《航天员为什么能上天》

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航天员为什么能上天- 第7部分


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  在空中睡觉非常滑稽,每个人的睡法不同,有的人直立睡,有的人倒挂着睡,有的人横着睡。也有航天员把睡袋挂在某个地方,让它在空中飘浮着。如果不把睡铺固定好,睡觉时很可能碰到天花板上,或碰撞到别人。
  由于太空中的昼夜节律与地面不同,太阳每90分钟升起一次,45分钟后又落下。太阳升起时,灿烂的阳光通过航天器的舷窗将整个舱内照得雪亮;太阳落下时,舱内又变得一片黑暗。所以航天员睡觉时都得戴上一副黑色的眼罩。
  过去,由于飞行时间短,工作任务繁忙,不能同时就寝,往往一人工作,另一人睡觉,这样就会互相干扰。为了保证航天员的健康,现在几乎是大家同时入睡,其中一人需戴上通讯帽睡。睡眠时地面控制中心的人也不来打搅他们。舱内的一些操作由计算机控制或由地面控制中心的工程师们代劳。如果发生什么故障,计算机会报警,地面工程师们也可以通过无线电叫醒航天员。
  航天员睡觉的时候,需要习惯身体背部和侧面没有感觉,事实上航天员是在睡袋中飘浮着,只是用绳子将他倒挂着,因而那种使人昏昏欲睡的重力感觉是不存在的。有的航天员对此还不太适应,毫无睡意,紧张得必须吃安眠药才能入睡;有的人却不同,即使是在这种特殊环境下也能睡得很香。
  需要补充说明的是:如果睡觉的时候航天员的头部处在不通风的地方,呼出的二氧化碳会聚集在他的鼻子附近,当他血液中的二氧化碳达到一定浓度的时候,脑后部的一个报警系统就会发出警告,使他惊醒,并会感觉到呼吸的急促。这时,航天员走几步或换个地方,就又可以沉睡了。
  9 航天员在太空怎样行走
  准确地说航天员在太空舱是无法走动的,因为没有重力,人就处于飘浮状态,无法立在地板上,所以走动是不行的。但是航天员有自己〃走动〃的方式:飘动。航天员在太空舱中运动,一般依靠抓住太空舱壁上的一些〃抓手〃让自己飘浮的身体向前移动,同样航天员也能够通过向太空舱壁施加一个推力,然后自己就能向相反方向运动了。不过这些〃走动〃方式都应该注意安全,以防止撞到太空舱壁上。

航天员的太空生活(4)
人在太空行走,如同一粒尘埃飘浮在空气中,感觉比踩在棉花上还要〃无助〃。因为在太空中人处于失重状态,这样如果不依靠外力的话,人是根本无法〃行走〃的,一般的太空行走实际上可以称做〃太空飘浮〃。所以在出舱进行太空行走的时候一定要系上一根〃安全带〃,通过这根带子把自己和飞船连在一起,否则人有可能会飘离太空舱而永远无法返回舱内。现在,美国航天员在太空行走中都采用了背包式推进装置,这样通过控制背在背上的推进器,航天员就能够在太空相对方便地移动了,但是一根与飞船间相连的〃安全带〃还是必不可少的。
  10 航天员在太空怎样打发时间
  航天员与地球上的人一样实行工休制,工作之余他们有时间睡觉、吃饭、锻炼、读书、看电视、与家人发邮件或通电话,或与其他同事进行交流,或者朝窗外观看太空美景。
  11 航天员在太空怎样称体重
  航天员在空间站上长期工作时要定期检查身体的健康状况,要称体重。由于太空中航天员处于失重状态,因而在太空中称体重与在地面称体重的方法完全不同。航天员在空间站上称体重时,首先站到一个位于杠杆之上的踏板上,使踏板上的一根弹簧收缩,然后借助一种专门扳手的帮助松开弹簧,使弹簧发生振动。测量仪通过测量弹簧的振动幅度,即可测量出航天员的体重。
  这种体重测量仪是苏联专家专门为在太空工作的航天员称体重而研发出的。早在1974年,苏联航天员在〃礼炮3号〃空间站工作时就开始使用这种仪器测量体重。
  12 航天员在太空怎样刷牙
  航天员在太空也可以刷牙,刷牙的方式与在地面差不多,但是刷完牙后的牙膏沫都要吐在纸上集中丢弃。刷牙时的水如果从口中渗出的话会在太空舱里到处飘散,所以在刷牙的时候务必小心,不能让漱口水渗出,而应该将其集中吐在纸上,统一处理。
  13 航天员在太空怎样淋浴
  早在天空实验室(美国航空航天局在1973~1974年的实验太空站)任务中,航天员已经可以在太空中淋浴了。因为失重,水滴是在空中自由飘浮的,而且飘浮得到处都是,粘附在太空站座舱内的所有物体表面。这样就要求太空中个人淋浴间内有一个特殊的围栏,它像一些柔软的窗帘,可以将人完全关在里面。然后航天员可以使用一个柔软管尾部的喷头淋浴。
  飘浮的水滴形成一层朦胧的薄雾,可以用像真空吸尘器那样的抽水泵将物体表面的水滴吸干,除非它附在人体表面。由于缺少重力,水滴不会向下落,航天员在洗浴时不得不将皮肤上的水滴抹去,但是水滴反而更加顽固地粘在皮肤上。这时,航天员不得不用毛巾来擦水滴,甚至用力刮去像防晒油一样的一层物质。
  14 为什么地上一日而天上16日
  在古代,有着〃天上一日,人间三年〃的说法。我国的神话小说中常常描写到地上的凡人在进入天堂数十日后,返回故乡时,所有的人都不认识了,儿时的伙伴已成了白发苍苍的老人,他却永葆青春。
  实际上怎样呢?恰恰相反,应该是〃地上一日,天上16日〃。一般我们说的一日就是一个白天加上一个夜晚。地球上一个昼夜的时间是24小时,而在太空中,航天员坐在飞船里,围绕着地球运转一周所用的时间为90分钟,当飞船处于地球和太阳之间的位置时,太阳光照亮了飞船外的太空,这就是白天;而当它转到地球的另一面,太阳光照不到它时就是黑夜。这就是说,24小时中,在飞船里的航天员已经度过16个白天和夜晚了。这不就是〃地上一日,天上16日〃吗?
  这种昼夜规律的改变,对航天员的健康有一定影响。人从一生下来就生活在地球上24小时昼夜节律的环境中,当这种昼夜节律被打破时,人体就会出现不适应反应。让我们举一个最普遍的例子吧!长时间乘飞机的旅客都会饱受时差之苦。乘客从一个地方飞到另一个较远的地方,由于原来居住地的生理昼夜节律被打破,乘客不适应新地方的昼夜节律,就会出现白天困倦、思睡,夜间入睡困难、食欲不振、注意力不集中和体力不济等不适感。地面上的这种两地时差仅仅相差几小时,都对人体有很大的影响,在太空中相差16倍,可想而知对人体的影响就更大了。航天员因为不习惯和不适应这种昼夜节律改变而发生睡眠失调现象,从而导致精神不集中、体力不济、工作效率下降。特别是早期的载人航天器内空间极为狭小,睡眠条件很差,只能在座椅上睡觉时,这种昼夜节律造成生理系统紊乱的情况就更严重。
  在太空飞行时,除了昼夜节律改变对航天员的健康有影响外,对航天员健康影响最大的是失重。航天员在飞行中是长期生活在失重环境下的,失重使一切物体包括人体中的血液和脏器在内都失去了重量。航天医学家对航天员在太空生活一段时间后身体的变化进行了大量的研究,证明航天员在飞行后,整个身体的状态都变差了,出现了类似人体衰老的症状:航天员的平衡功能和心血管功能下降,在返回时走路像老年人一样,摇摇晃晃、站立不稳,站立久了就会晕倒;航天员的肌肉出现了明显的萎缩,原来可以进行的运动,飞行后就完成不了;血液中的红细胞减少了,出现了贫血的症状;出现明显的骨质疏松,骨折的危险性加大了;航天员的免疫功能也下降了,对疾病的抵抗能力变差了。这些变化都说明太空生活并不像神话中所说的那样美好,天上的〃神仙〃也不是那样〃永葆青春〃。所以,不仅从昼夜节律上来看是〃地上一日,天上16日〃,从人的衰老进程来看,也是〃地上一日,天上16日〃!
  

航天员出舱活动及空间交会对接(1)
载人航天有三大基本技术,它们分别是载人航天器发射/返回技术、航天员空间出舱活动技术和航天器空间交会对接技术。如果人类想自由探索宇宙的奥秘,建造空间站,飞往更遥远的月球、火星等地方,就必须掌握这三大基本技术。
  1 什么是航天员出舱活动
  出舱活动的英文是Extra Vechicular Activity(EVA)。根据国家军用标准《航天医学工程术语》(GJB2969…1997)的定义,航天员出舱活动是指航天员着舱外航天服到航天器舱外执行架设、组装、维修等任务的过程。
  根据这个定义,航天员出舱活动必须具备以下几个典型特征:
  一是航天员必须脱离载人航天器或建在其他星球上的基地,才能算出舱活动。
  二是出舱活动可以在太空中进行,也可以在其他星球表面进行。
  三是航天员是出舱活动的主体,出舱活动是人的主动性行为。
  四是出舱活动是一系列活动构成的动态过程,主要包括航天员出舱过程、航天员舱外活动过程、航天员返回舱内过程等。
  航天员出舱活动共有两种方式:一种是身系安全带,此带类似于脐带。但〃脐带〃不能过长,航天员只能在离航天器几米的范围内活动。另一种较常用的是不系安全带,即航天员身背一个可控制的喷气背包(又称太空摩托艇)自由飞行。此时,航天员的活动范围可达近百米。不过,喷气背包重达100多千克,太笨重,为此,美国又研制了新一代载人机动装置……舱外活动救援轻便服。航天员可通过绑在航天服前面的开关控制喷气,实现各个方向的移动。
  2 世界上共有几次航天员出舱活动
  截至2005年底,人类在太空中共进行了239次出舱活动。比较典型的出舱活动如下:
  1965年3月18日,苏联航天员列昂诺夫穿着奥兰舱外航天服,用一根米长的〃脐带〃与飞船连在一起,走出了〃上升2号〃飞船。列昂诺夫在离飞船5米处活动,在太空中停留了24分钟。此次出舱是世界上第一次出舱活动。
  1965年6月3日,美国航天员怀特乘坐〃双子星4号〃飞船进入太空,并穿着G4C舱外航天服,在太空进行了21分钟的出舱活动。出舱后,怀特身上有一根管缆与飞船相连,手持一个小型火箭,用喷气装置使自己在太空中机动飞行。
  1972年11月10日,〃阿波罗17号〃飞船登月上天,11日,美国航天员身穿A7LB舱外航天服创造了7小时37分钟的月球表面出舱活动时间最长纪录。
  1984年7月25日,苏联女航天员苏维特兰娜在〃礼炮7号〃上进行了3小时35分钟的出舱活动,这是世界上女性参加的第一次出舱活动。
  3 航天员出舱活动有何意义
  航天员出舱活动是载人航天三大基本技术之一,是人类探索、开发宇宙奥秘不可缺少的技术途径。概括起来,主要有以下五个方面的作用与意义:
  一是利用航天员的能力与技术,可以对航天器进行维修与维护,更换受损的部件,保证航天器的可靠性和安全性。例如,2005年美国〃发现号〃航天飞机进入太空后,航天员曾三次出舱查看航天飞机隔热瓦破损情况,进行了修补,从而避免了重蹈〃哥伦比亚号〃航天飞机返回地球途中爆炸覆辙的灾难。
  二是通过航天员的多次组装,可以搭建大型空间站和飞往外天体的载人飞行器,促进对空间的探索与利用。例如,可以在近地轨道,经过多次发射,在航天员的协助下,组装成载人登月飞行器,飞往月球,实现载人登月的目标。
  三是航天员可以在太空中进行各种科学试验。例如,航天员通过出舱活动,可以在航天器外表面安装科学试验装置,并回收试验样品。
  四是航天员通过出舱活动,可以释放或抓取卫星,从而为卫星发射和回收节约大量成本。
  五是在其他航天器发生异常的情况下,航天员出舱活动是一个非常重要的救援手段。例如,如果空间站发生危险情况,航天员可以通过出舱活动转移到另一个安全的航天器,从而保障航天员的生命安全。
  4 空间环境对航天员有什么样的影响
  载人航天器一般都在近地200千米至600千米轨道运行,此层次的太空具有如下特点:没有人类赖以生存的气压和气体,缺少氧气;高低温变化剧烈,可以从100℃迅速降到…100℃;强烈的太阳辐射、粒子辐射;存在微流星或空间碎片的撞击等。因此,空间环境对航天员的主要影响有:

航天员出舱活动及空间交会对接(2)
①真空、低压、缺氧环境,可能使航天员血液沸腾、缺氧而死,也有可能患上太空减压病。减压病是体内溶解气体的分压大于外界压力时,溶解气体从血液及组织液中离析出来形成气泡,造成对组织、神经的损伤而引起的疾病,其主要症状是关节疼痛。
  ②高低温环境可以使航天员的热平衡受到破坏,主观感觉不适,工效受损。极端情况下,将危及航天员的健康和生命。
  ③空间电离辐射会在人体内部组织细胞中引起电离、原子位移和化学反应,从而导致基因变异、细胞癌变等疾病;空间紫外线和射频辐射会使航天员的眼睛、皮肤受损,产生角膜炎、红斑等疾病。
  ④微重力环境下,航天员的机体免疫功能下降,可能产生肌肉萎缩、肌力下降等病状。此外,由于微流星和空间碎片速度很快,如果与航天员发生碰撞,将会对航天员造成很大的伤害。
  5 航天员出舱活动需要哪些技术
  航天员出舱之后,无法依靠航天器本身进行防护,因此,对暴露在太空中的航天员必须采取一些基本技术,以保证航天员的安全和健康,保证航天员有一定的作业能力。这些技术主要包括舱外航天服、气闸舱、出舱程序以及模拟训练技术。
  6 舱外航天服怎样设计
  舱外航天服是航天员出舱活动时必须穿着的个人装备,它可以防护空间环境对人体的危害,为航天员提供生命活动保障条件和作业活动功能。舱外航天服一般是指不包含生命保障系统和监测与通信系统,具有服装、头盔、手套、靴子等构成的整体拟人形态密闭服装置,主要由舱外压力服和真空屏蔽隔热服构成。舱外压力服可以使航天员全身处于同一、均匀的气压和有氧环境,免受真空和缺氧环境对人体的危害;真空屏蔽隔热服套在舱外压力服外面,保护舱外压力服和防护空间热辐射。舱外航天服可分为软式、硬式、软硬结合式三种。舱外航天服的设计主要考虑以下几点:
  一是工作压力的选择。一般采用单一纯氧气体,工作压力选择在30千帕~40千帕范围内。
  二是确定工效学要求。主要满足穿脱方便、活动性能好的要求。
  三是进行空间辐射防护设计。增加航天服表层结构质量厚度,是防止宇宙辐射危害的主要措施和手段。
  四是进行热防护设计。研究航天员-服装-环境之间的热调节生理机制及其热交换规律,确定合理的热防护设计措施。
  7 为什么需要气闸舱
  气闸舱是航天员自航天器进出太空必经的过渡通道,它有以下作用:
  一是在打开航天器的舱门进行出舱活动时,能保证航天器座舱处于正常压力下,减少整船气体流失量。
  二是航天员可以在气闸舱进行吸氧排氮,适应大气压力变化,预防减压病。
  三是航天员出舱前将气闸舱内
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