。
至於10cm以上的洞,面前各個國家都在對太空進行監測,如果發現有這麼大的東西撞上了,會提前安排規避的。不是自問自答,不知道如何編輯解釋我的問題,所以放在答案裡面。
這兩天航天話題熱門。我忽然想到,看到空間站的CG圖,裡面的宇航員都是穿著普通服裝,似乎並沒有穿密封的宇航服。那麼,萬一飛過來什麼隕石,哪怕是微隕石把太空站穿破一個洞,太空站不就漏氣了嗎?
我覺得太空服的穿著是一件很麻煩的事,所以在太空站里宇航員才會沒必要不穿那麼多。但是凡事總有個萬一。萬一出了上述的麻煩,一時半會兒沒有宇航服,但是手頭臨時抓一個氧氣罩還是可以的。
所以,這個問題是:在暫時呼吸無虞(除了呼吸別的什麼都不具備)的條件下,人可以在真空中生存嗎?可以活多久?可以支撐到救援到達嗎?
補充:有些限定條件是顯而易見的。一、不是破壞,是穿洞(請注意穿洞、穿孔和微創有所區別)。如果被破壞了也就沒後來的事了。二、因為是破洞,所以還可以擋住大部分宇宙射線,不算完全開放環境。三、從地球知道到準備好到發射救援飛船,需要不算太短的時間。四、即使沒有了空氣,起碼的生存需要還得繼續,例如吃喝拉撒。五、即使有艙外活動任務和設備,暫時也只能終止。
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看了大家的答案,得出一個很殘酷的結論:現在太空實驗室都不穿宇航服,是在拿生命危險為代價換來操作的方便。是這樣的嗎?對那些長時間在太空站工作的宇航員(不論是預定的還是被迫的)表示真誠的敬佩!
如果宇航員可以應急處置的話,各位忘了和平號了?那次事故可一個人都沒死。
樓主 看看異形沒 好像是第一部 還是第二部吧,異形都掛了
外頭真空,裡面強行加到.9大氣壓,破個洞還不是一秒鐘所有人都被空間站射出去的事...
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