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小時候看《功夫》，覺得這套如來神掌實(shí)在是炫酷，幻想著自己有一天也能這樣從天而降。

后來學(xué)了物理，尤其是學(xué)完自由落體運(yùn)動之后，越發(fā)覺著這個幻想永遠(yuǎn)都不可能實(shí)現(xiàn)了。然后順便也懷疑影視作品和文學(xué)作品中“從天而降”場景的科學(xué)性，哎，誰讓我學(xué)了物理╮（╯＿╰）╭。

撐傘從天而降

窗簾降落傘

以及下面這個衣褲降落傘。

原來歐陽鋒被困禿木峰頂，他武功雖高，終究無法從這筆立千丈的高峰上溜下來，熬了幾日凍餓，情急智生，忽然想到一法。他除下褲子，將兩只褲腳都牢牢打了個結(jié)，又怕褲子不牢，將衣衫都除下來縛在褲上，雙手持定褲腰，咬緊牙關(guān)縱身一躍，從山峰上跳將下來。這法子原本極為冒險，只是死中求生，除此更無他策，果然一條褲子中鼓滿了氣，將他下降之勢大為減弱。

——《射雕英雄傳》第三十七章 從天而降

想要知道如何科學(xué)地從天而降，首先需要知道從天而降的時候在空中會發(fā)生些什么。

●終端速度●

我們高中學(xué)過自由落體運(yùn)動，這是沒有考慮空氣阻力的影響。物體從高空墜落，如果是做自由落體運(yùn)動，那么它的速度是一直在增加的。但實(shí)際上，由于空氣阻力的存在，高空墜落的物體的速度不會無限制地增加下去，而是有一個極限，這個極限叫做終端速度。

如果無視空氣產(chǎn)生的浮力，會有下面這個公式：

Fd為所受的空氣阻力；

ρ為物體下落時所處空氣的密度；

v為物體下落的速度；

cd為物體的阻力系數(shù)，與物體的形狀等因素有關(guān)；

A為物體的投影面積。

當(dāng)物體下落的速度足夠大的時候，所受的空氣阻力和重力大小相等，方向相反，于是下落的速度就不再增加，達(dá)到了終端速度，下落物體的終端速度可以這樣求得：

跳傘員如果采取俯伏向下的姿勢，不打開降落傘的話，其終端速度約為55m/s（~195km/h），我國D字頭的動車組列車的行駛速度也差不多是這個值。如果跳傘員把四肢收起來，頭朝下，做出類似鋼鐵俠飛行時的那種動作，終端速度會提升至90m/s（~320km/h），幾乎快到了游隼向下追捕獵物時的速度?[1]。

1960年8月16日，美國空軍上尉約瑟夫·基廷格（Joseph Kittinger）創(chuàng)造了個記錄，當(dāng)時他從一個漂浮在31330m高度的氦氣球吊籃上跳下來，下落過程中的最高速度達(dá)到了274m/s，差不多是音速的9/10 [2]。直到2012年這個記錄才被打破，費(fèi)利克斯·鮑姆加特納（Felix Baumgartner）乘高空氦氣球飛到了39045m的高空然后跳下來，最高速度達(dá)到了373m/s，已經(jīng)突破了音速。當(dāng)然了，這個最高速度是在高空中實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)槟抢锎髿庀”　?/p>

約瑟夫·基廷格 | 來源：Wikipedia

說了那么多，其實(shí)想表達(dá)的就是：如果想科學(xué)地從天而降，辦法就是提高空氣阻力。下落的時候要提高空氣阻力，首先可能會想到降落傘。降落傘主要是通過巨大的投影面積來增大空氣阻力的。

降落傘可以將終端速度降低90％以上，因此攜帶了降落傘的人可以以3~4m/s（~12km/h）的相對較低的速度撞擊地面?[3]。

常見的降落傘主要有兩種，一種是圓傘，一種是翼傘。

圓傘 | 來源：explainthatstuff.com

翼傘 | 來源：explainthatstuff.com

顧名思義，圓傘，就是圓形的降落傘，外形看上去像水母。降落傘由主降落傘和備用降落傘組成，備傘是在主傘打不開的情況下使用的。

一種圓傘結(jié)構(gòu)（1是引導(dǎo)傘，3是傘頂孔，4是主傘，9是操縱棒） | 來源：explainthatstuff.com

主傘開傘方式一般有兩種：一是拉繩將傘包拉開，傘包內(nèi)引導(dǎo)傘先彈出，產(chǎn)生足夠的拉力拉開主傘。二是拉繩將穩(wěn)定傘拉開，同時開鎖器開始計時，幾秒鐘之后，解除對穩(wěn)定傘的限制，從而拉出主傘，使主傘張開 [4]。上圖中的1就是引導(dǎo)傘。

圖中的小降落傘就是穩(wěn)定傘 | 來源：“我們的天空”微信公眾號

主傘釋放后拉力會迅速增加，可以看這個示意圖了解一下。

跳傘員跳傘之后受力變化的示意圖 | 來源：hypertextbook.com

如果注意觀察會發(fā)現(xiàn)，圓傘上好像總是有幾個“破洞”。這其實(shí)是排氣孔，不是“破洞”，并且是有意為之。其中頂部的叫做傘頂孔，允許空氣從圓傘頂部緩慢逸出，而不是從圓傘的“裙擺”逸出，這有助于減少降落傘的晃動。另外可以用操縱棒控制前后排氣孔的開閉，進(jìn)而控制降落速度，改變運(yùn)動方向，還可以減弱層風(fēng)的影響，減少搖晃。

降落傘的”裙擺“處有前后排氣孔 | 來源：“我們的天空”微信公眾號

如果用雨傘做降落傘會出現(xiàn)什么情況呢？如果你的傘不夠堅固，要么會被吹翻，要么會被吹得傘面、傘骨分離；如果傘足夠堅固，那也別高興得太早，嗯，傘會吹得側(cè)翻。所以，用雨傘做降落傘還是別想了。

來源：果殼網(wǎng) [5]

除了圓傘之外，另一種常見的就是翼傘，翼傘是翼形降落傘的簡稱，也叫翼型滑行傘或滑行降落傘。從名字上就可以知道，它可以在空中滑行。翼傘大多呈矩形，并且設(shè)計成沖壓式。

沖壓式翼傘 | 來源：hypertextbook.com

所謂沖壓式，就是像上圖這樣，翼傘的上下翼面用不透氣的織物制造，上下翼面由肋片連接，分割成很多小氣室，各肋片上有通風(fēng)孔，便于各個氣室之間空氣流通，從而使傘體在下降時快速充氣。

來源：中國軍視網(wǎng)

翼傘的前緣是開口的，后緣是封閉的。當(dāng)滑翔的時候，空氣從前緣開口涌入，使得每個小氣室撐滿，形成一個機(jī)翼的形狀，從而具有很好的機(jī)動能力。

來源：中國軍視網(wǎng)

圓傘和翼傘在軍事上都有應(yīng)用，但它們的使用場景不太一樣，原因主要是這兩種傘的滑降比和可操控性不一樣。

滑降比，就是將速度分解成豎直和水平兩個方向，水平方向上的速度與豎直方向上的速度的比值就是滑降比。圓傘的滑降比一般是1:1左右，而翼傘因?yàn)閭阈纬蕶C(jī)翼形狀，所以有更好的滑翔能力，滑降比一般為3:1，相同高度下，圓傘的留空時間會比翼傘短，方便快速降落。另外，翼傘還比圓傘操控性更強(qiáng)，更容易精準(zhǔn)著陸。

精準(zhǔn)著陸，命中靶心 | 來源：“我們的天空”微信公眾號

圓傘非常適合在相對較小的區(qū)域，相對較低的高度迅速地投放大量兵力。但因?yàn)樘鴤銌T比較難控制圓傘的落點(diǎn)，所以需要飛行器飛臨目標(biāo)區(qū)上空才能跳傘著陸。這樣需要直面敵方炮火，危險并且缺乏突然性，所以降落之前需先摧毀敵防空體系，否則空降部隊(duì)還未著陸就可能損失慘重 [6]。

圓傘可以密集投送兵力 | 來源：Wikipedia

翼傘每下降1m可水平滑行3m，所以能在空中遠(yuǎn)距離滑翔，如果在5000m高空跳傘，可滑行到15公里外著陸。訓(xùn)練有素的空降兵能在距目標(biāo)地區(qū)相當(dāng)遠(yuǎn)的距離跳傘，然后操控翼傘避開障礙和危險區(qū)，滑行至目標(biāo)區(qū)著陸，大幅度提高了作戰(zhàn)的隱蔽性和突然性 [6]。

但空中操控翼傘的難度較大、危險性較高，對傘兵的跳傘技術(shù)要求很高。所以翼傘主要用于空降作戰(zhàn)的先期滲透突襲，接應(yīng)后繼空降的大部隊(duì)或執(zhí)行某些特種作戰(zhàn)任務(wù)。

《紅海行動》中就有翼傘出現(xiàn)的劇情。在電影末尾搶奪黃餅的片段中，為了悄無聲息地發(fā)動突襲，隊(duì)員們在離目標(biāo)位置還有兩公里的時候就開始翼裝滑行，然后再打開翼傘降落，起到出其不意的效果。

電影《紅海行動》中的翼裝和翼傘

想成為合格的跳傘員需要經(jīng)過大量的訓(xùn)練，比如有的可能需要在風(fēng)洞上練習(xí)高空自由落體。下面有一個巨大的風(fēng)扇，能將人吹起來，模擬跳傘下落時的場景。

風(fēng)洞訓(xùn)練

跳傘特技表演人員在風(fēng)洞中訓(xùn)練 | 來源：ForGIFs.com

最后回答文章開頭提到的問題，雨傘不能安全地從天而降，那窗簾行不行？我們來算一算好了。參考資料[7]是一個火箭降落傘尺寸計算器，輸入火箭的質(zhì)量，可以算出所需降落傘的直徑。雖然人和火箭還是不一樣的，但也不妨把人當(dāng)做火箭來算一算。假設(shè)質(zhì)量為60kg，如果以4m/s的速度落地，那降落傘的直徑需要10m左右。那么問題來了，去哪找這么大的窗簾？

所以，窗簾降落傘別想了，衣褲降落傘也別想了，科學(xué)地從天而降，還是用科學(xué)的結(jié)晶——降落傘吧。

哎，學(xué)了物理，生活不僅缺少了奇跡，還缺少了幻想，學(xué)了物理的人生，就是這樣樸實(shí)無華，無聊且枯燥。

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