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航天传奇:飞人

自我鉴定 时间:2023-06-27 18:30:33

神舟6号把两名中国航天员送上了太空,他们在太空轨道上完成了5天的飞行任务。中国的航天员系统经受住了多人多天载人航天的考验,在载人航天中起着重要支撑作用的航天员系统成为我国第二次载人航天的最大亮点。(图1)

航天员

航天员可不是一般意义上的普通人。他们中的每个人都要经历严格的选拔和近乎残酷的训练。那么,什么样的人会被选中成为航天员呢?

在载人航天活动的早期,人们并不清楚什么人适合在空间环境生活。美国人就曾经考虑过从体操运动员和杂技演员中选拔第一批航天员。然而由于对航天员有着极为严格的身体和心理素质的要求,最终还是确定从飞行员中选拔。

现在,大多数国家的航天员都是从有经验的空军飞行员中挑选的,中国也不例外。

1995年10月,由国防科工委和空军联合组成了预备航天员选拔领导小组,从符合基本条件的空军飞行员中进行航天员初选。(图2)

选拔

1997年,杨利伟接到去北京体检的通知。当时他不并知道,此行同去体检的,是经过对全军精选的800余名飞行员进行了系统的体检,最终确定的60人,到北京进行住院临床复查和特殊功能检查。最后只有20人过了这一关。之后,又对这20人进行家庭医学查访和直系亲属体检,也全部合格。由于受到预备航天员的名额限制,还需从这20人中再优中选优。

在载人航天工程指挥部的直接领导下,集中了全国各大医院的著名专家。经过专家们的反复研究和挑选,建议录取其中12人为预备航天员。

1996年,为了学习和借鉴俄罗斯航天员的训练经验,有关部门从空军飞行员中按照预备航天员的标准,挑选了两人赴俄罗斯加加林航天中心进行培训。根据加加林航天中心的培训计划,培训一名航天员需要4年时间,而他们只用了一年就学完了全部课程。这两名飞行员回国后,也加入了预备航天员队伍。

1997年12月,经中央军委批准,正式组建中国人民解放军航天员大队。

训练

中国航天员的训练分为3个阶段:第一阶段是基础理论培训。在这一阶段,航天员要学习火箭和飞船的设计原理、飞行动力学、气象学、天文学、通信、设备检测、航天医学知识等等。第二阶段是专业技能训练。航天员要熟悉飞船的结构、组成,飞船各系统的工作原理和模式,甚至要掌握重要部组件的工作情况。第三阶段是飞行程序和任务训练。航天员们要在与真实飞船相同的训练模拟器上,通过实景仿真,掌握和知道应该注意观察什么,什么时候和地面联系。在这一阶段,航天员们还要学会发现和排除紧急情况,以考察和锻炼他们的判断能力和对事物的迅速反应能力。

飞船在返回的时候可能降落到预定着陆区以外的地方。1965年3月19日,完成人类第一次太空行走的苏联航天员开始启动返回程序。因为自动导航系统故障,他们比预期多绕地球飞行了一圈,最后降落到远离预定着陆地的一片森林中。直到第二天获救之前,狼狈的航天员们不得不在彻骨的寒冷中过夜,还要应付一群饿狼的侵扰。

因此,在训练中,中国航天员们还要奔赴沙漠、寒区、雨林、海上,训练在各种困难条件下的自救求生能力,并配合搜救部队进行搜救演习。(图3)

环境适应性训练是整个航天员训练计划中的核心内容。空间环境与地面天壤之别。一个合格的航天员,不仅必须适应过载、失重、低压、缺氧等环境,还要在这些条件下完成工作任务。惟一的办法,就是尽量在地面模拟空间环境,对航天员进行耐受训练。

在“神舟”飞船起飞和降落的过程中,航天员最高可能受到7个G以上的过载。试验证明,人在胸背方向承受过载的能力比头盆方向要强一些,这就是航天员在起飞时采用平躺姿势的原因。训练航天员过载耐力的设备叫作离心机。航天员坐在一个巨大悬臂的末端的小舱里。当悬臂高速旋转时,他们在舱内就可以体验到超重的滋味。

“联盟”11号的3名前苏联航天员就是因为座舱快速失压导致急性缺氧、体液沸腾而殉职。为了能够在事故早期及时采取补救措施,航天员必须接受低压缺氧训练。训练时,航天员坐在密封舱内,舱内气压迅速降低。相当于以每秒15米的速度,迅速提升到5000米的高空,在氧气稀薄的情况下持续30分钟。

1965年前苏联航天员列昂诺夫完成了人类的第一次太空行走。在他试图返回飞船时,发现他的全压航天服过于臃肿,无法挤进过渡舱。当时他将航天服内的气压降到了相当于海拔35000米的高度,花了12分钟才得以返回。如果列昂诺夫没有良好的低压耐受能力,他将成为第一个在太空行走活动中殉职的航天员。

统计数据表明,大约有50%的航天员在进入太空后会出现空间运动病的症状。这些症状类似于晕车、晕船。国外甚至有过航天员因为严重的空间运动病而几乎放弃任务的情况。1990年12月进入“和平”号空间站的日本记者秋山丰宽,在一天时间里用掉了80个呕吐袋。

通过失重飞机进行训练,可以有效减轻甚至避免航天员出现空间运动症。由于我国目前还没有失重飞机,失重飞行训练是到俄罗斯航天员训练中心进行的。飞机通过进行抛物线飞行来产生短暂的失重,每个抛物线有28秒左右,一次飞行通常飞10~15个抛物线。美国也有类似的失重飞机。在上面饱受折磨的美国航天员们把这种飞机叫作“呕吐彗星”。

训练开始的时候,中方领队担心我国航天员如果一下子训练得太猛承受不住,嘱咐俄方驾驶员开始时升降幅度不要过大。俄方驾驶员开玩笑说,就是要你们的航天员承受不住。实际上,因为反复失重和超重,即使身体素质很好的人在这种条件下也容易感到头晕、恶心。在这里训练的其他国家的航天员,不少人几个抛物线下来就不行了,而我们的航天员,一个架次飞了12个抛物线,没有一个人出现严重的反应。

2003年7月3日,经载人航天工程航天员选评委员会评定,我国14名航天员全部具备了独立执行航天飞行任务的能力,予以结业,获得三级航天员资格。从此,我国有了第一代航天员。

衣食住行

吃饭与喝水吃饭、喝水是一件很平常的事。但在失重的太空中,航天员的饮食与我们在地面生活的人有着很大的不同。(图4)

太空飞行的每一公斤载荷都是非常昂贵的。从这个角度讲,航天员的每一餐,大概都拥有世界上最高的价格。然而,在早期的载人飞行中,地面的医学专家甚至担心处在失重环境中的航天员无法咽下食物。那时候的航天食品被做成半流体,制成牙膏状。食用的时候,航天员把这种丝毫谈不上色、香、味的昂贵的糊糊挤到嘴里就算完事。

在最初的几次载人飞行中,航天员在太空的时间多则一两天,少则几个小时,吃点“牙膏”还不算什么。后来,飞行时间延长到了十几天。航天员们对航天食品的评价是“令人生厌”,他们怨声载道,甚至集体大量剩食。食品问题引起了高度重视,经过大量试验,在失重条件下,不带汤汁、毫无黏性的食品,如米饭、豆子会四处飘散;而带黏性的酱、浓汤、果汁、勾芡过的菜肴、肉块是可以用勺子和叉子取食的。以后的航天食品充分考虑了航天员的个人口味。为了节省飞船的空间和发射时的有效载荷,航天员携带的食物要重量轻、体积小、营养好。为了防止食物碎屑在失重的条件下四处飘浮,航天食品被制成一口大小的长方形、球形和方形等形状,表面再涂上一层可食的保护膜,这样航天员进食时一口一块儿,既方便清洁,又不会掉渣。为了减轻飞船舱内的废物收集系统的负担,航天食品不含骨、刺、核之类不能吃的部分。

在失重条件下人的生理会有所改变,航天员骨钙的流失量是老年人的10倍,还会出现肌肉萎缩,红细胞数量减少等情况。针对航天员这些生理现象,航天食品需要对营养结构作适当调整,例如: 肌肉萎缩要求每天为航天员补充130克以上的优质蛋白质,骨钙丢失要求食品必须提供充足的钙,以及适宜的钙磷比例和维生素D; 为防止心血管系统功能失调,需要限制航天食品中钠的含量,保证钾的供给等等。

航天食品种类繁多。它的加工方法和食用方式也很独特。(图5)

航天服 和航天食品一样,航天服是世界上最昂贵的服装。

我国自行研制的舱内航天服由三部分组成: 一是限制层。它由耐高温、抗磨损材料制成,用来保护服装内层结构,并由特殊设计的力约束结构使航天服按预定形态膨胀,保证航天员穿着舒适合体。二是气密层。这部分用涂有氯丁橡胶的锦纶织物制成,有良好的气密性,防止服装加压后气体泄漏。三是散温层。这部分与内衣裤的边缘连接在一起,上面有许多管道,用以抽风或通风,全部气流送入头部,然后向四肢躯干流动,经肢体排风口汇集到总出口排出,带走人体代谢产生的热量,保持航天员身体舒适。

航天服上配有废物处理装置和生物测量装置。生物测量装置从贴在航天员身上的电极、生物测量带、服装电接头获取测量数据,心率、呼吸、血压等生理信号直接通过飞船遥测系统传到地面飞行控制中心。

执行太空行走和登月任务的航天员穿的是舱外航天服。舱外航天服由微流量防护层、真空隔热屏蔽层,气密限制层、通风结构和液冷服等组成。结构更为复杂。它不仅需要具备独立的生命保障和工作能力,而且还需具有良好活动性能的关节系统,以及在主要系统故障情况下的应急供氧系统。

现代航天服实际上可以看成为一个能进行操作活动的最小载人航天器。一套舱外航天服系统重量大约120kg。但是在太空中,由于一切都处于失重状态,即便航天员穿上如此笨重的衣服也照样可以轻松地行走。舱外航天服发展到今天,已达到能保证航天员在舱外独立工作长达8小时的水平。(图6)

行动 失重的感觉是非常奇妙的。第一次上天的航天员开始时往往很笨拙。不过很快就能学会新的移动方式。只要用手在舱壁上轻轻一点,航天员就会向相反的方向飘过去。在狭窄的舱道里对面相逢,也不会感到丝毫不便。因为其中一个可以从另一人的头顶上飞过去。

睡眠 地球上的一天是一次日落日出,周期为24小时。可是飞船上的太阳,90分钟就升起一次。航天员无法“日出而作,日落而息”,只好机械地按钟点安排工作和睡眠。

不过航天员并不能真的飘荡着睡觉。一是舱内的气流会把航天员吹走,二是一旦飞船进行变轨等机动飞行,航天员就会撞到舱壁上。因此,航天员一般睡在床上或固定在墙壁上的睡袋里,睡袋拉紧后能给人体施加一定的压力,使人消除那种飘飘欲坠的恐慌感。(图7)

有人睡觉习惯把手或腿放在被子外面。这在地面上是很正常的现象,可是在太空环境里,由于失重,睡眠中人的四肢会不受躯干支配而四处飘动。一名苏联航天员回忆说,他就曾经在醒来后被自己在空中飘动的双手吓了一跳。

太空锻炼在长期的太空飞行中,航天员需要进行一些身体素质锻炼,以避免在失重状态下生活太久而导致肌肉严重萎缩。为航天员准备的健身器械通常包括划船器、跑步机等等。当然,航天员必须把自己固定在这些器械上,不然一使劲他们就会飞到天花板上。即便如此,经历长期空间生活的航天员返回地面后也会感到肌肉无力,甚至站立都有困难。他们需要适应一段时间后才能恢复地球上的正常生活。

个人卫生 失重条件下清洁卫生及处理废物非常复杂,需要有特殊的设施和技巧。失重时刷牙,牙膏泡沫很容易飘浮起来,水珠在舱内飞飘,会影响人的健康和仪器正常运转。飞船中的航天员不能采取地面上的刷牙工具和方法,只能采用比较简单的方式来刷牙。美国采用的是一种特制的橡皮糖,让航天员充分咀嚼以代替刷牙,前苏联航天员使用裹着毛巾的手指,而我国的航天员则用专门的洁牙指套做口腔清洁。航天员洗脸,其实是取一块浸泡有清洁护理液的湿毛巾擦洗面部。随后,把毛巾铺在按摩刷上用来梳理头发。

卫生间 航天员在太空上厕所也是件麻烦事。他们需要使用专门设计的装置。然而,当航天员穿着厚厚的航天服时显然不可能使用这些装置,如果这个时候内急的话,只能靠航天服内的尿液收集装置来解决问题。这个尿液收集装置的工作原理,和我们熟知的“尿不湿”十分相似。

洗澡 航天员若在空间站上长期生活,洗澡也是一个技术问题。航天飞机上没有洗浴设施。这一点常常为美国航天员所诟病。苏联长期的载人空间站上,配备有专门设计的浴室设施。这种浴室,只不过是一个强力尼龙布浴罩,浴罩上下有固定的框架,上连天棚下连地板,成为密闭浴罩,平常折叠着固定在生活舱的顶棚上。(图8)

洗澡前,航天员需要先把废水回收净化装置中的净化吸附剂配好,准备用来回收和净化洗浴时的污水,然后启动电加热器,把水箱中的水加热到合适温度。进入浴室,地板上有一双固定的拖鞋,人穿上它后就不会飘浮起来。为了避免被自己的洗澡水呛到,在打开水龙头之前,航天员应先戴好呼吸器,还要将耳朵塞起,带上护目镜,就像正在潜水一样。这套装置使用非常麻烦。为了洗10分钟的澡,航天员需要花40分钟准备和收拾。

一切就绪,航天员在太空轨道上终于可以面对独特的风景了,这时候,每个人都会成为诗人和哲学家。

(下期为“航天传奇”的最后部分:梦天)

图注

⑴费俊龙、聂海胜,神6载人航天飞行航天员。2005年10月12日,乘坐“神舟”6号载人飞船进入 太空,在太空停留5天5夜,于2005年10月17日凌晨安全返回

⑵航天员的选拔比例:苏联从3461名飞行员中选20人,美国从510名飞行员中选7人,中国从800 名飞行员中选12人

⑶航天员正在模拟器里进行飞行程序训练

⑷航天员在太空进食

⑸中国特色的家常饭菜,如鱼香肉丝、扬州炒饭等等,首次飞上太空的中国航天员杨利伟在“神舟”5号的太空舱里就曾经品尝过这两道菜肴

⑹舱内航天服一般重10kg左右,有上千道制作工序,造价十分昂贵,生产一套约需数十万元人民币。目前,研制生产一件舱外航天服的价值达上千万美元

⑺航天员在太空失重环境中找不到“躺”的感觉。无论站着、躺着,还是飘在太空舱中,都可以安然入睡

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