宇航員在航天飛行活動中如何進食,對他們來說是一個不小的考驗。在失重條件下,一杯盛滿水的杯子朝下朝上放都一樣,杯子裏的水不會自動飄浮或灑落出來,如果放在桌子上,杯子會連同水一起飛起來。所以說,宇航員在地麵上原有的吃飯、喝水習慣到了太空就完全不能適用了。一般來講,各種食物、零件、用具等都是固定好了的。宇航員從食品櫃裏拿出食品後,要把裝食品的複合塑料膜袋剪開一個小口,把叉子和筷子伸進口袋裏叉著往嘴裏送。為了防止食品碎屑到處飄飛,影響宇航員或設備的正常工作,這種食品往往都用小包裝,製成與口大小相近的方塊、長方塊或小球狀的“一口吃”食品,吃時不必再切開。如果宇航員要喝水,吃湯、羹、汁、果醬時,直接從塑料口袋或牙膏狀的軟鋁管裏,一點一點往嘴裏擠就可以了。
隨著火箭技術的發展,宇航員從地麵帶去的食品可以豐富些了。如濕食品或半濕食品的帶汁火雞、牛肉等,它們的水分含量和地麵吃的正常食品相同。現在,宇航員們在太空艙裏已經可以使用微波加熱器來烘烤食物了。這種微波加熱器與地麵上使用的加熱器有所不同。它上麵有一些特製的凹進去的小格。為了防止加熱時食物飄浮起來,需要加熱的食物都必須固定在這些小格內,插上電源後,一會兒就可以將食物加熱到可口的程度。有了它,宇航員們就可以品嚐到熱烘烘、香噴噴的紅燒牛肉、炒蛋、豬排等食物了,其口感與在地麵沒有多大區別。
2太空的穿著
人們對於服裝的認識往往隻局限於其蔽體、保暖、美觀、大方等特點,可是當人類進入太空就會發現,航天服的作用早已超出了傳統範疇。因為,太空接近真空的壓力環境、極端的溫度環境,缺乏生命所需的氧氣,空間隕塵、空間碎片和空間輻射的威脅等,都需要航天服為宇航員在太空的生活和工作,提供一個良好的防護和保障係統。
航天服按功能可分為艙內航天服和艙外航天服。艙內航天服用於飛船座艙發生泄漏、壓力突然降低時,宇航員及時穿上它,接通艙內與之配套的供氧、供氣係統,服裝內就會立即充壓供氣,並能提供一定的溫度保障和通信功能,保證宇航員在飛船發生故障時能夠安全返回。而艙外航天服則更為複雜。它是宇航員出艙進入開放的宇宙空間進行活動的保障和支持係統。它不僅需要具備獨立的生命保障和工作能力,包括極端熱環境的防護和人體平衡控製、氧氣供應和壓力控製、服內微環境的通風淨化、測控與通信係統、電源係統以及宇航員視覺防護與保障,而且還需具有良好活動性能的關節係統以及在主要係統故障情況下的應急供氧係統。艙外航天服結構上由微流量防護層(外罩)、真空隔熱屏蔽層、氣密限製層、通風結構和液冷服等組成,猶如一個獨立的生命保障係統。一套艙外航天服係統通常比一個健碩的人還要重許多。它的價格自然也不菲,目前研製生產一件艙外航天服要花費上千萬美元。
談到航天服,不能不講一下“太空噴氣背包”。這種背包高約1。25米,寬約830毫米,總重150公斤,內裝12公斤液氮,共有24個噴嘴。它像一把沒有坐位的椅子,安在宇航員的背上。宇航員可以通過扶手上的開關控製24個微型噴嘴,噴射出背包裏的壓縮氮氣,從而形成各個方向大小不同的反推力,實現不同方向的移動。有了這種噴氣背包,宇航員就能在茫茫太空中隨心所欲地翻筋鬥、旋轉,向上、向下、向前、向後地自由移動了。
3太空裏的居住
宇宙環境是極為惡劣的,對人體有害的主要因素是高真空、高缺氧、宇宙輻射、溫度差異等。在這樣的環境中宇航員是無法生存和工作的。於是,科學家研製出了一種與外界隔絕的密閉環境座艙用來保護宇航員。
供宇航員居住、生活和工作的密閉艙是宇宙飛船上的一個主要部分,是保證宇航員身體健康的環境控製與生命保障係統。生命保障係統最為重要的是供水係統。它的主要任務是供給宇航員生活用水和飲食用水。密閉艙是一個狹小的環境,必須對不斷產生的汙染物加以淨化,以維持艙內空氣新鮮,保證宇航員的身體健康。
由於失重飄浮,宇航員行動起來不像在地麵上那樣自如,坐立不穩搖搖晃晃,稍一抬頭仰身就有可能來個大翻身,彎腰時又可能翻筋鬥,所以一切動作都得小心翼翼。航天飛行中,睡袋一般固定在飛船內的艙壁上。在失重時分不清上和下,站著躺著睡都一樣,所以宇航員既可以靠著天花板睡,又可以筆直地站著靠牆壁睡,隻要他高興。為了防止無意中觸及開關,他們睡覺時必須把雙手束在胸前。宇宙空間中的睡覺姿勢很特殊,失重時,身體完全放鬆會自然形成一種弓狀姿勢。在空間軌道站上,宇航員已可享受分隔式臥室和床,但他們在睡覺時必須把自己捆在床上,以免翻身時因失重而飄離。
另外,在宇宙中航行的宇航員和地球上的人一樣,也需要有個人清潔衛生的處理,如刷牙、洗臉、洗澡、大小便等等,但這一切都需要有特殊的設施和技巧。比如在失重時刷牙,牙膏泡沫很容易飄浮起來,水珠在艙內飛飄,會影響人的健康和儀器正常運轉。為防止這個問題,美國采用一種特製的橡皮糖,讓宇航員充分咀嚼以代替刷牙,達到清潔牙齒的目的。宇航員洗澡時,需要將耳朵塞上,帶上護目鏡,就像潛水員一樣。當人進入浴室,還要穿上固定的拖鞋,這樣就不會飄浮起來了。美國“奮進”號航天飛機上裝備有一種太空馬桶,造價高達2340萬美元。這種馬桶可貯存處理更多糞便,有獨立的尿液分離器,可將尿和糞便分開處理。馬桶上的氣流導引裝置,解決了失重條件下人體排泄的困難。
4太空行走
1965年3月18日,蘇聯宇航員列昂諾夫離開“上升”2號飛船密閉艙,係著安全帶第一次到茫茫太空中行走,開創了人類太空行走的先例。然而太空行走與人們在地麵上的行走不能相提並論,其困難程度是常人難以想像的,需要諸多的特殊技術保障措施。
由於太空處於真空狀態,沒有大氣層的保護,溫度變化也很大,太陽照射時溫度可高於100℃,無陽光時溫度可低於-200℃,同時還存在著能傷害人體的各種輻射和微流星體,因此在太空行走時,必須身穿特製航天服。同時,由於宇宙飛船、空間站、航天飛機這些載人航天器密閉艙內的人造氣壓、空氣組成基本與地麵相同,故人體內吸有一定量的氮氣,而航天服內的氣壓較低,僅為大氣壓的27。5%,宇航員如果猛然出艙,遇到低的氣壓後血液供應會較差,溶解在脂肪組織中的氮氣遊離出來卻不能通過血液帶到肺部排出而形成氣泡,因此可能造成氣栓堵塞血管,引發嚴重疾病。所以宇航員出艙前需要吸取純氧將體內氮氣排出,以免隱患。
在太空行走的宇航員圍繞地球高速運行時,在廣袤的空間中沒有參照物,無法分清物體的遠近大小、速度快慢,如無保險措施,就可能會丟失在茫茫太空中而成為人體衛星。再加上載人航天器和自己都在運動,宇航員有時會被搞得暈頭轉向,亦有可能出現危險,所以太空行走需要采取保險措施———身係安全帶。安全帶猶如嬰兒的臍帶將宇航員與航天器連接起來,以防宇航員在太空中走失。1984年2月7日,美國的“挑戰者”號航天飛機在進行第11次飛行時,宇航員布魯斯·麥坎德裏斯穿著一種帶助推裝置的航天服,首次在不係安全帶的情況下在太空中自由行走了95分鍾,捕獲了已經停止工作的“太陽峰年”號人造衛星,並對其進行修理,排除故障後又將其重新送回軌道。布魯斯完成了航天飛機首次捕獲衛星的任務。這次太空行走也為人類在太空中的活動開創了新的天地。但為了保險起見,現在宇航員仍被要求係安全帶。萬一宇航員不能自己走回航天飛機,可以用牽引纜索把他拉回來。
太空生活看似有趣,實際上是對宇航員生存技巧的一大考驗。看來要做個太空人,享受一下與地球人不一樣的生活,還真不是件容易事。
4.關於太空的問答
1.在失重情況下航天員是否很難進入睡眠狀態?
這是個值得討論的問題,因為影響睡眠的原因有很多。首先,要分航天員在太空的工作是一班製還是二班製。在國際空間站和大多數航天飛機上,所有的航天員都是同時睡覺,他們將睡袋掛在自己喜歡睡的地方,如牆上、牆角、天花板上等等。當航天員實行倒班工作製時,像包括空間實驗室在內的一些航天飛機上,航天員睡在一個小的鋪位上,將它關閉後,可以隔絕工作室傳來的噪音。開始,航天員有些不安的感覺,覺得自己躺在一個狹窄的鞋盒中,而且大多數航天員出現10-15秒的背部感到舒適的錯覺。
然而,當你打算睡覺的時候,你需要習慣你的背部和側麵沒有感覺,事實上你是在睡袋中漂浮著,隻是用繩子將你倒掛著,因而那種使得你昏昏欲睡的重力感覺是不存在的,也有些航天員對此還不太適應。他們毫無睡意,緊張得必須吃安眠藥才能睡著。另一些人即使是在這種特殊環境下也能睡得很香。
需要補充的是:如果睡覺的時候你的頭部處在不通風的地方,呼出的二氧化碳會聚集在你的鼻子附近,當你血液中的二氧化碳達到一定程度的時候,腦後部的一個報警係統就會發出警告,使你驚醒,會感覺呼吸急促。這時,你走幾步或換個地方,又可以沉睡了。
2.航天員在太空中穿衣服時會有什麼特殊的感覺嗎?
航天員的航天服除了在舒適性和安全性上有特殊要求以外,通常和我們在地球上穿的沒什麼差別。例如,衣服必須由防火材料製作。當在失重情況下穿航天服的時候,航天員實際上就是在衣服內漂浮,隻有當衣服碰觸到肌膚的時候,才會感到是穿著衣服。
3.太空中漂浮很有意思麼?
航天員們都認為一旦適應微重力環境後,在太空中漂浮是非常有趣的。順便說一下,科學家們不喜歡將微重力稱為零重力,這是因為除非你正好站在圍繞地球做自由落體運動太空船的中心位置,此外你就不可避免的受到來自微小的加速度和潮汐的影響,即使它們的作用很小,隻有地球引力的百萬分之一,我們也不能認為它是無重力或0重力。這就是我們為什麼稱之為失重的原因。
在微重力環境下生活是很有趣,不同人的感覺也不同。第一次參加太空飛行的航天員,在進入太空後的頭兩三天,約有30%-40%的人出現“空間適應性綜合症”(它是運動病中的一種),其他人不會出現這種症狀。血液流向上身,使鼻竇和舌充血,影響人的感覺,一周左右的時間,航天員體內就會出現適應失重的反應。
在失重情況下,脊椎由於沒有重力的作用而變長了,使得人變高了(長高1-2英寸)。在失重情況下,當所有的肌肉放鬆的時候,就會出現大腿輕輕的向上抬起,胳膊向前方舒展開,身體略微弓著,仿佛是在水中一般。由於沒有“上”或“下”的感覺,需要依靠別的標誌來確定“上”和“下”,在航天飛機內部設計時,考慮用天花板和地板的不同來定位。
在微重力的情況下,航天員常常產生錯覺。當航天員告訴自己的大腦哪個方向是“上”,它立刻會認為那是錯覺。這樣,在太空定位、轉移或運動等感覺與在地麵上不一樣。在太空行走是非常輕鬆的,航天員很快就習慣到處行走和用固定足的方法將自己固定在空間站上。穿上航天服在太空中行走變得困難得多,這是因為工作服體積大,就像套上一個氣球,視覺和觸覺都受到了限製。
4.你可以穿多長時間的航天服?
一般可以穿5-7小時。當然也要視航天服的中的可消耗材料的情況,例如氧、電量、冷卻水等。航天服簡直就是小型太空船,穿航天服工作是很辛苦的。穿著的時間也與穿著者對舒適性和耐磨性要求有關。
5.如果在太空中遇到骨折或重病如何處理?
幸運的是,美國宇航局上天的120名航天員從來沒有碰到這種情況。在早期曾發生過阿波羅13號航天員佛瑞德尿感染的問題及小規模的流感的問題。太空船上總會帶上足夠的藥品以應付這些突發事件。一旦在圍繞地球飛行過程中發生意外,不管是在航天飛機上或在國際空間站,都要以最快速度將航天員送回地球。美國宇航局也為國際空間站開發了一個大型的七人座的返回艙,是為在特別情況下作為“太空救護車”使用的。
如果發生骨折,在太空船上也準備了固定骨骼的器材。當人類出發進入外太空,比如在探險火星的時候,太空船上將攜帶醫療設備,有一名或多名航天員是經過良好的醫學知識訓練的,他們可以進行救護和治療。因為在這種情況下,短期內返回地球是不可能的。可能情況下,飛船上將配備經驗豐富的醫生。
6.空間站可以能容納多少人?
國際空間站最多能容納7名航天員。航天員的人數從開始的3人增加到6人,到2003年增加到7人(但現在由於空間站上資源的問題,隻有3名航天員在空間站上-譯者)。當然,在一次意外中不可能所有的工作人員都立刻返回。這就是美國宇航局為什麼要改進返回艙,以便比俄羅斯聯盟號太空船可以容納更多人員的原因。
7.空間站上的航天員在太空中是怎樣打發業餘時間的?
他們根據自己的不同喜好,各有偏重。在飛行中,他們可以各自選取自己喜歡的娛樂。有的可以利用膝上型電腦看書或給家人發郵件,有些人在聽音樂或玩遊戲,再有些人就是與地麵的親友打電話或與其他同事聊天。可是絕大多數航天員在剛進入空間站時,大部分業餘時間是站在窗旁,眺望宇宙和注視著地球從空間站下消失。
8.國際空間站的航天員是如何挑選出來的?你對此有何看法?
任何身體狀況良好,符合航天員基本要求的成年男女都可以被選拔出來參加航天員訓練。要成為國際空間站的任務專家或航天員,最低要求是至少獲得一所國家承認院校的工程、自然科學或數學學士學位,在這一領域有三年以上相關工作經驗,更高的學位將更合適。航天飛機駕駛員至少要有1000小時的噴氣式飛機的飛行經驗,其視力要比專家好。競爭是相當激烈的,每兩年平均有4000名申請者角逐20個名額。定期征募航天員。
9.你們是如何繪製太空圖的?如何知道應該往哪個方向前進?