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背景:航天员太空生存扫描

http://www.sina.com.cn 2003年01月08日12:17 解放军报

  住在太空

  宇宙环境是极为恶劣的。对人体有害的主要因素是高真空、高缺氧、宇宙辐射、温度差异等,在这样的环境中航天员是无法生存和工作的。于是,科学家研制出了一种与外界隔绝的密闭环境座舱用来保护航天员。

  供航天员居住、生活和工作的密闭舱是宇宙飞船上的一个主要部分,是保证航天员身体健康的环境控制与生命保障系统。生命保障分系统最为重要的是供水系统,它的主要任务是供给航天员生活用水和饮食用水。密闭舱是一个狭小的环境,必须对不断产生的污染物加以净化,以维持舱内空气新鲜,保证航天员身体健康。美国“阿波罗”飞船返回地球后,从有害气体吸收剂中测定出的有机和无机有害物质有148种之多。

  人们长期的生活习惯是:“日出而作,日落而息”,睡眠一般都安排在夜晚。而飞船在航天飞行中的昼夜周期和我们在地球上的昼夜周期是不同的,地球上的一天是一次日落日出,并定为24小时,空间飞行时的一次日落日出,周期长短不一,因为它和飞船绕地球飞行的轨道高低相关。轨道高,昼夜周期就长;轨道低,昼夜周期就短。航天器速度很快,太阳出来时好像“迅雷”似的一跃而出,太阳落山时也如“旋风”一样迅速地隐去。

  航天飞行中,睡袋一般固定在飞船内的舱壁上。在失重时分不清上和下,站着躺着睡都一样,所以,航天员既可以靠着天花板睡,又可以笔直地站着靠墙壁睡,想怎么睡都可以。为了防止无意中触及开关,睡眠时必须把双手束在胸前。在宇宙空间最特殊的就是睡觉姿势,失重时,身体完全放松会自然形成一种弓状姿势。

  由于失重飘浮,航天员行动起来不像在地面上那样协调,坐立不稳摇摇晃晃,稍一抬头仰身就有可能来个大翻身,弯腰时又可能翻筋斗,所以一切动作都得小心从事。

  自古以来,飞向太空就是人类最美好的遐想。在飞船上看地球漂亮极了,它是一个绿色的球体。白天看去时,地球大部分是浅蓝色,密密的森林带看起来是蓝色的,惟一真正的绿色地带是中国的西藏高原地区,一些高山湖泊看起来是明亮的并且呈鲜绿色。

  航天员生活在太空当中,同样离不开体育锻炼。这除了增强体质外,还有其特殊意义:增强对失重及其他航天环境的适应能力,减少航天飞行中不良环境对航天员的有害影响。

  因此,在长期航天的空间站内,都设有专为航天员体育锻炼的“小型体育场”和设置一些特殊的航天体育器具供航天员使用。在宇宙中航行的航天员和地球上的人一样,需要有个人清洁卫生的处理,如刷牙、洗脸、洗澡、大小便等等,但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。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,达到清洁牙齿的目的。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。航天员若在空间站上长期生活,还需要洗澡。前苏联长期的载人空间站上,就配备有航天工程技术人员设计制作的航天浴室。航天员洗澡时,还要将耳朵塞上,带上护目镜,就像潜水员一样。人进入浴室,要穿上固定的拖鞋,这样就不会飘浮起来了。

  这就是航天员的特殊生活起居,真是很奇妙。

  食在太空

  航天员在太空中到底吃些什么呢?他们的饮食都有一些什么花样呢?航天食品专家为我们揭开了这层神秘的面纱。

  吃饭、喝水对于生活在地球上的人来说,是一件最平常不过的事了,但在失重环境下的太空生活中,航天员的饮食就显得十分复杂而特别奇妙。可以说,航天员的营养需求、食品制备、供给和他们的进食方式等都有一定的特殊性,所以他们与在地面生活的饮食有着很大的不同。

  航天食品从本质上讲与地面普通食品一样,都是为人体提供能量和营养的。但为了节省飞船的空间和发射时的有效载荷,航天员携带的航天食品应尽可能重量轻,体积小,营养好;为了方便航天员在太空失重条件下进食,防止食物在飞船舱内四处飘浮,又把航天食品加工成“一口吃”食品。为了减轻飞船舱内的废物收集系统的负担,航天食品都不含残渣,如骨、刺、皮、核、壳等等。航天食品及包装必须能经受住航天特殊环境因素的影响,如冲击、振动、加速度等的考验而不失效。航天食品还必须符合失重条件下航天员生理改变的要求,如航天食品要针对航天员生理改变指数对膳食的营养素作适当调整:肌肉萎缩则要求食品必须提供充足的优质蛋白质;骨质丢失则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;飞行初期航天食品的脂肪量不宜太高,以免加重空间运动病的症状;为防止心血管系统功能失调,又要求限制航天食品中钠的供给,保证钾的供给等等。在太空生活中,航天员们还可以吃到极富特色的家常菜。

  对于航天食品,通常把它制成一口大小的长方形、球形和方形等等,如肉块、鱼块、点心块,食品表面再涂有一层可食的保护膜,这样航天员进食时一口一块,既方便简洁,又不会掉屑,完全可避免食物碎屑撒落在舱内飘浮。航天员在航天飞行活动中,如何进食对航天员来说是一个不小的考验。在失重条件下,一杯盛满水的杯子,朝下朝上放都一样,杯子里的水不会自动飘浮或洒落出来,放在桌子上,杯子会连同水一起飞起来。所以说,航天员在地面上原有的吃饭、喝水习惯已完全不能适用。航天员打开食品包时,需及时握住食品,不要让它自由飞走。另外,还需注意不要使食品破碎或掉屑,因为碎屑在舱内飘浮起来,会带来一定危险,如影响仪表仪器的正常运转,影响航天员的视线,还有可能被航天员吸入呼吸道或掉进航天员的眼睛等。在早期前苏联和美国的航天飞行中,航天员采取“嘴对嘴”的进食方式,就是将经过特殊加工的液体或半固体的食品装在类似牙膏管的容器内,进食时通过一根导管将食品直接挤入口内,这是因为人们对在失重环境中能否像在地球上一样进食和吞咽存有疑虑而采取的一种保险办法。人类第一个进入太空的前苏联航天员加加林就携带了几种食品,试用以后,他认为在太空中进食和吞咽没有困难。随着人们对失重环境的反复体验以及认识的不断加深,加上包装新材料和新技术的应用,航天食品的种类不断增加,甚至可以保证一周内一日三餐不会重样,进食方法也越来越接近地面。

  21世纪载人航天技术的发展目标是实现长时间、远距离和多乘员的太空飞行。因此,建立受控生态生命保障系统是有效的途径。美国曾建造成功的生物量生产舱,就是一个大型的密闭高等植物栽培系统和“人———植物”人工生态系统,它连续运行达7年以上,生产了相当数量可供航天员生存必需的粮食、蔬菜、氧气和水等。虽然受控生态生命保障系统离实际应用还有许多问题需要解决,但我们相信,在太空开辟人类活动“第二空间”的梦想将不再遥远。

  穿在太空

  人们对于服装的认识往往只局限于蔽体、保暖、美观、大方等特点,可是当人类进入太空就会发现,航天服的作用早已超出了传统范畴。因为,太空接近真空的压力环境、极端的温度环境、缺乏生命所需的氧气、空间陨尘、空间碎片和空间辐射的威胁等,都需要航天服为航天员在太空的生活和工作提供一个良好的防护和保障“时装”系统。

  航天服按功能可分为舱内用应急航天服和舱外用航天服。

  舱内航天服用于飞船座舱发生泄漏,压力突然降低时,航天员及时穿上它,接通舱内与之配套的供氧、供气系统,服装内就会立即充压供气,并能提供一定的温度保障和通信功能,保证航天员在飞船发生故障时能够安全返回。航天员在正常航行时一般是在飞船上升和下降时穿上,防止在发射或返回阶段发生故障。对于穿戴的头盔、手套、靴子则更有其特殊要求。

  航天员在太空飞行所戴的头盔,不仅能隔音、隔热和防碰撞,而且还具有减震好、重量轻的性能。紧贴在航天员头盔盔壳里面的是通风衬垫,具有隔热和消声作用,头盔面部的舷窗是为了给航天员提供良好的视野,以便可以看到飞船内外的景象。航天服的造价十分昂贵,生产一套航天服约需数十万元人民币。

  舱外航天服则更为复杂,它是航天员出舱进入开放的宇宙空间进行活动的保障和支持系统。它不仅需要具备独立的生命保障和工作能力,包括极端热环境的防护和人体平衡控制,氧气供应和压力控制,服内微环境的通风净化、测控与通信系统、电源系统、航天员视觉防护与保障,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。舱外航天服结构上由微流量防护层(外罩)、真空隔热屏蔽层、气密限制层、通风结构和液冷服等组成,现代航天服带有独立的生命保障系统。生命保障系统包括氧源、供氧调压组件、水升华器和水冷却循环装置、空气通风净化装置、通信设备、应急供氧分系统、控制组件和电源等,它实际上可以看成为一个具有操作活动的最小载人航天器。一套舱外航天服系统通常比一个健硕的人还要重许多。但是在太空中漫步,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照样可以轻松地行走。目前,研制生产一件舱外航天服的价值达上千万美元。

  为方便航天员能快速自行穿脱航天服,并具有高度可靠的结构密封性,现代航天服在结构性能上已得到不断改进,已由早期的气密拉链式、口袋式发展为目前的腰部断接的上下衣结构后备门式结构。

  总之,航天员所穿的航天服已远非一般意义上的服装系统,它涉及到机械、纺织、化工和测控通信、人机工效、热、电等诸多领域,具有很高的技术密集度,航天科技人员为此付出了难以估量的心血和汗水,为人类文明疆域的拓展做出了不可磨灭的贡献。


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