1999年10月25日早晨，机长 Michael Kling 和副驾驶 Stephanie Bellegarrigue 驾驶一架 Learjet Model 35 飞机从奥兰多起飞，飞往达拉斯。在那里，他们的乘客——职业高尔夫球手 Payne Stewart，Stewart 的经纪人 Robert Fraley 和 Van Ardan，以及高尔夫球场设计师 Bruce Borland——正计划建造一个新球场。这架 Learjet 飞机，常用于此类旅行，是工程学的奇迹：它每分钟能爬升 4,340 英尺，巡航速度高达 530 英里/小时。1976 年，一架类似的 Lear 飞机，Model 36，创下了绕世界飞行的速度记录。
当机组人员向北飞行时，他们收到了来自杰克逊维尔管制员的指令，先是爬升到 26,000 英尺，然后是 39,000 英尺。“三九零布拉沃阿尔法，”副驾驶应答道。这是她最后的通话。几分钟后，Learjet 飞机调平，管制员发出了另一项例行指令。没有人回应。在接下来的四分半钟里，管制员试图联系机组人员五次。
当飞行机组无应答时，FAA 要求最近的军用喷气机进行目视评估——在这种情况下，是一名 F-16 飞行员，他正在附近埃格林空军基地进行试飞。当靠近 Learjet 飞机时，试飞员报告说飞机的两台发动机都在运转。从所有迹象来看，Learjet 飞机都处于完美工作状态。但试飞员也报告了一个令人不安的细节：Learjet 飞机的窗户模糊不清，仿佛从内部被冷凝水或冰覆盖。
“你可以创建一个系统来完成你需要的任何事情。但你能让里面的人保持清醒和活着吗？” 随着时间的推移，人们清楚地意识到，在 Bellegarrigue 最后一次通话后的几分钟内，机舱失去了压力，所有的氧气开始逸出。在短短八秒钟内，机组人员和乘客很可能就开始经历缺氧——血液中缺氧——这会损害他们最基本的运动和认知功能。他们甚至可能没有意识到有问题，但在舱体破损后的几分钟内，他们很可能已经死亡。
然而，飞机仍在继续飞行，因为飞机不需要乘客舒适才能运行。它甚至不需要乘客呼吸。
身体的极限
人类非常脆弱。我们的骨骼在仅几英尺的坠落后就会断裂。我们的肉体在普通木柴炉的工作温度下就会燃烧。人类定居的最高海拔不超过 19,520 英尺，而且没有人能长期存活超过 26,000 英尺。
与此同时，机器可以承受很多。例如，波音 777 的机翼可以从其静止位置弯曲多达 24 英尺，而足以将其弯曲如此远的任何湍流，在损坏飞机之前就会损坏乘客。1997 年，联合航空 826 航班（从东京飞往檀香山）遭遇了一场突如其来的“晴空湍流”，导致乘客被压在座位上，并被抛向天花板。这次湍流导致一名乘客死亡，70 多人受伤。但飞行员能够将飞机本身安全地返回东京。
这是所有旅行形式的根本限制。“你可以创建一个系统来完成你需要的任何事情，”前美国空军工程师，现任商业航空顾问 Michael Planey 说。“但你能让里面的人保持清醒和活着吗？这才是挑战。”
我们未来如何从一个地方移动到另一个地方，将取决于乘客能够承受什么。身体能承受多快的加速？它能在一个地方待多久？我们能在一辆车里挤多少人？目前我们对这些身体极限只有模糊的认识。
稀少的数据
我们所知的大部分信息都来自飞行员和宇航员在暴力、通常是意外经历中的轶事。1966 年，一位名叫 Bill Weaver 的试飞员在他驾驶的 SR-71 “黑鸟”飞机在马赫 3.18 时解体时成功弹射。他的系统军官丧生，但在 78,000 英尺的高空，Weaver 承受了超过 2,000 英里/小时的空气阻力而幸存下来，这表明人类在极高海拔下确实能够承受巨大的冲击，至少在有加压服的保护下是如此。
“舒适度很难量化。我们主要关注安全。” 1960 年，空军上尉 Joseph Kittinger 创下了迄今未被打破的最高跳伞记录（102,800 英尺）和最快人类大气自由落体速度（614 英里/小时）。在 1947 年至 1954 年间，作为赖特航空发展中心航空医学实验室一员的空军上校 John Stapp，在火箭滑车上反复进行测试，滑车以极快的速度穿越如今的爱德华兹空军基地。在他“人类减速器”的一次测试中，Stapp 在短短几百英尺内从 630 英里/小时减速到完全停止，经历了 46 G 的减速度。
然而，关于人体耐受性的标准化数据很难获得。NASA 首席航天医学官 J.D. Polk 对航天旅行的压力非常了解——他的宇航员在发射台经历了数小时的等待，并在失重环境中生活了数月——但他自己也无法确定人类的极限点。这是因为工程师无法像测试航天器其他部件那样测试人类。Polk 说，在设计航天飞机时，“你可以给一个部件施压直到它坏掉。人体是工程学中唯一一个你无法将其推向失效的系统。”
军方和 NASA 的研究人员并不真正关注人体舒适度，至少不像商业旅客那样希望。他们并不试图设计能说服旅客乘坐某个航空公司或购买某种汽车的条件。伊拉克战争期间，这种情况得到了体现，巴格达国际机场成为世界上少数几个平民经常体验军事效率带来不适的地方之一。与通常的长距离、低空进近跑道不同，商业航班的飞行员不得不从高达 35,000 英尺的高度进行剧烈的螺旋式“开瓶器式下降”，以避开火箭弹和轻武器火力。这是标准的军事航线。但对平民来说，这非常可怕。曾多次飞往巴格达的自由记者 Tom A. Peter 说：“飞机能做到的事情真是太惊人了。我从未经历过飞机失事，但我敢想象，螺旋式下降可能就是最接近失事但又没真正失事的情况了。”
NASA 工程师 Dustin Gohmert，他曾为猎户座飞船的乘员舱设计座椅系统，他用直白的语言解释了军事与民用的区别。“舒适本身很难量化，”他说。“我们主要关注机组人员的安全。”
为安全而设计
“人体是工程学中唯一一个你无法将其推向失效的系统。”NASA 飞行器的标准非常高。Gohmert 说，由于航天器可能在远离救援的地方发生坠毁，从几小时到几天，“我们必须使其能够自救。”而有时这意味着要放弃常规的舒适设施。例如，在猎户座飞船的方案中，Gohmert 的团队完全取消了座椅垫。座椅垫可能只将身体与下方的硬座隔开几毫米，但在突然减速时，身体会以足够大的力压过这小小的距离，造成伤害。猎户座的座椅与每位宇航员的体型都非常贴合，并且重量分布使得体验在一定程度上是可以忍受的。但舒适度不是目标。这些座椅让宇航员得以生存。
当然，NASA 还可以挑剔谁登上飞船，这种选择性进一步限制了该机构能教会我们关于我们自身舒适度的东西。联邦航空管理局要求商业航空公司能够安全地容纳几乎全人类的范围，从身高约 5 英尺的第 5 个百分位的女性，到身高超过 6 英尺 3 英寸的第 95 个百分位的男性。NASA 则不然。为了确保每位宇航员都适合飞船的运行环境，该机构不仅评估身高和体重，还评估四肢的每一个尺寸。如果你不适合，你就不能飞行。“我们在筛选过程中对宇航员进行了三维身体扫描，”Gohmert 说。“如果你的股骨太长，可能会让你不合格。”空军飞行员也必须适合他们的飞机——如果腿比设计的标准长，在飞行员紧急弹射时可能会断裂。
普通乘客，无论高矮胖瘦，都期望得到温和的对待。因此，工程师必须设定非常保守的容忍度。例如，轨道交通系统设计人员认为，线性加速度和侧向加速度（起动、停止和左右摇晃对乘客施加的力）的可接受极限不超过 0.15 G——大约是你在月球上感受到的力。这个限制允许乘客无需系安全带，可以在车内自由走动。
但设计限制也同时限制了速度。1990 年，一个名为“国家磁悬浮倡议”的联邦项目工程师开始研究国内高速磁悬浮列车的潜力——最快的一款上海机场穿梭车，时速达到 268 英里。当时负责美国公路系统的参议院小组委员会主席 Daniel Patrick Moynihan 曾提议将磁悬浮列车建在美国公路的中央隔离带上，因此在 1992 年 7 月，为了更好地了解以磁悬浮速度在州际公路上行驶会是什么样子，四名工程师乘坐一架私人喷气式飞机从国家机场出发。“我们以 180 英里/小时的速度行驶，并开始倾斜，就像遵守纽约州收费公路的转弯一样，”现任磁悬浮顾问的 Laurence Blow 回忆道。当飞行员前后摇晃飞机，模拟收费公路的转弯时，工程师们开始呕吐。“不是速度或加速度让我们都生病了，”Blow 说。“而是倾斜。”
避免晕车
晕动病是少数几个 civilian 需求与 military 要求重叠的领域之一；没有指挥官希望他的士兵或宇航员在需要战斗或飞行时呕吐。这方面已经产生了大量数据。例如，1995 年，英国海军医生让参与者反复进行垂直和水平运动，同时参与者或坐或躺，并确定参与者发现仰卧时的水平运动最能忍受，而坐姿时的水平运动最不能忍受。2006 年的一项研究表明，低频运动（骆驼的步态）比高频运动（马的步态）更容易引起恶心。
公认的观点是由英国医生 J.A. Irwin 于 1881 年提出，并于 1970 年被 NASA 大致证实，即当我们视觉输入与我们的前庭、内耳输入相矛盾时，我们会生病——即我们看到的东西（不动的隔板）与我们感觉到的（突然的加速）发生冲突。这就是为什么乘客比司机或飞行员更容易生病。“后座的问题在于缺乏视线，”福特汽车公司车辆设计和信息电子产品经理 Gary Strumolo 说。他说，这有助于解释为什么即使是那些对晕动病高度敏感的人，也常常可以通过开车来避免它。
航空旅行也是如此。“控制飞机的飞行员对飞机的运动有预知，”研究阿拉巴马州拉克营美国陆军航空医学研究实验室晕动病心理学家 Catherine Webb 说。她解释说，对于乘客来说，“对飞机运动的预期常常与实际运动相冲突，从而导致疾病。”
药物茶苯海明，以达美宁（Dramamine）品牌出售，可以有所帮助，但它也会引起嗜睡，有时甚至会产生幻觉。渴望替代品的 NASA 正在研究使用 LCD 液晶快门眼镜，类似于在 3D 电影中佩戴的那种。前庭系统在受到干扰时，可能会阻止视网膜保持图像稳定，从而引起恶心。快门眼镜会产生频闪效果，将视野分解成离散的图像，将每个图像固定在一个位置，这有助于大脑协调前庭和视觉。
目前，良好的视野是缓解晕动病的最佳方法。但向乘客展示飞机的真实运动也可能带来问题。在湍流中，坐在飞机后部的乘客的移动方式与坐在前部的人截然不同。“如果你有清晰的视野，”Planey 说，“你可以看到机身在扭曲，这是它应该做的。”但这种景象往往会引起乘客的恐慌，因此设计师们学会了通过隔断、洗手间和窗帘来打断大多数现代喷气式飞机内部的视野。
速度极限是多少？
地球上商业交通的真正极限是什么？假设车辆可以在任何路线上以任何速度行驶，而不会解体或耗尽燃料。在机舱内，我们的身体能承受多少？
世界上最长的商业直飞航班是纽瓦克至新加坡——航程 9,535 英里，耗时不到 19 小时。想象一下乘坐磁悬浮列车。在两个城市之间一条平稳、直线、点对点的轨道上，一家希望避免乘客抱怨的商业磁悬浮运营商，在加速和减速方面仍然必须遵守保守的 0.15 G 限制。在这些限制下，火车将持续加速，直到在北极圈附近的中途点，短暂达到 11,000 英里/小时的峰值速度。然后，它将立即开始一个舒适的 0.15 G 减速，总行程不到两小时。然而，如果我们允许我们的理论超级列车遵循商业航班更宽松的标准——1.5 G 的加速，1 G 的减速——旅程将快得多。火车将利用旅程的前三分之一加速到 30,000 英里/小时。然后，它将利用剩余的三分之二（相对）平稳地减速。总时间：46 分钟。抛开所有其他考虑因素——例如会让沿途城镇失聪的音爆——这些将是任何付费、清醒的乘客在这颗星球上能经历的最快旅行。
我们离这样的旅程有多近？2001 年 3 月，波音公司公布了其“音速巡洋舰”概念，该飞机能够以接近音速的速度飞行——比波音 747-400（目前最快的商业喷气式飞机之一）快 20%。波音公司承诺，这款新的宽体飞机将使每 3,000 英里行程节省近一个小时。
舒适度优先
但航空公司在很大程度上发现，分散乘客的注意力比让行程更快更短更容易也更便宜。事实证明，如果乘客对周围环境有控制感，他们乐于在飞机上花点时间。“观看动态地图显示、机上互联网、电视——所有这些都有帮助，”Planey 说。
波音公司押注乘客会选择舒适而不是速度。该公司于 2002 年搁置了音速巡洋舰项目，转而专注于 787 梦想飞机，该飞机将于明年首次进行商业飞行。这款新飞机借鉴了音速巡洋舰的许多结构设计；复合材料占飞机总重量的 50%，而 777 仅占 20%。
航程不会缩短。但是更轻的飞机需要更少的燃料，更重要的是，波音公司声称复合材料将带来更舒适的环境。在传统的铝制机身飞机中，金属会受到机舱湿气的腐蚀，因此工程师需要保持极度干燥的环境。
在加压的 747 飞机上，乘客实际上是处于相当于 8,000 英尺海拔的高度。而在 787 飞机上，感知海拔可以降低到 6,000 英尺，空气会更湿润，更令人愉悦，因为复合材料的腐蚀速度较慢。在一项波音赞助的俄克拉荷马州立大学的研究中，500 人在模拟的 20 小时飞行舱内进行了体验。乘客报告说，在新感知海拔下，他们感觉身体更少疼痛，更放松。结合机上娱乐和适当的灯光，舒适度似乎消除了对额外速度的需求。如果时间似乎过得更快，为什么要设计一架更快的飞机呢？
那架无人驾驶的 Learjet 独自飞越了大半个国家，除了保持所有人呼吸的那个系统外，飞机其他部分似乎都运行正常。这次飞行再舒适不过了，也许甚至对乘客和机组人员也是如此。缺氧的进展——定向障碍、镇静、失去知觉——受害者往往意识不到。手里拿着一杯饮料或一杯未喝完的拿铁咖啡，乘客可能在整个飞行过程中都坐在座位上。
旅行的经历让我们产生一种错觉，认为运动是没有代价的。但车辆本质上是茧，而包裹着我们的系统有一个根本目的：让我们感觉不到我们的速度和我们走了多远。
