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一般在潜艇待超不过 90 天,但是在太空怎么能待那么久?

2021-11-01科学

这只是 思维定势 引起的大惊小怪。

十分好笑的是,大量参与这个问题的人被「潜艇就要在水下活动」的 刻板印象 所限制,使劲列举潜艇在水下的各种困难——潜艇是可以在水面上航行的,这题目根本就没有要求你持续待在水下。

红宝石设计局曾提出拆除 941 型核潜艇(台风级)的导弹筒、加装货仓,将其改造为载荷 10000 吨的跨北冰洋运输潜艇。你将这船航行在温度适宜的太平洋沿岸,船员在靠岸维护期间也没必要下船的,待在太空的那四百来天的纪录算个什么玩意。

  • 目前,人类航天员单次航天飞行的最长时间纪录是 437 天 17 小时 58 分钟,由俄罗斯的瓦列里·波利亚科夫在 1994 年 1 月 8 日至 1995 年 3 月 22 日执行。为了控制微重力和辐射对航天员健康的危害,在没有更好的锻炼方式、医学支持、辐射屏蔽的情况下,不宜追求超过 2 年的连续航天飞行。
  • 不过,如果有这种需求,在战争风格的资金投入下,以「现在人类的科技」是可以朝月球之类不太遥远的太空目标投送资源与工具、在数年内建成供一百多人生活的自我维持村落的。如果你要在地月拉格朗日 L1 点之类场所修建太空建筑作为村落的载体,需要的投资规模还要扩大数倍。
  • 即使不考虑「持续在水上航行」,「一般在潜艇待超不过 90 天」也纯属误会:

  • 冷战时苏联潜艇船员的轮换周期经常超过 90 天。
  • 一些潜艇在设计时想定的自持时间就超过 90 天。
  • 美国研究认为,由于 疲劳 ,船员在海上大约三个月后,其表现会迅速恶化。苏联并不这样认为。

  • 在二十世纪七八十年代,美国核潜艇也是经常超越「三个月」这个并不严密的限制的,你会在船员的回忆录里看到「我们在堆积的罐头和食品箱上行走,直到我们吃掉足够多的食物、将储量降到正常水平」「在海上航行了 110 天后,我们只剩下一个火腿罐头、一堆白蛋糕粉、一些脱水水果和蔬菜。我知道其他船只也有同样的经历」。
  • 一旦 咖啡或香烟 耗尽,船员的工作效率会进一步下降。核潜艇设计师和美国海军一开始低估了船员需要的咖啡的量。
  • 核潜艇的一些部件有时会漏水或漏油,导致卫生纸之类通常配备得超出想定需求量的物资提前耗尽。船员回忆称有一次卫生纸被油泡了之后「我们将一个 玉米芯 挂在厕所里,大家都觉得很好笑,直到有人真的使用了它」。显然,这对维持战斗力也没好处。
  • 精神生活方面,一位美国核潜艇船员回忆称,在潜航 77 天的值班过程中他们看了 60 部 16 毫米胶片电影,在二十世纪七十年代,这样一份电影拷贝的成本约一万五千美元。你可以想象他们的薪酬。如果有必要进行更长时间的执勤, 大幅加薪 是确保船员战斗力的基本措施之一。

    总之, 军费和效费比 是限制军用潜艇执勤时间的主要因素,这包括而不限于以下方面:

  • 船上搭载的食物、牙膏、肥皂、洗衣粉、除臭剂、卫生纸、咖啡、香烟之类有限,
  • 船员人数不明显多于岗位需求,潜艇的空调性能与隔音能力也有限,难以进行有效的轮班休息,
  • 船员的健康和福利并没有得到妥善的保障,例如美国的核潜艇上面通常没有医生,
  • 潜艇不能满足自身的全部维护要求,一些维护项目和一部分零件需要港口或干船坞的支持,
  • 在海上维护核反应堆相当困难,每隔一段时间驶入港口进行维护要容易得多且便宜得多。
  • 将潜艇造得 更大 来解决上述问题,需要投入 更多资金 并相对降低每吨位对应的武器数,不会显著提升潜艇在每一刻的战斗力,因此没有太大必要。

    但是, 无论是在自然界还是在人类社会,没必要的事情都是完全可以做的

  • 苏联 941 型核潜艇为保证生存力而造得格外大而坚固,使其内部空间充裕到可以配备水兵休息室、游泳池、健身房、桑拿房,作为苏联潜艇少有地在设计时就考虑了空调设备。 其正常水下自持时间就超过 90 天
  • 苏联 949 型核潜艇的设计自持时间为 120 到 140 天。
  • 2019 年 4 月 23 日下水的俄罗斯 09852 型「别尔哥罗德」号核潜艇的设计自持时间为 120 天。
  • 美军零散地记录到一些服役若干个月到两年(有正常轮换,从未持续潜航超过 120 天)的潜艇船员出现精神问题、被送上岸并被诊断为不适合继续在潜艇上服役的案例。通常他们可以继续在水面舰艇上服役,这有一定的个体差异。一些潜艇船员正常地服役了十几年(有正常轮换)。

    经费 同样是限制宇航员执勤时间的主要因素,这包括而不限于以下方面:

  • 体育锻炼无法抵消微重力给宇航员身体造成的全部损害,
  • 辐射屏蔽从未达到让人满意的水准,
  • 宇航员的散热问题导致核心体温偏高,
  • 自转产生人工重力的系统至今未能配备,
  • 连转一转宇航员的离心机也没一台。
  • 在资金问题面前,「不适宜人类生存的太空环境」只能排第二。

    苏联 705 型核潜艇设计为只需要十五名船员,实际生产版本需要三十二名,自持约五十天。如果你有计划推动核潜艇在水下潜航的世界纪录超过宇航员在太空的时间纪录,你可以掏钱设计一条大型的、不带武器的核潜艇,采用现代技术下的自动化设备来进一步节约船员人数,在留出的空间里携带大量补给和气培农场(或者小球藻农场、黑水虻农场、深加工设备之类),并携带海上生存专家、医生、大量的药物与维生素补充剂,配备先进的空调设备、隔音系统、健身设备、VR 娱乐设施等,通过拖曳天线、水下无线光通信基站等与外界沟通或连接网络。

    潜艇拖曳天线又称潜艇浮力电缆天线(submarine buoyant cable antenna),是利用收放装置将本身有浮力的天线组件释放到艇外、用于潜艇在水下安全深度接收外界无线电信号的装置。

    水下无线光通信则是不言而喻、一目了然的: