Q.核潜艇在近地轨道太空中能坚持多久?
——贾森·拉思伯里
A.潜艇本身不会有什么问题,但里面的艇员可就有麻烦了。
潜艇不会在太空中爆炸。潜艇的外壳强度足以承受50~80倍大气压的外部水压,所以承受内部的一个大气压对它来说根本不是问题。
潜艇的整个艇体应该是气密的。虽然水密并不意味着它能防止气体泄漏,但潜艇能在50个大气压下保证不漏水这一事实,应该能够说明至少空气不会泄漏得太快。潜艇上或许会有一些专门设计用来释放空气的单向阀门,但总体来说潜艇应该算是密封的。
艇员面对的问题显而易见:空气。
核潜艇使用电力从海水中提取氧气。但在太空中没有水,因而也没法用来产生更多的空气。潜艇上备有一些应急的氧气储备,可以供艇员用上几天,但最终他们还是会面临氧气用尽的困境。
他们可以使用反应堆来保持温暖,不过他们需要小心掌握好尺度,因为海洋比太空更“冷”一些。
严格来说,这句话是不对的,所有人都知道太空非常寒冷。太空飞船在太空中过热的原因在于太空的热传导性能不如海水,所以热量在太空飞船中聚积的速度比在海里的更快。
但如果你在咬文嚼字上更进一步,这句话也是正确的。海洋确实要比太空更冷。
星际空间非常寒冷,但在太阳(或地球)附近其实是非常热的!之所以太空看起来没有那么热,是因为“温度”的定义在太空中有点不那么适用。太空很冷,是因为它太空了。
温度描述的是一堆粒子的平均动能的大小。在太空中,一个个分子都有着很高的分子平均动能,只是它们数量太少影响不到你。
在我还小的时候,我家地下室里有一个机械小作坊。我记得我曾经看着我爸使用一台金属研磨机,每当金属接触砂轮时都会有四散飞溅的火花,许多火花飞到了他的手上或衣服上。我当时不能理解为什么我爸不会受伤,因为那毕竟都是几千摄氏度的火花。
后来我才知道火花不会伤人的原因是它太小了,它所携带的那一丁点儿的热量会被人体吸收,只影响到极小一部分皮肤。
太空中那些“热”分子就像我爸作坊里的火花,它们可能很热也可能很冷,但它们的体形过于微小,就算碰到了也不会对你产生多大影响。1相反,潜艇里是变热还是变冷则取决于产生多少热量,以及你能多快地把这些热量排出去。
现在你的周围没有一个温暖的环境能把热量辐射回来,因此你通过辐射流失的热量会比在正常情况下快许多。不过没有了周围的空气从你体表带走热量,你因对流而流失的热量也同时减少了。2对于大多数载人飞船来说,后者更值得关注。他们要面临的最大问题不是保持温暖,而是保持凉爽。
在水温为4℃的海洋中,核潜艇显然有能力在舱内维持一个可供生存的温度。不过要想在太空中维持这个温度,处于地球的阴影中时,潜艇流失热量的功率约为6兆瓦,而艇员们散发热量的功率只有20千瓦,就算加上太阳直射时的几百千瓦日暖3也不够,所以他们必须打开反应堆来供暖。4
为了脱离地球轨道,潜艇需要把速度降到足够低的程度,这样才能重返大气层。但没有火箭,它无法完成。
好吧,严格地来说,潜艇上是有火箭的。
不幸的是,潜艇上的“火箭”的朝向不对,没法把潜艇推离轨道。火箭靠自身携带的燃料推进,意味着发射火箭的后坐力极小。当枪射出子弹时,枪其实在把子弹向前推。但如果是火箭的话,你只是启动了火箭,然后它就自己飞走了。发射艇载导弹并不能向前推动潜艇。
但如果你不发射的话却可以。
如果把现代核潜艇中搭载的弹道导弹从发射管中取出来,调个头再塞回发射管中并点火,那么每枚导弹都能使潜艇的速度提升改变约每秒4米。
典型的脱离轨道机动需要使速度降至大约每秒100米,这意味着“俄亥俄级”核潜艇上搭载的24枚“三叉戟”导弹就足够使自己脱离地球轨道了。
脱离轨道后,由于潜艇并不配备散热用的隔热瓦,在超音速下也不具有空气动力稳定性,因而它将不可避免地开始翻转并在空中解体。
如果你能挤进一个正确的缝隙中,并且把自己绑在加速度座椅上,那么你有很小很小很小的几率能够撑过剧烈的减速阶段。之后你需要在潜艇撞击到地面之前带上一个降落伞跳出残骸。
如果你真的打算这么做(我并不推荐),有一个绝对重要的事情你需要牢记在心:
记得解除导弹上的引爆装置。
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1.这也是为什么即使火柴和火炬的火焰温度差不多,在电影中你只会看到那些大块头们用手一捏就能灭了火柴,但绝不会看到他们对火炬做同样的事情。
2.通过热传导流失的热量也变少了。
3.apricity,这是我最喜欢的一个英文单词,它的意思是冬日里的阳光。
4.当他们朝太阳方向运行时,潜艇的表面会升温,但整体热量流失的速度仍然大于热量获取的速度。