[美]蘭道爾·門羅
國際空間站的宇航員可以從空間站往地球上發(fā)快遞,只要放在送宇航員回地球的宇宙飛船里就行。但如果最近沒人打算回家,那你可得自己想辦法搞定。
從國際空間站把東西運到地球很簡單,你只需把東西從門里扔出去——早晚有一天,它會掉到地球上。
在國際空間站的高度,還有一點點大氣層,雖然很少,但足以產生一些阻力。這股阻力遲早會讓東西的速度慢下來,落入越來越低的軌道,最終掉進大氣層并燃燒(通常來說)。
宇航員會時不時地一不小心給地球寄個快遞。在國際空間站上工作時,宇航員已經失手掉下了各種各樣的東西,包括鉗子、相機、工具包等。
扔出門的快遞面臨的命運,和歷年來那些從國際空間站飄走的物件一樣。它會脫離軌道,進入大氣層。
這種貨運方式有兩大問題:第一,你的快遞在抵達地面前就會在大氣層里燒毀;第二,就算沒有被燒毀,你也不知道它會掉在哪里。要想讓你的快遞送達,你先得把這兩個問題解決掉。
首先,讓我們看看怎樣才能讓快遞完好無損地抵達地面。
東西進入大氣層時,通常都會燒起來。因為軌道上的一切東西都太快了。當物品以高速撞到空氣時,空氣被壓縮、加熱,變成等離子體,通常會把東西熔化或汽化。
為了防止航天器被摧毀,我們會在前面加上隔熱盾。我們也會把隔熱盾造成特殊的形狀,這樣能在沖擊波和航天器表面之間形成空氣緩沖層,以防最熱的等離子體碰到航天器本體。
撞上大氣層后,物體的命運取決于它的大小。非常大的物體,具有足夠大的慣性擊穿大氣層并砸到地面上。小的物體,個頭不足以擊穿大氣層,撞到大氣層時溫度會升高解體或直接蒸發(fā)。即使挺過來,也會失去軌道速度,在阻力和重力平衡后以穩(wěn)定的速度垂直掉到地面。
為了在下降過程中保護你的快遞,你也可以加個隔熱盾。接下來,你只需要調整下快遞的狀態(tài),保證它朝向正確——隔熱盾在前,快遞在后,就可以送它上路了。
你也可以為快遞加個降落傘來完成最后的降落,但如果你寄送的東西很輕或者很結實,比如襪子、紙巾,那么就算它掉到地上,可能也不會有什么損壞。
當然,你也可以干脆丟掉隔熱盾。
輕量物體受到的相對阻力更大,能在更高的高度開始減速,那里的空氣密度更低,加熱物體的效率比較低,最高溫度也要低很多。
有計算表明,紙張形狀的物體如果彎曲一下,保證平面朝下,從理論上可以“軟”進入大氣層,并且始終不會達到特別高的溫度。
如果把消息印在烘焙用的烤盤紙、鋁箔或其他輕薄且耐熱的材料上,你也許可以直接扔出門外。只要形狀合適,它就有可能完整地抵達地面。
從國際空間站上拋出來的快遞會繞地球飛好多圈,然后逐漸下降,其最終的著陸點基本無法控制。
要想提高快遞投遞的精準度,只需要用力扔一把。使勁扔可以讓快遞更快地落到大氣層里,不用等大氣阻力以不可預測的方式讓它的軌道慢慢下降。令人驚訝的是,正確的方式并不是把快遞往下朝著地球扔。相反,你應該往空間站運行方向的后方扔。如果你朝下扔,它還會以足夠快的前進速度留在軌道上,只不過是個稍微不同的軌道。你要做的,是讓它減速。
快遞扔得越快,著陸點就越精準。國際空間站運行的速度接近8千米/秒,幸運的是,你不需要把快遞扔那么快。在國際空間站這個高度,只要能把軌道每秒的速度減少100米,就足以讓你的快遞以向下約1度的角度落入大氣層。不幸的是,把一個東西以100米/秒的速度拋出很難,就算是最好的棒球投手也沒有突破50米/秒的投球速度。
實際上,不管你扔得多快多準,湍流和風的隨機性都會讓落點距離目標有幾千米的誤差。
2001年3月,“和平號”空間站即將重入大氣層。人們預測它的大部分會燒掉,但一些大件的模組有可能抵達地面。俄羅斯地面指揮中心的規(guī)劃者想算準時間,讓它落在太平洋無人居住的小島上,但沒人知道它到底會落在什么地方。
快餐品牌“塔可鐘”抓住這個機會,想出了一個獨一無二的營銷方案:他們在太平洋上放了一塊巨大的漂浮席子,上面畫了一個靶子,只要“和平號”的一枚碎片擊中靶子,就給所有美國人每人一份免費塔可餅。
可惜,到最后也沒有任何碎片擊中靶子。
你可能沒法把快遞瞄得很準。但不要絕望,這不是說無法送達!你只需要好好考慮一下上面的地址怎么寫。
但是,要想搞明白在太空快遞的地址欄應該填什么,可沒那么容易。
最早的美國間諜衛(wèi)星用的是膠片相機,拍完照片之后,要把內含膠卷的艙體扔回地球。如果一切順利,這些艙體掉下來時會被追蹤定位。
但事情并不都會按計劃進行。1964年年初,一顆“日冕號”偵察衛(wèi)星在軌道上壞掉,開始慢慢不受控制地重入大氣層。政府官員非常焦慮地觀望著,想判斷出它會在哪里進入大氣層。最終,情況變得明朗,它會在委內瑞拉附近的某個地方著陸。
1964年5月26日,人們看到衛(wèi)星碎片劃過了委內瑞拉的海岸上空。
官員們以為它落在了海里,但實際上它落在了委內瑞拉和哥倫比亞的邊界。幾個農民找到了它,把它拆開,拿走了里面的金碟子,還想把剩下的部分賣掉。發(fā)現(xiàn)沒人想買后,他們把太空艙交給委內瑞拉當局,而當局則通知了美國。
直到1964年,返航太空艙上還用嚇人的字體標記著“美國”和“秘密”,為了阻止別人打開太空艙。發(fā)生這起事件后,美國政府改變了他們的標簽策略。上面不再有嚴厲警告,而是換成了一條簡單的信息:把這個太空艙送到最近的美國領事館或大使館的人可以領到賞金。
(摘自《如何不切實際地解決實際問題》,天津科學技術出版社,本刊有刪節(jié),小黑孩圖)