逃生气囊球和马斯克在流浪地球上有什么关系?

逃生气囊球和马斯克在流浪地球上有什么关系？

来源：科学院

在电影《漫游地球》中，主角刘启三次使用逃生气囊球，每次都扮演着不同的角色，给人留下了深刻的印象er今天，让我们来看看技术细节。

G3逃生气囊球

刘启房间里贴的救生气囊设计图纸应该是他自己发明的，CX工厂代工的G3逃生气囊球——气囊球发生器原型，作为刘启的法宝，在片中使用了三次，三次都起到了很大的作用。

刘启第一次手动启动充气囊弹飞向黑社会。

逃生气囊球在储存状态下体积与罐体相似，单手可操作，刘启腰间别了三个这样的装置。

这里有一个细节:当刘启拿着救生装置时，充气的结果是刘启在安全气囊外面，没有包围刘启。影片后面，刘启在安全气囊外点燃安全气囊，用冲击波压制黑社会。

第二次使用是在运输车辆通过峡谷时，地震导致悬崖上方的碎石不断坠落。刘琦紧急打开救生袋，让大叔和多多进去暂时避免危险。由此可见，逃生气囊球的材料具有一定的强度，抵抗碎石的冲击而不被划伤。

第三次使用是刘启从高空跳下，利用高超的身体控制能力追上朵朵后打开救生囊，气囊充气后直接将两人裹在气囊内层（注意这个细节与第一次刘启使用逃生气囊不同，不排除有不同模式的触发开关或者操作技巧），落地缓冲后，两人安然无恙，但气囊很快就被尖锐的运载车残片戳破。

顺便说一句，对于刘启能赶上多朵的问题，真相很简单：两个人的坠落姿势不同，多是水平姿势，刘琦是跳水姿势，阻力比多少，所以也有可能赶上多朵，其原则类似于高空跳伞运动。

人们跳出飞机后，通过身体姿势进行调整，“飞”在水平面上

逃离气囊球的灵感

1.汽车安全气囊和快速充气

从快速充气的特点来看，必须依靠化学反应快速释放缓冲气体，这与家用汽车安全气囊没有什么不同。

气囊充气系统的原理与固体火箭助推器相同。安全气囊系统点燃“固体推进剂”，后者燃烧非常快，会产生大量的气体来充气安全气囊。然后，安全气囊爆炸性地冲出原来的安装位置，高达322公里，比眨眼要快！1秒后，气体通过安全气囊上的孔迅速消散，气囊收缩，乘客可以自由移动。

有所不同的是，家用汽车的安全气囊是靠冲撞触发的，而刘启的气囊是手动触发的，而且可以延时展开（第二次就是刘启按了开关之后将救生球扔在空中，然后充气展开），第三次虽然没有看到展开的一瞬间，但根据常理，应该是刘启追上朵朵之后立即手动展开气囊，然后气囊触地起到了缓冲的作用。

2.太空球和气囊的结构

从充气气囊的结构来看，双层球体结构不同于安全气囊的单层。灵感可以说来自娱乐项目的太空球或优波球。成龙在飞鹰计划中展示了这个产品。

成龙大哥熟练控制双层球囊太空球

影片中，成龙大哥的悠波球用小瓶装高压气瓶充气，充气速度慢，气瓶一次性，不能重复使用。

可以说，刘琦的救生安全气囊几乎波球的结构完全相同，所以关键技术是如何快速利用化学反应形成全覆盖的球体结构来缓冲人体，这是工程设计的细节，科幻电影自然可以跳过这部分。

刘琦的逃生安全气囊球，看似简单的玩具，通过几次使用充分展示了其技术优势：体积小，便于携带；充气快；球材料具有一定的强度，能抵抗小碎石碰撞；高空坠落时起缓冲作用。这种充气扩展结构技术在航天领域也有重要的应用，如——充气式超低弹道再入系数减速器。

3.充气大气再次进入减速技术

这是什么鬼？别担心，让我们从去年埃隆开始·说起马斯克吹的一头牛。

2018年4月15日，伊隆‧；马斯克在twitter上面透露了这样的消息：“听起来很疯狂，但听起来很疯狂……SpaceX试着用一个巨大的派对气球带回轨道速度的火箭上级。”

即使普通人吹牛，马斯克也必须注意他说的话，因为有一天他真的出来了，所以科学家和工程师开始想象。

气球减速伞概念图。图片来源:Kees Veenenbos

戴维，马里兰大学教授‧埃金（David Akin）他说，系统的研究已经有20多年了，他说，“之前有人提出过这样一个概念(气球减速伞)，在航天器返回时释放一个巨大的气球，并通过电缆拖在后面。气球可以降低弹道系数，使航天器在更高的大气层中减速，减少热负荷。”因此，进入火箭需要在接近地表之前降低速度，因为地表越近，大气层越厚，产生的热量就越高。

“这不容易。” 埃金教授认为，“要达到马斯克的目标，即弹道系数降低两个数量级，气球的直径必须达到36米以上，并由耐高温织物制成。”言下之意是不靠谱。马斯克所说的派对气球可能只是一个比喻，上级回收更有可能使用充气结构减速器。

在太空历史上，使用充气结构帮助航天器返回的先例已经存在。2000年2月，俄罗斯在佛盖特火箭的上级配备了可充气的再进入和着陆装置，但上级在落地时恰逢暴风雪，再也没有找到。

俄罗斯在佛盖特火箭上级测试过的可充气再入降落装置，左为未充气状态，右为充气状态。 俄罗斯在佛盖特火箭上级测试过的可充气再入降落装置，左为未充气状态，右为充气状态。 图片来源于俄罗斯在佛盖特火箭上级测试过的可充气再入降落装置，左为未充气状态，右为充气状态。 图片来源：space.skyrocket.de：space.skyrocket.de

NASA研究火星重载着陆减速器LDSD该计划还包括这种减速器，可以充气和扩展气动减速器（Supersonic Inflatable Aerodynamic Decelerators，SIAD），并在2014年和2015年进行了高空气球搭载飞行试验，实现了设计目标，将减速器从3.5马赫降低到2马赫。(相关链接:收藏版| NASA低密度超声减速器（LDSD）球载飞行试验)

SIAD收纳状态下LDSD飞行测试装置的形状

SIAD展开状态下LDSD飞行测试装置的形状

充气结构可以快速改变飞机体积，增加阻力，而不改变飞机本身的重量，从而减速。中国的航天工程师在这一领域取得了良好的成绩。

2018年5月18日，中国航天科技集团第五研究所508研究所组织了新种新型的充气减速技术（IRDT）飞行演示验证试验。试验验证IRDT技术的工作原理、工作程序和许多关键技术都取得了圆满的成功。这是中国在技术领域的第一次飞行试验。

我国首次完成这一试验，未来航天返回器或将不需防热大底、降落伞

充气前的状态

基于IRDT技术返回器可实现承载、减速、防热一体化设计，实现独立离轨、返回、着陆，甚至不再需要传统返回器所需的防热底、降落伞、缓冲安全气囊及其所需的辅助设备。

该技术可应用于空间站和科学测试卫星测试产品和货物的快速下降和返回，也有助于深空探测器的安全着陆。

4.气囊缓冲着陆技术

安全气囊缓冲着陆除了进入减速外，也是航天领域充气结构应用的重要方向。气囊缓冲着陆技术是着陆动能转化为势能，分为封闭式和开口式气囊技术。封闭式气囊不会向外漏气，潜能会在弹跳过程中恢复为动能，能量会通过内孔消散。这种情况适用于对着陆表面地形了解不清、着陆速度水平重量大(风速)的情况，如火星探路者（MPF）和火星漫游者一起（MER）。

开口安全气囊在第一次压缩时释放气体，允许部分能量消耗到周围的大气中。其特点是安全气囊总尺寸小，只需覆盖陆地表面，适用于地球、月球表面等着陆表面地形清晰、着陆器不易滚动。

美国的“猎户座”载人重新进入运载工具，采用开放式充气缓冲结构：

第一代猎户座充气缓冲系统采用对称8离散嵌套安全气囊设计，通过主动空气冷却系统充气。排气孔主动控制开口释放能量，使着陆器一次钉在地上。每个离散安全气囊的结构采用双层大小安全气囊嵌套布局，外部主安全气囊起主要缓冲作用，内部安全气囊主要防止负载触底碰撞，稳定后提供稳定的平台。

猎户座一代充气缓冲结构设计

猎户座第二代充气缓冲结构

封闭式气囊着陆装置是现代航空航天装置投放系统采用的一种非常有效的技术方案，广泛应用于火星。1997年“火星探路者（MRF）”双胞胎火星车胞胎火星车“勇气”（MER-A，spirit）及“机遇”（MER-B，Opportunity）成功着陆是全面封闭气囊技术应用的高峰。

MPF全向式气囊

MPF安全气囊分系统包括安全气囊组件、固体推进剂气体发生器（用于安全气囊充气，着陆前保持安全气囊压缩）和小型制动器（着陆后用于安全气囊收缩）。每个侧气囊的6个直径为1.8m由球形瓣组成。MPF气囊应用Hoechest-Celanese公司生产的Vectran液晶芳香族聚酯纤维是一种不易磨损的材料。与开口安全气囊通过排气吸收能量不同，封闭安全气囊没有阀门。为了避免过度弹跳，安全气囊瓣之间的隔膜打开孔，以提供部分阻尼。

为防止被锋利的岩石刺穿，MFR6层改进后vectran织物，当然这是有代价的，气囊系统的总重达到了99kg，影片中，如果是单人救生气囊，整天背着99kg安全气囊系统是不现实的，所以电影中的逃生安全气囊相对较轻，看起来像聚乙烯材料，但被锐物刺穿。

结语

刘启在《流浪地球》电影中逃生安全气囊的灵感来自汽车安全气囊、玩具太空球、充气大气进入减速技术和安全气囊缓冲着陆技术，因此核心科幻小说细节经得起考验（当然，这只是作者自己的解释，因为它是一部科幻大片，拖动一些太空技术应该可以加分）。