用什麼姿勢落地，才不會摔成一攤肉泥？

　　來源：我是科學家iScientist

　　就太空艙來說，每次著陸基本都可以算是迫降。因為太空艙和飛機或者太空梭不同，太空艙沒有機翼，也沒有起落架。獵戶座太空艙有推進器可以糾正它的軌跡或者減緩從軌道掉落的速度，但這種推進力遠不足以減緩著陸。

　　在太空艙回到地球大氣層時，它那寬闊的尾部首先進入濃密的空氣，摩擦力會將它的速度減緩到可以放出降落傘而不被撕壞的程度。放出一系列降落傘後，太空艙飄落入海，如果一切順利的話，這種著陸的感覺就像一場輕微的小車禍——也就2到3個G，撐死了7G。

　　降落在水上要比降落在土地上更柔和，弊端則是海洋太難以預測。萬一巨浪在太空艙降落的過程中拍到它怎麼辦？所以太空艙的乘客們既需要太空艙能保護他們免受降落的衝擊力傷害，也需要免受側面落下或大頭朝下的降落帶來的衝擊力。

　　為了確保無論大海有多狂野，獵戶座太空艙的乘員都不會受到傷害，衝撞測試人體模型們要在交通運輸研究中心這裡乘上一個模擬的獵戶座太空艙座椅。著陸模擬是研究中心、NASA和俄亥俄州立大學損傷生物力學研究室合作建立的。

　　衝擊力有多大？

　　屍體F坐在活塞軌道旁的一把高高的金屬椅子上。研究生康允石站在他身後，正在用一把扳手將一塊手錶大小的儀器嵌在他一塊暴露在外的脊椎上。這些儀器將和粘在他胸前各種骨頭上的應變計一起，測量出衝撞產生的衝擊力。傍晚的掃描和屍體解剖會讓人了解這種衝擊力造成的所有傷害。

　　F的側軸將受到撞擊。想像桌上足球里的一個玩偶——那種胸腔側面被杆子穿起來的小木頭足球運動員。這根杆子就是這具屍體的側軸。就好像這個小木頭人開車出去兜風，結果在十字路口被另一輛車從側面撞上。

　　他的身體和器官——如果他有的話——將會沿著這根杆子從左邊或右邊飛出去。如果是迎頭撞上或者追尾的話，他的身體和器官應該會沿著橫軸飛出去——從前向後，或者從後向前。研究人員接觸到的第三種軸是縱軸，也就是沿脊椎方向的軸。假如這個小木頭人正在操縱直升飛機，然後直升飛機熄火了，直直落向地面，那麼他的心臟會像蹦極一樣將他的主動脈拉下去。

躺槍的桌上足球玩偶。圖片來源：圖蟲創意。

　　由於降落時，宇航員是靠在背上的，所以落入海中的太空艙在正常情況下應該會產生橫軸力——從前向後——這是目前為止人體最容易承受的角度。（在躺著的情況下，整個後背都受到支撐和固定，這樣與坐著或站立導致的縱軸受力相比，他們可以承受3-4倍的引力——高達45G/0.1秒。）

　　通常衝擊不只會造成一根軸受力，而往往是兩到三根軸都在受力。（雖然模擬實驗一次只對付一根軸。）如果把海中的巨浪加入太空艙著陸的場景中，你就需要考慮多軸受力的情況。

　　對於NASA必須要計劃的衝擊很有幫助的一個模式就是——賽車事故。在一場多軸衝撞中保護一個人和在運輸中保護一個花瓶的原理是一樣的。你不知道聯合包裹的人會把它丟在什麼東西上，你只能把它里里外外全都固定好。賽車手都是被一根安全腰帶、兩根肩式安全帶和一根防止他們從安全腰帶中滑落的胯部固定帶緊緊綁在適合他們體型的座位上的。有一套漢斯（HANS，頭頸部保護系統）裝置防止頭部前移，座位側面還有許多垂直的支撐物，防止頭部和脊椎左右擺動。

　　安全的太空艙座位應該是怎樣的？

　　NASA的一位生存能力專家達斯汀·高默特花了很多時間跟為賽車設計約束系統的人討論。早些時候，NASA放棄了為獵戶座裝賽車座位的想法。因為賽車手是直坐在車裡，不是後躺的。而直坐對於在太空中呆了一段時間的宇航員來說不是個好主意。平躺不僅更安全（反正你也不用把握方向盤），而且可以保護宇航員不會眩暈。腿部肌肉靜脈在站立時通常是收緊的，以防止血液聚積在腳部。在過了幾周沒有重力的生活後，這種功能就會懶得工作了。而身體的血液量感應器又是在上半身的。

　　沒有重力時，更多血液會在上半身聚積；感應器會將這種狀況誤讀為血液過量，就會發出指令切斷造血。宇航員在太空中比在地球上要少用10%-15%的血液。而在太空中呆久了再回到有重力的地方，血液量低加上靜脈偷懶就會導致宇航員頭昏眼花。這叫做直立性低血壓，有時候很丟人的，宇航員完成任務後會在記者招待會上暈倒。

　　而穿著宇航服躺在一把非常安全的椅子上也有問題：「我們將一把賽車椅放倒，上面放上一個人，然後問他：『你出得來嗎？』」高默特回憶說，「這就像把一隻烏龜四腳朝天放在地上。」能夠迅速逃出太空艙主要是以備不時之需，如太空艙沉入海里，或者著火候。

　　上一次出問題的太空艙是聯盟號。在2008年9月帶著國際空間站第16和第17考察隊的隊員返回地球時，出位干擾了通常用來平緩過程並減緩再入和著陸的氣動升力。再入過程給隊員們帶來了整整一分鐘的8G體驗——正常情況下最高也只有4G——著陸時的撞擊更是達到了10G。太空艙遠遠偏離了預定降落地點，落在了哈薩克大草原上的一塊曠野里。撞擊造成的火花還引起了一場草地火災。

　　聯盟號的座位就像賽車座位一樣，頭部兩邊都有約束，長度和軀體長度一樣。這樣它會更安全，除非你要抓緊從裡面逃出來。因為擔心納斯卡式的肩部墊枕可能會增加宇航員逃出艙外的時間，所以高默特和他的同事們就做了一些測試，看只裝頭部墊枕會怎樣。他們是用撞擊測試人偶做的這些測試，作為折中保留了肩部墊枕，但是按比例縮小了尺寸。

正在做衝撞實驗中的假人。圖片來源：NASA

　　幫宇航員再抱怨一句，跟賽車手不一樣：宇航員的衣服里有一個吸塵器——有洞，有噴嘴，有耦合，有開關。為了確保宇航服里堅硬的部分不會在著陸過猛時傷到宇航員柔軟的部分，F還要穿一套模擬宇航服：一組用布基膠帶纏在他脖子上，肩膀上，大腿上的圓環。那些圓環模擬的是宇航服的活動軸承，或者叫關節。今天的一個特別關注點是，考量在側向著陸時，活動軸承會不會撞到座位的肩部墊枕，從而撞進宇航員的手臂，折斷一根骨頭。

　　高默特解釋了圓環關節是怎樣發生作用的，怎樣能讓宇航員舉起手臂。加壓宇航服就是一個身體形狀的重型氣球——不大像是衣服，更像是一個小型充氣房。裡面壓力加滿，如果沒有某種關節的話，就完全無法彎曲。當前使用的宇航服在肩膀處有金屬環，金屬環可以前後扭動，這樣宇航員就能把手臂抬起來放下去了，就像老式洋娃娃的手臂一樣。

　　現在的問題是怎麼把F放進衝擊橇上的座位里。想想怎麼把不省人事的醉鬼塞進計程車就知道了。兩名學生抬著F的屁股，博爾特用手托著F的後背。活塞已經在F的右邊準備就緒；他將受到沿橫軸方向的衝擊。這是非常致命的，因為瀰漫性軸索損傷。頭部在沒有安全防護的情況下甩來甩去時，大腦會前前後後地撞著頭骨內側。大腦是會擠壓變形的。與迎面衝撞相反，在橫向衝擊中這種擠壓會拉扯連接大腦兩葉間迴路的長神經元延伸，也就是軸突部分。軸突因此腫脹，如果腫脹太過厲害，你就會昏迷而死。

　　心臟也會發生類似的問題。心臟在充滿血液的時候足足有3/4磅重。與迎面衝撞相反，側面衝撞中心臟有更多空間可以在主動脈上甩來甩去。如果主動脈拉伸過度而心臟又恰好充滿沉重的血液時，心臟可能會脫離主動脈。高默特叫它「動脈驟脫」。這種情況在迎面衝撞中就較少發生，因為迎面方向胸脯相對較平；心臟會被夾在自己的位置上。心臟在縱向衝撞中也會脫軌，就像在直升飛機下降時會發生的事情一樣，因為心臟在縱向也有足夠的空間可以向下拉，直到超出動脈的承受範圍。

　　撞擊測試開始

　　F終於準備好了。我們全部上樓，在控制室里觀察這一過程。頭頂一組燈光打下來，帶著某種戲劇化的氛圍。實際上撞擊本身算是虎頭蛇尾。因為造成撞擊的實際上是空氣，衝擊橇試驗出乎意料地安靜，這是沒有撞擊的撞擊。而且這種撞擊非常快，快到眼睛基本看不出什麼來。人們用高速錄影機拍下視頻，看的時候再用極慢的速度回放。

　　我們都湊到屏幕前去看。F的手臂在肩膀的支撐物下面，原本放胸腔支撐物的地方向上彎著。他的手臂看上去就像多一個關節似的，以手臂不應該彎的樣子彎曲著。「這可不好。」有人說。這個問題總是一再出現。就像高默特說的：「座位間的空隙都讓身體器官填滿了。」（後來發現F的手臂沒有折斷。）

F：「我還好，我的手沒斷。」圖片來源：NASA

　　F在傷害最高峰會經受12-15G的力量。高默特解釋說，一場事故中受害者受傷的程度不僅取決於它承受了多少G的力量，也取決於車輛需要多長時間才能停下來。如果一輛車撞到牆馬上就停下來了，那麼司機可能在一瞬間要承受大約100G的力量。如果車的引擎罩是會皺起來的那種——現在的車輛基本都採取了這項安全措施——那麼同樣100G產生的能量就會釋放得更加緩慢，將最高衝擊力減少到10G左右，這樣存活率就很高了。

　　車子停止運動所花時間越長越好——只有一種情況例外。要想了解這點，你需要清楚在衝撞中人體內部都會發生些什麼。

　　不同種類的組織由於質量不同，加速也有快有慢。骨頭加速就比肉快。在橫向衝擊中，你的頭骨會加速超過你的臉頰和鼻尖。你看拳擊手頭部側面被打到時的定格畫面就能看到了。

　　在迎頭撞擊中，你的骨架先動。你的骨架會被拋向前，直到安全帶或者方向盤擋住它才停下來，然後它又開始向後反彈。大概在你骨架向前運動一秒鐘之後，你的心臟和其他器官才會出發。這就意味著你的心臟在向前走的過程中會碰到向後運動的胸腔。大家都以不同的頻率前前後後地動著，然後撞到胸腔又都在反彈。而且一切都發生在幾毫秒的時間裡。速度快到彈和反彈這兩個詞都用得不對。裡面的東西應該說是在振動。

　　高默特解釋說，最大的危險在於，如果這些器官中的一個或幾個振動頻率開始跟它的共振頻率一致了，就會使振動擴大。人體器官的共振頻率比較低，都在聽不到的長波範圍（也就是次聲）里，發射中的火箭倒是會發出強有力的次聲振動。那麼這種聲波會把你的器官搖散嗎？NASA在60年代還真做過這方面的實驗，以確保——一位次聲專家的原話是——「他們發射到月球的不是一團肉醬。」

　　博爾特的學生們正在將F推上一個擔架，放進一輛白色廂式貨車的後部。F要到俄亥俄州立大學醫學中心區接受掃描和X光檢查。整個過程就像給一個活人看病一樣，不過是45分鐘的等待和給錢的問題。

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