كيف كسر فيليكس بومغارتنر حاجز الصوت بالسقوط؟ السرعة الاتجاهية

 

السرعة الاتجاهية

السرعة النهائية للإنسان التي يتم اقتباسها عادةً - كما تقول ، حوالي 200 كم / ساعة لقافز مظلي في وضع "نجم" ، أكثر من 300 كم / ساعة للقافز المظلي في وضع الرأس لأسفل مع أطرافه مطوية - تنطبق فقط على الوضع الطبيعي القفز بالمظلات ، الذي لا يبدأ من ارتفاع عالٍ لدرجة أن الغواصين يحتاجون حتى إلى أكسجين إضافي ، ناهيك عن بدلة ضغط فعلية.

15000 قدم (حوالي 4.6 كيلومترات) هي قفزة عالية للقفز المظلي الترفيهي. عند هذا الارتفاع ، لا يزال الضغط الجوي أعلى من 50٪ مما هو عليه عند مستوى سطح البحر. لن يتمكن الأشخاص غير المتأقلمين من إنجاز الكثير في ظل هذا الضغط ، ومن المحتمل أن يبدأوا في الشعور بالبؤس الشديد إذا بقوا هناك لفترة طويلة ، ولكن إذا كنت تجلس في طائرة جيدة تمامًا تنوي الخروج منها قريبًا قفزة ، إنها ليست مشكلة كبيرة.

على ارتفاع 5000 قدم (حوالي 1.5 كيلومتر) ، لا يزال لديك 80٪ من ضغط الهواء عند مستوى سطح البحر. إن إثارة القفزة الوشيكة - التي لن تمنحك الكثير من وقت السقوط الحر عند هذا الارتفاع - سيكون لها تأثير عليك أكثر بكثير من تأثير ترقق الهواء. 1

أنت بحاجة إلى بدلة ضغط أعلى من "حد أرمسترونج" (سميت على اسم هاري جورج أرمسترونج ، وليس نيل) ، وهو الضغط الذي يغلي فيه الماء عند درجة حرارة جسم الإنسان. لا توجد طريقة للبقاء على قيد الحياة لأكثر من دقيقة أو ثلاث أكثر من حد Armstrong ، حتى لو كان لديك أكسجين نقي للتنفس.

يبلغ حد أرمسترونغ حوالي 19.2 كيلومترًا (حوالي 63000 قدم فوق مستوى سطح البحر ، أو 2.2 جبل إيفرست) ، اعتمادًا على الطقس. بدأت غطسة فيليكس بومغارتنر في ريد بُل ستراتوس من ارتفاع يزيد قليلاً عن 39 كيلومترًا فوق مستوى سطح البحر.

عند هذا الارتفاع ، يكون ضغط الهواء حوالي أربعة آلاف جزء من الغلاف الجوي. هذا 3.9  هكتوباسكال ، أو 0.056  رطل لكل بوصة مربعة . سيكون من دواعي سرور المجرب المنزلي أن يمتلك مضخة فراغ ميكانيكية قادرة على ضخ هذا المستوى المنخفض.

عندما يكون الهواء ضعيفًا ، من الواضح أنه لا توجد مقاومة كبيرة للهواء لإبطاء سقوط الجسم. وبالتالي ، فإن السرعة النهائية للقافز المظلي (أو وسادة الريش ، لهذه المسألة) ستكون أعلى بكثير مما هي عليه بالنسبة للإنسان الذي يسقط على ارتفاعات القفز بالمظلات العادية.

سرعة الصوت

تعتمد سرعة الصوت في الغاز ، بما في ذلك الهواء ، على كثافة الغاز وضغطه ودرجة حرارته. بالنسبة للغلاف الجوي للأرض ، ينتج عن هذا تباين غريب نوعًا ما في سرعة الصوت مع الارتفاع ، معروض بشكل ملائم في هذا الرسم البياني على ويكيبيديا . درجة الحرارة هي العامل الرئيسي - يتطابق شكل خط سرعة الصوت الأزرق بشكل وثيق مع خط درجة الحرارة الأحمر. وذلك لأن الكثافة والضغط يتناقصان مع الارتفاع ويلغيان بعضهما البعض.

يمكنك أيضًا أن ترى ، مرة أخرى ، أنه على ارتفاع 39 كيلومترًا حيث بدأ غوص بومغارتنر ، لم يتبق الكثير من الهواء على الإطلاق. كلما صعدت إلى مستوى أعلى ، كلما أصبحت أكثر انحرافًا عن سرعة الصوت على الإطلاق ، من وجهة نظر لاعب القفز بالمظلات.

يعد كسر حاجز الصوت عند الارتفاعات "العادية" مشكلة كبيرة. حتى الطائرات التي تريد أن تقترب بشكل غامض من سرعة الصوت ، مثل الطائرات الجامبو ، تحتاج إلى ميزات تصميم خاصة لمنع حدوث الأشياء المزعجة 2 عندما تتجاوز ماخ 0.75 تقريبًا.

عندما يكون الهواء رقيقًا جدًا لدرجة أن طائرة ورقية تسقط مثل الصخرة ، قد تحدث كل الأشياء ذات الموجات الصدمية العابرة ، لكن القوى المعنية ضعيفة جدًا بحيث لا تقلق بشأنها.

نعم ، كسر بومغارتنر سرعة الصوت ، لكنه لم يكن بهذه الضخامة: لقد كان يبدأ من ارتفاع عالٍ لدرجة أنه من المحتمل أن يسقط على الأقل بضع مئات من الأمتار في الثانية حتى لو كان قد فتح مظلته لحظة قفزه. 

القفز من محطة الفضاء الدولية."

يمثل الإنقاذ من محطة الفضاء الدولية مشكلة.

تقع محطة الفضاء الدولية في المدار ، لذا إذا قفزت خارجها ، فستكون في المدار أيضًا. مهما كانت السرعة النسبية التي يمكن أن تعطيها لنفسك بساقيك فلن تكون كافية لإحداث فرق كبير. لكي تسقط في الغلاف الجوي فعليًا ، عليك أن تقتل بعضًا من سرعتك المدارية بنوع من الدافع - هذه هي الطريقة التي "تبتعد بها المركبة الفضائية عن مدارها".

لنفترض أن لديك دافعًا سحريًا بدون رد فعل يسمح لك بالتوقف بالنسبة إلى سطح الأرض أسفلك مباشرةً ، تمامًا كما لو كنت قد قفزت من منطاد وصل بطريقة ما إلى ارتفاع محطة الفضاء الدولية. من المفترض أنك خططت لاستخدام حزام الرفع أو الحذاء غير المتفاعل أو أي شيء لتطفو بشكل مهيب بأي سرعة تريدها. ولكن عندما ضغطت على الزر لقتل الزخم المداري ، احترق الجهاز ، والآن تسقط.

يقع المدار الأرضي المنخفض لمحطة الفضاء الدولية على ارتفاع 400 كيلومتر فوق مستوى سطح البحر. على هذا الارتفاع ، لا يزال هناك ما يكفي من أثر الغلاف الجوي للتسبب في انحلال مدار محطة الفضاء الدولية ببضعة كيلومترات في الشهر ، لذلك يتطلب الأمر "إعادة تعزيز" متكرر لمنعه من السقوط في المحيط قبل الموعد المحدد . من وجهة نظر شخص أخبر زملائه رواد الفضاء للتو أنه سيخرج للتو وربما يكون هناك بعض الوقت ، على الرغم من أنه فراغ على بعد 400 كيلومتر.

المدار الأرضي المنخفض مرتفع بدرجة كافية بحيث تقل جاذبية الأرض إلى حد ما ، ولكن فقط من حوالي 9.8 إلى 9.0 أمتار في الثانية مربعة.

بدءًا من 400 كيلومتر والتسارع بسرعة 9 أمتار لكل ثانية مربعة ، ترتفع الجاذبية وكثافة الهواء ببطء مع السقوط. لا أعرف بالضبط كيف سيعمل هذا ، لكنني أعتقد أنه بحلول الوقت الذي تسقط فيه 300 كيلومتر وتجتاز ارتفاع "بداية الفضاء" التعسفي البالغ 100 كيلومتر ، فإنك ستهبط بمعدل 2.5 كيلومتر لكل ثانيا.

هذه سرعة مذهلة ، لكنها أكثر قابلية للإدارة من السرعة المدارية الفعلية. تبلغ السرعة المدارية لمحطة الفضاء الدولية حوالي 7 كم / ثانية ؛ عندما تحطم المكوك كولومبيا إلى جسيمات مشتعلة ، تمكن من التباطؤ إلى حوالي 6 كم / ثانية. نظرًا لأن الطاقة تزداد مع مربع السرعة ، فإن الجسم الذي يسافر بسرعة 7 كم / ثانية والذي يحاول إبطاء سرعته لديه 7.8 أضعاف الطاقة للتخلص منه مثل الجسم الذي يسافر بسرعة 2.5 كم / ثانية.

من المحتمل أن تكون 2.5 كم / ثانية على ارتفاع 100 كيلومتر قابلة للنجاة ، ربما باستخدام نوع من المظلة الشريطية أو جهاز سحب مماثل لتنزف السرعة بثبات مع زيادة سماكة الهواء.

لكن كل هذا سخيف بعض الشيء ، لأنه يفترض أنك تمكنت بطريقة ما من التخلص من عدة كيلومترات في الثانية من سرعتك المدارية الأولية. هذه هي المشكلة الكبرى. إذا كان للمركبة الفضائية التي تدور في مدارها كتلة رد فعل كافية لقتل سرعتها المدارية أثناء وجودها في الفضاء ، فيمكنها بعد ذلك استخدام الأجنحة أو إطلاق مظلة عملاقة والإبحار بهدوء تام ، دون الحاجة إلى دروع حرارية مزعجة على الإطلا