脚踏实地:太空科学如何给了我们……安全气囊

为太空竞赛而取得的技术和突破如何帮助我们在地面上生活得更好?
6月27日

采访

斯图尔特·希金斯,伦敦帝国学院

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地球

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物理学家斯图尔特·希金斯(Stuart Higgins)着眼于最初为太空竞赛而创造的技术和突破,现在如何帮助我们在地面上生活得更好,本周……安全气囊。

斯图尔特:如果你想去太空,你需要离开地球,你需要大量的能量来克服重力。多年来,首选的技术一直是火箭。以美国宇航局的航天飞机为例;它的腹部有一个巨大的橙色燃料箱,里面装着液体火箭燃料,两侧绑着两枚薄薄的火箭。正是这两个火箭发动机提供了大部分的推力使航天飞机离开地面。每个都装满了超过450吨的固体火箭燃料。每枚火箭都比一架满载的大型喷气式飞机重,产生了1200万牛顿的推力。

但是如何引爆一个超过15米高的火箭燃料块呢?你需要一个烟火引发剂;这是一个能引发化学反应的小装置。在美国国家航空航天局的火箭中,电流通过一根加热并点燃小炸药的电线。这反过来又引发了一种叫做叠氮化铅的化学反应;它是一个由金属铅和三个氮元素组成的分子,这是叠氮化物的部分。这些氮原子发生反应,产生热量和氮气,从而引发另一种更强大的炸药,进而引爆火箭并升空。

事实证明,这种火箭科学在地球上被用于拯救生命的技术——安全气囊。

安全气囊和火箭一样,含有一种能引起化学物质迅速分解并产生大量气体的烟火起爆剂。事实上,日本的一家火箭制造商直接使用该技术帮助一家汽车制造商制造安全气囊。

如今,安全气囊倾向于使用反应更有效、更清洁的化学物质,但许多安全气囊最初是基于叠氮化钠的,像美国宇航局使用的叠氮化铅一样,叠氮化钠会反应产生氮气。两分子叠氮化钠反应生成三分子氮气,气体占据的体积远远大于原来的固体。事实上,一个70升的安全气囊只需要130克叠氮化钠。

在坠机过程中,电路触发的反应会在不到30毫秒的时间内填满安全气囊,比一眨眼的时间快得多。安全气囊增加了你在撞车时减速的时间——时间越长,施加在身体上的力就越小。这对于像大脑这样脆弱的器官来说尤其重要,因为它可以撞击颅骨内部。

这就是为什么发射太空火箭导致安全气囊每年拯救成千上万人的生命。

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