2014年1月5日 星期日

在太空如果不穿太空衣能活多久?

NASA 提供了這方面的資料
如果你不試圖屏住呼吸,暴露於太空半分鐘左右不太可能造成永久性傷害。正如潛水員上升時需要注意的一樣,屏住呼吸可能會損傷你的肺,另外如果咽鼓管有嚴重堵塞,耳鼓也會出問題。但理論預測和動物試驗證實,除了這些之外,暴露於真空並不會造成即時的傷害。你不會爆炸,血液不會沸騰,你不會凍死,也不會馬上失去知覺。
十秒鐘之後,會有很多較輕微的問題出現,包括曬傷,可能出現減壓症,皮膚和皮下組織發生輕度、可逆、無痛苦的腫脹。然後你會因為缺氧失去知覺。傷害不斷累積,大概一兩分鐘後你將死去,但目前並不了解這個確切的時間限度。
由於你的皮膚和循環系統的包容功能,你不會爆炸,血液不會沸騰。雖然空間環境一般非常寒冷,但熱量不會在很短時間內離開人體,所以你不會立即凍死。只有在體內氧氣耗儘後人才會失去知覺。如果你的皮膚​​沒有任何保護地暴露於直射陽光的強烈紫外線輻射下,你會有非常糟糕的灼傷。
1965年,在NASA的載人航天器中心(現在更名為Johnson Space Center)一次真空艙宇航服洩露事件中,我們曾經有一名被試者不幸暴露於近似真空下(壓力小於1 psi,即1 磅/平方英寸)。他保持知覺的時間是14 秒,這大概是氧氣從肺部到達大腦所需要的時間。他的宇航服中的條件大概沒有達到極強的真空,而且15 秒後我們就開始給真空艙重新加壓。在大約相當於一萬五千英尺海拔高度的大氣壓力下,被試者開始恢復知覺。後來被試者報告說他能感受並聽到空氣洩露出去,他在失去知覺前最後的記憶是舌頭上的水開始沸騰。 (低壓條件下水的沸點會降低——注。)
1995年2月13號的《航空周刊與空間技術》發表了Leonard Gordon報導另一次真空事件的信件:“1960年8月16日,發生了飛行員在工作時將一隻無加壓的手長時間置於接近真空下的情況。在使用開放式的吊艙上升到102,800 英尺(19.5 英里)高度的過程中,Joe Kittinger的右手上的加壓出了問題。他決定繼續任務。如預期的一樣,他的手很疼並失去了功能。但是在這次破記錄的跳傘後,一回到低海拔,他的手就恢復了正常。”
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除了NASA提供的資料以外,在《太空醫學數據手冊》這本書中也對這個問題作了詳細討論。相關內容可以在NASA的科學家、科幻小說家杰弗裡·蘭迪斯的網頁上找到(鏈接)。
這本手冊提到:
“供氧不足的情況下,意識還可以維持9-11 秒。緊接著,身體會發生癱瘓和抽搐。這一時期,軟組織和靜脈中快速形成水汽,導致身體腫脹為原來的兩倍,除非有增壓服能夠約束住身體。(已證明:適當配備的彈性服裝可以在壓力低於15 毫米汞柱的情況下完全阻止體液沸騰。)心率先上升,然後快速下降。動脈血壓在30-60 秒期間內也快速下降。靜脈血壓由於氣體產生膨脹而上升,一分鐘內會超過動脈血壓。血液循環將停止。肺部氣體因減壓而快速排出,之後水汽還會持續從氣道流出,這種持續的蒸發會令口鼻溫度降溫到接近結冰點。身體其餘部分也會降溫,但比較慢。
有報導稱一些暴露在接近真空的環境下的動物會在一分鐘內因心肌纖維震顫而死亡,但通常,只要在90 秒內再增壓,動物就可以存活。而一旦心跳停止,死亡就不可避免,即使進行心肺復蘇也無效。
及時增壓後,呼吸會自然恢復。通常會出現一些失明或視覺障礙等神經方面的問題,但也會快速消失。
暴露於真空環境下的人只有5 到10 秒的時間實施自救。只要立刻實施救援,在60 到90 秒內將壓力增加到200 毫米汞柱(3.8 磅/平方英寸),即使暴露者的外觀和症狀可能十分嚴重,他還是可以存活下來,並且可能會快速恢復。
顯然《手冊》提供的信息更具體。另外蘭迪斯在這段後面附註:如果暴露者錯誤地採取了屏住呼吸的操作,在失壓狀況下會導致肺部破裂,造成致命後果。
此外蘭迪斯還解釋道:
你不會被冰凍。與很多人理解不同,太空並非是一個“絕對零度”的環境,事實上,太空沒有溫度。由於太空中的分子很少,不足以表現出“溫度”的屬性,既不“冷”,也不“熱”。真空是一個良好的隔熱體,暴露於其中的人,會因為體表水分蒸發而略微感到有一點點冷,但不會凍起來。
你的血液也不會沸騰。因為一般來說,人的血壓是75/120(單位是“托”,1 “托”約等於1 毫米汞柱),這個數值描述的是:人的血壓比外部環境的壓力要高75-120托左右。當外部環境壓力是0 時,血壓至少還能維持在75 托左右,而在這個壓力下,水的沸點是46 攝氏度。因此人體體溫(37 攝氏度)還不足以讓血液沸騰。這都是血管的功勞,彈性的血管保證了血液有一定的壓力,防止沸點降低而發生沸騰。 (1965年的案例中,暴露者也只是報告說舌頭上的水開始沸騰,這是因為舌頭處的壓力其實也就是環境壓力——注。)
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總結起來,不穿宇航服暴露在外太空是很危險的,主要危險來自失壓、缺氧(窒息)和陽光輻射,必須在90 秒之內恢復環境壓力。施救及時​​的話,生存下來的機會還是很大的。
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NASA回答當人體突然面對快速減壓至幾近真空的環境時:
一。如果你不嘗試去閉氣,暴露在真空下大約半分鐘的時間不大可能會對你造成永久性的傷害,如果你閉氣時就有可能會傷害到你的肺部,即使你的肺部只有1psi的壓力,都足以導致你肺部的破裂並且因此死亡,對於一個受過訓練的太空人都清楚如何去面對這種情形,一旦暴露在真空的環境下,不會造成立即的傷害。
二。你並不會爆炸:鋼製的高壓氧氣瓶能防止數百大氣壓的氧氣瓶破裂,雖然我們皮膚的強度遠不及鋼瓶,但仍足以維持我們在太空中不會爆炸,經由動物實驗得知,皮膚及皮下組織中快速氣化的水分會引起腫脹。
三。你的血液不會立即沸騰:由於皮膚及循環系統的保護功能,你的血液不會立即沸騰,水在37度C的蒸汽壓是47mmHg,而我們血管中的血壓會高於此,所以不會立即沸騰,人體具有調節血壓的功能,例如你在10ft深的水中並不會因壓力而導致血管破裂。
四。你不會立刻結凍:雖然太空中的環境非常寒冷,但人體熱量流失的速度不會很快,這是由於真空的環境中熱量的傳導主要依賴熱輻射,它的傳導效率低於空氣的對流五。你不會立即失去意識:在人體失去血液中氧氣的供給後,大約10到15秒便會失去意識,另一個值得注意的問題是我們的皮膚若在太空中遭到陽光的直射,短時間之內便會受到非常嚴重的曬傷。
人體在太空中也許可以存活1至2分鐘,之後便會面臨死亡,至於人體可以承受的時間極限則不很清楚。
在美國的Johnson航天中心曾發生過一次宇航服試驗的意外,一條連接宇航服通氣軟管的破裂,導致宇航員直接面對壓力遠少於1個psi的真空氣密室,宇航員只保持了約14秒的清醒後便陷入昏迷,這些時間差不多是血液從肺到達腦部的時間,再經過15秒後密閉室便開始增壓,直到壓力大約等於15000 ft高空的大氣壓力時,宇航員才甦醒過來,這位宇航員事後回憶,在失去意識前的最後記憶,他感覺並且聽到空氣正在溢出的聲音,而且唾液在他的舌頭上沸騰。
1960.8.16 Joe Kittinger 創下了高空跳傘的世界紀錄,當他所乘坐的氦氣球上升到43000 ft高空時,他的右手套破損失壓,他感覺到右手極度疼痛并且無法使用,但他仍就決定​​繼續完成挑戰,經過大約12分鐘後,他達到102800 ft的高度後便跳下,並在17500 ft的高空打開降落傘,之後安全落地,右手也恢復了正常。

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