威利斯的弹跳弹设计原始草图（左）及使用效果照片（右）

2020年12月17日凌晨，我国探月工程嫦娥五号返回舱利用打水漂原理在大气层表面进行"太空打水漂"方式返回，顺利着陆。

返回舱在接近大气层的时候，以较小的角度进入，借助密度差产生的气动升力跃出大气层。地球引力使返回舱再次回落，产生又一次弹跳。

每一次弹跳，速度逐渐会降低，直到不再有足够动能形成新的弹跳，而自由下落，返回地球。

"太空打水漂"技术，能够实现"自然减速"，且有助于降低返回段热负荷问题，避开触发"燃烧"的风险，从而保证返回舱安全着陆。

嫦娥五号"打水漂"式回家｜图片来源见水印

Clanet教授同时还发现，当入水弹道角大于45度，石块会直接进入水下而不产生弹跳。

从力学角度来看，物体以相对速度穿越水面的入水过程主要包括三个阶段：接触瞬时的砰击、自由面大变形的开式空泡、开式空泡闭合后的水中运动。

前者主要是冲击动力学问题，而后两方面往往表现为水动力与刚体运动甚至结构变形的耦合。入水的流动特征与物体形状、姿态、入水角度、初速度乃至旋转、表面特性等多种因素相关。

在开式空泡条件下，物体与水通常只有头部小面积接触，流动约束反力非常小，因而姿态通常不稳定导致物体在水中剧烈旋转。

小球入水的典型过程

△a:入水冲击和射流生成；b&c: 形成与空气连通的开式空泡和皇冠形飞溅；d: 空泡发生深闭合并形成垂向射流；e: 空泡发生表面闭合

自然界和生物界也有形形色色的入水问题。

如翠鸟，鲣鸟等平时在空中飞行，发现猎物后会以近乎垂直的角度突然俯冲下来进入水中，靠惯性入水并抓捕鱼类。

那么，这些动物是如何做到姿态可控且轨道稳定去捕捉鱼类呢？

研究发现这些以鱼为食的鸟类通常具有尖锐的喙和细长的脖子，入水前翅膀夹紧身体像箭一般刺入水中，最大限度地优化自身入水的水动力学特性。

而且翠鸟入水通常只会激起非常小的水花，这样便可在入水后保持更快的速度、潜入更深的水中以提高捕食到鱼类的机会。

入水之后通过调整翅膀的伸展控制姿态，迅速捕食猎物。

翠鸟入水过程照片，入水前空中姿态（左）入水后姿态控制及空泡形态（右）｜图片来源：veer图库

科学家非常关心这些水鸟如何在高速入水的过程中不受到伤害。

一项发表在《美国科学院院报》的研究通过对一种北方塘鹅（northern gannet）的标本进行入水实验。

发现海鸟在入水之前会努力收缩肌肉，通过肌腱保持骨头的稳定性使脖子伸直，以降低入水产生的巨大冲击载荷导致的受伤风险。

由此，科学家们建立了海鸟入水的安全速度理论预测模型，并为人类的活动提供了参考。

比如中国跳水"梦之队"运动员入水，身体与水面垂直时激起的水花最小，这样看起来与翠鸟的入水姿态有几分相似。