国际空间站（ISS）作为人类在近地轨道上的科研平台，不仅承载着太空探索的重大使命，也激发了无数奇思妙想与科学实验。其中一个有趣却看似简单的问题是：如果从国际空间站扔出一架纸质飞机，它能否活着“飞回”地球？这个问题表面看上去充满童趣，却隐藏着复杂的物理现象和空气动力学挑战。最近，东京大学的马西米连·贝尔泰（Maximilien Berthet）与铃木宏次郎（Kojiro Suzuki）两位科学家通过理论模拟与实验验证，对“轨道高度扔出的纸飞机在大气层再入过程中的动态行为”进行了深入研究，带我们揭开这一领域的神秘面纱。 国际空间站距离地球约400公里，秒速绕地轨道速度高达7800米。此处空气极其稀薄，几乎处于近真空状态。当一架纸飞机从此高度以接近空间站的速度“脱手”时，它将经历怎样的旅程？论文指出，在400公里至约120公里的高层大气中，由于气体密度极低，纸飞机的姿态相对稳定，环境的空气阻力不足以对其结构造成明显损伤或者减速。
但是纸飞机的设计使其具有极低的弹道系数——该系数反映了物体克服空气阻力的能力——因此，它会随着高度下降迅速减速，预计在三天半左右时间内从400公里下滑至120公里。 然而进入120公里的大气层后，空气密度开始显著增加，导致飞行环境极度恶劣。模拟表明，随着大气阻力的增强，纸飞机会出现不受控的翻滚和摇摆，飞行轨迹逐渐离散，飞行稳定性剧降，类似于课堂中我们制作的纸飞机忽然失控飞行的现象。这种紊乱加剧了飞机的结构应力，极大提升了损坏风险。 为了超越计算机模拟的限制，研究团队还制造了一架实物纸飞机模型，采用普通A4白纸折叠，尾部加装铝制尾翼以增强结构稳定性。随后，该模型被送入位于东京大学的柏市高超声速与高焓流风洞，模拟以每秒约2100米、相当于7倍音速的风流环境进行实验。
尽管纸飞机被强力气流持续冲击七秒，其机头虽产生弯曲，但整体并未直接解体，显示出纸张材料在短暂高热高压环境中的惊人韧性。机头和机翼尖端出现轻微焦化迹象，暗示如果飞行时间持续更长，纸飞机将因高温氧化而燃烧殆尽。 这一系列实验不仅验证了纸飞机在大气再入过程中心理曲线的真实性，也为未来探索轻质、可降解航空载具提供了重要参考。科学家们提出，类似的可折叠微型飞行器可以应用于其它星球大气探测或地球轨道环境监测。例如，正在规划的金星LEAVES（低大气高度可展开飞行器系统）计划，就可能采纳类似的纸质机体结构，借助降低成本、简化设计来实现破损后的自然降解，避免产生太空垃圾与环境污染。 同时，这项研究也提醒我们，空间探索不仅需要宏大的卫星与航天器，更多时刻需要灵活创新的材料和技术突破。
纸质飞机这样简单的物件在实验中所展现出的行为曲线，跨越了从极限速度、高温到气动力学混乱等多个物理学领域，成为理解大气层再入力学的重要窗口。 当然，将这项实验成果应用于实际载人或无人航天任务，仍需应对众多挑战，包括电子设备的集成、飞行控制系统的稳定性以及材料性能的提升。然而，从科学启发的角度看，这些研究因其创新性和创造力极具启示作用，不仅为航天工程开发提供新思路，也激励公众对太空科技产生浓厚兴趣。 国际空间站上的这场“纸飞机飞行秀”，用科学手法回答了一个看似天真却极具挑战性的问题。它不仅深化了人类对大气层边界条件的理解，还彰显了科技与纯粹好奇心结合的美妙力量。正如研究团队所示，纸飞机即便无法完成一场完美的“太空飞行”，却凭借模拟和严谨测试，为未来的灵活探测系统铺平了道路，也展示了太空科学无限可能的魅力。
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