论文部分内容阅读
“有时你必须飞得足够高才能理解自己是多么的渺小，现在我要回家了。”话音刚落，43岁的奥地利极限跳伞运动员费利克斯·鲍姆加特纳便从美国新墨西哥州3.9万米的高空上纵身一跃。这轻轻的一跃，一举打破了起跳高度和空中下落速度两项世界纪录，并轻松刷新了Youtube用户同时观看一场视频节目的最高纪录。
鲍姆加特纳是直升机和热气球驾驶员，也是职业跳伞家，曾在里约热内卢的基督像、台湾101大楼等全球许多著名建筑物上进行过定点跳伞。2012年10月14日，这位地球上首位成功完成超音速自由落体的跳伞运动员同时成为全世界飞得最高与降得最快的人。
然而，这项惊人大冒险的成功除了靠鲍姆加特纳的勇气和技巧外，密闭加压飞行服、吊舱、氦气球等高科技装备也有很大的功劳。
要从3.9万米的高空跳下，应当选用什么样的工具或飞行器？为什么最终采用的是氦气球而不是飞机或其他热气球？人们对鲍姆加特纳所乘坐的史上最大的气球充满了好奇。
事实上，绝大多数的飞机都只能在对流顶层飞行，其原因在于飞机的升空原理。飞机滑动时，机翼上侧空气压力小于下侧，这使得飞机产生向上升力，当滑行速度足够时，该升力便可“托起”飞机，但这需要一定量的空气。而在距地2万米至10万米的近空，由于空气太过稀薄，产生的升力不足以支持飞机重量，因此根本无法依靠飞机升至3.9米高空。
波音747型飞机的飞行高度极限为1.4万米，美国知名的高空侦察机U-2的极限高度为2.3万米，而美国于1960年研制的SR-71黑鸟高空超音速侦察机的水平持续飞行高度为2.593万米，是飞机飞行高度世界纪录保持者。这些都与3.9万米的目标高度相去甚远，所以不得不寻找另外一种升空的方法。
一直以来，热气球都是深空探测的主力军。这种飞行器利用加热或低密度气体产生浮力的原理升空，其中利用氦气的热气球飞行高度可达4万米，并且状态稳定、安全可靠。这是因为氦气是惰性气体，不可燃，不易发生化学反应。早期的飞艇、热气球则采用氢气，但氢气易爆炸，不安全。
如此高的高度使得这个升空氦气球的体积庞大得史无前例。它造价高达24.2万美元，直径近80米，灌入一次氦气需要一支10人的团队外加两辆货车。充完气后，氦气球有55层楼那么高，比自由女神像还要高，体积为85万立方米。
3.9万米的平流层已接近太空边缘，那里的温度低于零下57℃，不仅极度缺氧，而且大气压只有地球表面的4‰。由于气压极低，人体血液中的氧气会直接沸腾，紧接着就会导致昏迷甚至死亡。此外，在高空低压状态下，溶解在脂肪组织中的氮气会游离出来，造成气栓堵塞血管，让人痛不欲生，产生所谓的“减压病”。
为了避免上述风险，鲍姆加特纳需要在升空前吸足氧气，用以排尽体内的氮气，但这还远远不够。真正的救命恩人是挂在热气球下固若金汤的吊舱和穿在他身上那件价值不菲的特制飞行服。
形似宇宙飞船的气球吊舱据说是由设计美国隐形轰炸机的科学家设计而成，用来供飞行者乘坐。它高3.4米，直径达2.4米，重约1.13吨，与一辆“甲壳虫”汽车相当。舱的外表层由铬合金钢锻造而成，硬度高、耐热强，既绝热又抗压，加压式密封使得舱体可抵御约零下21℃的低温。
仿若高空碉堡的吊舱足以让之前一直保持超高空极限跳伞记录的前美国空军上校基廷纳艳羡，1960年，他创造了约3万米的跳伞极限。与鲍姆加特纳的装备相比，基廷纳对当时自己的吊舱这样评价道：“那就是一个简单的吊舱，舱门永远是开着的，关不上。”
当年，基廷纳从太空边缘返回陆地靠的只是一套加压服和一顶降落伞。与前辈相比，鲍姆加特纳则显得有些“奢侈”。他的特制飞行服价值20.2万美元，光服装包就有4层，外表绝缘，能经得起零下60℃的超低温严寒考验，又能自动降温，避免落入大气层后因高速飞行产生的摩擦而燃烧。
可以说，鲍姆加特纳身上背的所有东西都关乎着他的生命。8磅重的头盔内有耳机及麦克风，维系着他与地面的通讯。而头盔内的液氧系统则通过供氧软管，与背部降落伞包里的供氧装置相连，构成了他的生命线。通过左手臂的高度计，他可以清晰地得知距离地面的高度，以保证正确开伞的时间。
而在护目镜里，温度调节器可以消除雾霜对视线的影响；胸包则装有GPS和包含IMU速度及方向传感器，这些装置可以实时监测速度，并向地面传输鲍姆加特纳的各项数据，进而指导他据此作出调整。
一切装备都是保护鲍姆加特纳不受高温、低温、极速伤害所必须的，任何一个小的失误或遗漏都会导致致命的伤害。在跳出舱门之前，鲍姆加特纳例行进行最后一分钟检查，这时他才发现遮阳板、加热器不能正常工作。这意味着他呼出的气体会在头盔里变成雾气模糊视线，以致当时差点取消了此次任务。
针对鲍姆加特纳神秘的特制飞行服，有评论称类似于美国高空U-2侦察飞行员穿着的服装，也有意见认为类似于航天飞机或宇宙飞船的宇航服。这三者之间有何异同？
据中航工业航宇救生装备有限公司刘长明介绍，其实，高空U-2侦察飞行员所穿的服装是一种高空飞行密闭服。这种带密闭头盔的密闭飞行服装通常由非透气性材料制成。密闭服装内的气体会对人体表面施加一定的、均匀的气体压力，以保证人体正常的生命活动，多适用于长时间飞行的高空侦察机、海军飞机等。
由于该类服装主要用于保障气密性，避免由于气压过低而造成对人体的伤害，并充分供氧，所以一般由两个基本部分构成：即气密衣面与密闭头盔。以美国于1955年研制成功的MK-4密闭压力服为例，它的主要部件为头盔、微型氧气调节器、服装限制层、气密拉链及可卸气密靴，可以提供具有一定压力的气密空间与持续供氧。
事实上，高空飞行密闭服是早期宇航服的雏形。美国最早的载人航天飞船计划——水星计划的亚轨道飞行所采用的航天服，即是由MK-4型密闭压力服加以改进制成的。
但毕竟宇宙空间不同于地球高空大气空间，宇航服除了需要具备飞行密闭服功能之外，还需要具备抵抗悬殊高低温、太阳辐射及微流星等危险因素的功能。因此，现代的舱外用宇航服除了气密限制层外，还有真空隔热层、液冷服等结构。所以与飞行密闭服相比，宇航服庞大、臃肿得多。
从目前公开的资料来看，鲍姆加特纳的飞行服不同于飞行密闭服与宇航服，多了主降落伞手柄、紧急备用降落伞手柄、降落伞剥离手柄等与跳伞相关的特殊装置。
在防寒保暖方面，三种飞行服的功效也有差别。飞行密闭服主要通过提供气密性来抵御高低温的冲击，手段较单一、效果较差；宇航服除了气密之外，还能通过真空隔热层与水冷装置来维持体温，功能强大；而鲍姆加特纳的飞行服由于需要避免与大气层摩擦而产生高温，因此采用了特制的防火绝热面料，并且具有自动降温功能。
通过气密层与限制层来提供一个恒压、有氧的密闭空间可说是三者最大的共同点。此外，三者在衣物设计形态上也有一些共同之处，比如衣面各部件力求做成旋转体形，人体躯干是圆筒形，臀部是半球形，前臂是截圆锥形等等。
因为这种设计能最大限度地求得活动自如、牢固、气密、舒适、轻巧等多种要素间的平衡，因此该设计理念从高空飞行密闭服开始，到历代航天服都被继承下来，从鲍姆加特纳的飞行衣中，我们也可以看到这种设计理念的烙印。
北京时间2012年10月15日凌晨，这位被科技武装的“飞人”带着降落伞成功落地，瞬间成为全世界瞩目的对象。
链接：
1.在低气压的环境下，高空跳伞会出现一种叫作“平转”的情况，也就是在水平面上不停旋转。想象一下，如果费利克斯·鲍姆加特纳不能控制水平旋转，那么他就会被转得失去意识，血液就会向他的四肢和大脑冲去。如果血液冲到眼睛里，会导致暂时性失明，而一旦血冲到脑子里，可能会导致脑出血或者凝血。
2.高空空气极其稀薄，气压非常低，如果没有保护措施，低气压会使血液里形成泡沫，一个泡沫就足以阻止血液流入主动脉，这是致命的。而且突然的减压可能会使肺部胀大，直至破裂。
3.我们都知道，每上升1000米的高度，温度会下降6℃。在3.9万米高空，温度大概是零下23℃。当飞行员快速下跌时，他可能会经历零下56℃的低温。如果体温下降到28℃，飞行员可能会失去意识。而体温低于21℃可能导致死亡。
4.如果下降速度接近声速，在下降过程中会与空气碰撞，这种力量可能会使加压套装损坏而危及安全。
5.如果下降速度太快，很容易“砰”的一声，把地面砸出一个大坑。
鲍姆加特纳是直升机和热气球驾驶员，也是职业跳伞家，曾在里约热内卢的基督像、台湾101大楼等全球许多著名建筑物上进行过定点跳伞。2012年10月14日，这位地球上首位成功完成超音速自由落体的跳伞运动员同时成为全世界飞得最高与降得最快的人。
然而，这项惊人大冒险的成功除了靠鲍姆加特纳的勇气和技巧外，密闭加压飞行服、吊舱、氦气球等高科技装备也有很大的功劳。
要从3.9万米的高空跳下，应当选用什么样的工具或飞行器？为什么最终采用的是氦气球而不是飞机或其他热气球？人们对鲍姆加特纳所乘坐的史上最大的气球充满了好奇。
事实上，绝大多数的飞机都只能在对流顶层飞行，其原因在于飞机的升空原理。飞机滑动时，机翼上侧空气压力小于下侧，这使得飞机产生向上升力，当滑行速度足够时，该升力便可“托起”飞机，但这需要一定量的空气。而在距地2万米至10万米的近空，由于空气太过稀薄，产生的升力不足以支持飞机重量，因此根本无法依靠飞机升至3.9米高空。
波音747型飞机的飞行高度极限为1.4万米，美国知名的高空侦察机U-2的极限高度为2.3万米，而美国于1960年研制的SR-71黑鸟高空超音速侦察机的水平持续飞行高度为2.593万米，是飞机飞行高度世界纪录保持者。这些都与3.9万米的目标高度相去甚远，所以不得不寻找另外一种升空的方法。
一直以来，热气球都是深空探测的主力军。这种飞行器利用加热或低密度气体产生浮力的原理升空，其中利用氦气的热气球飞行高度可达4万米，并且状态稳定、安全可靠。这是因为氦气是惰性气体，不可燃，不易发生化学反应。早期的飞艇、热气球则采用氢气，但氢气易爆炸，不安全。
如此高的高度使得这个升空氦气球的体积庞大得史无前例。它造价高达24.2万美元，直径近80米，灌入一次氦气需要一支10人的团队外加两辆货车。充完气后，氦气球有55层楼那么高，比自由女神像还要高，体积为85万立方米。
3.9万米的平流层已接近太空边缘，那里的温度低于零下57℃，不仅极度缺氧，而且大气压只有地球表面的4‰。由于气压极低，人体血液中的氧气会直接沸腾，紧接着就会导致昏迷甚至死亡。此外，在高空低压状态下，溶解在脂肪组织中的氮气会游离出来，造成气栓堵塞血管，让人痛不欲生，产生所谓的“减压病”。
为了避免上述风险，鲍姆加特纳需要在升空前吸足氧气，用以排尽体内的氮气，但这还远远不够。真正的救命恩人是挂在热气球下固若金汤的吊舱和穿在他身上那件价值不菲的特制飞行服。
形似宇宙飞船的气球吊舱据说是由设计美国隐形轰炸机的科学家设计而成，用来供飞行者乘坐。它高3.4米，直径达2.4米，重约1.13吨，与一辆“甲壳虫”汽车相当。舱的外表层由铬合金钢锻造而成，硬度高、耐热强，既绝热又抗压，加压式密封使得舱体可抵御约零下21℃的低温。
仿若高空碉堡的吊舱足以让之前一直保持超高空极限跳伞记录的前美国空军上校基廷纳艳羡，1960年，他创造了约3万米的跳伞极限。与鲍姆加特纳的装备相比，基廷纳对当时自己的吊舱这样评价道：“那就是一个简单的吊舱，舱门永远是开着的，关不上。”
当年，基廷纳从太空边缘返回陆地靠的只是一套加压服和一顶降落伞。与前辈相比，鲍姆加特纳则显得有些“奢侈”。他的特制飞行服价值20.2万美元，光服装包就有4层，外表绝缘，能经得起零下60℃的超低温严寒考验，又能自动降温，避免落入大气层后因高速飞行产生的摩擦而燃烧。
可以说，鲍姆加特纳身上背的所有东西都关乎着他的生命。8磅重的头盔内有耳机及麦克风，维系着他与地面的通讯。而头盔内的液氧系统则通过供氧软管，与背部降落伞包里的供氧装置相连，构成了他的生命线。通过左手臂的高度计，他可以清晰地得知距离地面的高度，以保证正确开伞的时间。
而在护目镜里，温度调节器可以消除雾霜对视线的影响；胸包则装有GPS和包含IMU速度及方向传感器，这些装置可以实时监测速度，并向地面传输鲍姆加特纳的各项数据，进而指导他据此作出调整。
一切装备都是保护鲍姆加特纳不受高温、低温、极速伤害所必须的，任何一个小的失误或遗漏都会导致致命的伤害。在跳出舱门之前，鲍姆加特纳例行进行最后一分钟检查，这时他才发现遮阳板、加热器不能正常工作。这意味着他呼出的气体会在头盔里变成雾气模糊视线，以致当时差点取消了此次任务。
针对鲍姆加特纳神秘的特制飞行服，有评论称类似于美国高空U-2侦察飞行员穿着的服装，也有意见认为类似于航天飞机或宇宙飞船的宇航服。这三者之间有何异同？
据中航工业航宇救生装备有限公司刘长明介绍，其实，高空U-2侦察飞行员所穿的服装是一种高空飞行密闭服。这种带密闭头盔的密闭飞行服装通常由非透气性材料制成。密闭服装内的气体会对人体表面施加一定的、均匀的气体压力，以保证人体正常的生命活动，多适用于长时间飞行的高空侦察机、海军飞机等。
由于该类服装主要用于保障气密性，避免由于气压过低而造成对人体的伤害，并充分供氧，所以一般由两个基本部分构成：即气密衣面与密闭头盔。以美国于1955年研制成功的MK-4密闭压力服为例，它的主要部件为头盔、微型氧气调节器、服装限制层、气密拉链及可卸气密靴，可以提供具有一定压力的气密空间与持续供氧。
事实上，高空飞行密闭服是早期宇航服的雏形。美国最早的载人航天飞船计划——水星计划的亚轨道飞行所采用的航天服，即是由MK-4型密闭压力服加以改进制成的。
但毕竟宇宙空间不同于地球高空大气空间，宇航服除了需要具备飞行密闭服功能之外，还需要具备抵抗悬殊高低温、太阳辐射及微流星等危险因素的功能。因此，现代的舱外用宇航服除了气密限制层外，还有真空隔热层、液冷服等结构。所以与飞行密闭服相比，宇航服庞大、臃肿得多。
从目前公开的资料来看，鲍姆加特纳的飞行服不同于飞行密闭服与宇航服，多了主降落伞手柄、紧急备用降落伞手柄、降落伞剥离手柄等与跳伞相关的特殊装置。
在防寒保暖方面，三种飞行服的功效也有差别。飞行密闭服主要通过提供气密性来抵御高低温的冲击，手段较单一、效果较差；宇航服除了气密之外，还能通过真空隔热层与水冷装置来维持体温，功能强大；而鲍姆加特纳的飞行服由于需要避免与大气层摩擦而产生高温，因此采用了特制的防火绝热面料，并且具有自动降温功能。
通过气密层与限制层来提供一个恒压、有氧的密闭空间可说是三者最大的共同点。此外，三者在衣物设计形态上也有一些共同之处，比如衣面各部件力求做成旋转体形，人体躯干是圆筒形，臀部是半球形，前臂是截圆锥形等等。
因为这种设计能最大限度地求得活动自如、牢固、气密、舒适、轻巧等多种要素间的平衡，因此该设计理念从高空飞行密闭服开始，到历代航天服都被继承下来，从鲍姆加特纳的飞行衣中，我们也可以看到这种设计理念的烙印。
北京时间2012年10月15日凌晨，这位被科技武装的“飞人”带着降落伞成功落地，瞬间成为全世界瞩目的对象。
链接：
1.在低气压的环境下，高空跳伞会出现一种叫作“平转”的情况，也就是在水平面上不停旋转。想象一下，如果费利克斯·鲍姆加特纳不能控制水平旋转，那么他就会被转得失去意识，血液就会向他的四肢和大脑冲去。如果血液冲到眼睛里，会导致暂时性失明，而一旦血冲到脑子里，可能会导致脑出血或者凝血。
2.高空空气极其稀薄，气压非常低，如果没有保护措施，低气压会使血液里形成泡沫，一个泡沫就足以阻止血液流入主动脉，这是致命的。而且突然的减压可能会使肺部胀大，直至破裂。
3.我们都知道，每上升1000米的高度，温度会下降6℃。在3.9万米高空，温度大概是零下23℃。当飞行员快速下跌时，他可能会经历零下56℃的低温。如果体温下降到28℃，飞行员可能会失去意识。而体温低于21℃可能导致死亡。
4.如果下降速度接近声速，在下降过程中会与空气碰撞，这种力量可能会使加压套装损坏而危及安全。
5.如果下降速度太快，很容易“砰”的一声，把地面砸出一个大坑。