航天员在太空中的生活保障

　　载人航天器中的乘员座舱内的压力，是由氧气和氮气为主的气体构成的，供氧和压力调节是一致的。座舱"舱压体制"或"舱压制度"是舱内采取多大的总压和氧分压的总称。我们知道人在地球表面生活，大气压力为一个大气压，即101.3千帕(760毫米汞柱)，但人体在高山上或不到一个大气压的环境下也能生存。在一个大气压呼，氧气含量为21%左右，在不到一个大气压环境中自然氧气也相对减少，虽然人体还能生存，但易患缺氧症。设计载人航天器内的舱压体制时，航天工程师、科学家与医学专家提出了几种设想。其中一种是把地面的一个

大气压的环境全搬到载人航天器舱内，这就是全压式的舱内压力体制。苏联和目前俄罗斯现用的舱内体制均为一个大气压的体制。而美国开始发射的几种型号飞船都是1/3大气压力制度，舱内压为33.7千帕，但采用100%的纯氧，即纯氧低压制。由于阿波罗号飞船在地面试验时，纯氧引起火灾，烧死3名航天员，所以此后他们改为60%的氧气和40%的氮气，舱压仍为1/3大气压。到美国发射航天飞机之时，也改为全压式体制，其氧气含量与地球表面相一致。

　　如何造成舱内的大气压呢？因为地面气压为一个大气压，如果舱内压力体制采用全压式时，航天器在没起飞之前其舱压在地面就形成了，但要对舱内气体进行配制，使舱内气体成份达到设计中要求的氧氮比例。如果采用1/2或1/3大气压力制度，就必须对舱内气体进行抽除，使气压到达所要设计的水平，并调好氧气与氮气的比例。由此看来，造成舱内压力不是太难，而一直保持舱压在所设计的水平才是难事，即供气、调压是重点。

　　短期飞行的载人航天器的气源(氧气和氮气)都是从地面带到太空的，其存储方法有三种：一种是用高压气态储存(压缩气体)；另一种是用低温超临界液体状态储存；第三种方法是固态储存或称化学储存，它利用含氧化合物的化学反应放出氧气。第三种储存方法对所使用的容器都有一定的技术要求，各有优缺点。高压气态氧储存很简单，只需用高强度合金或复合材料制成的钢瓶体加上必要的阀门、开关等结构，就可带入太空。其存放时间较长，使用时允许大流量供氧，但储存量小，长期飞行时不够使用。在同样体积和质量的情况下，液态氧的储存量可大于高压气氧几百倍。但其在使用和储存方法都有不足之处，如容器供气初期和末期流量较小，不适用于大流量供气要求。因此，目前美俄两国在载人航天器中，仍使用着几种储存氧气、氮气方法。

　　在由氧、氮气源为主体组成的舱内供气调压系统中，包括有减压组件、供气开关组件和排气调压等组件、各组件中都有相应的开关、阀门和配套的传感器。座舱大气控制与测量的主要信息源是氧分压和舱压传感器。氧分压代表舱内气体中氧气的分压值，其需求量由舱内航天员多少和舱体的漏气速率而定。由于氧气是航天员生存的第一物质要素，故测量和控制舱内氧气分压或含量是供气调压的关键技术之一。多乘员的压力舱氧气消耗很快，缺氧时通过传感器传到供氧组件中，从而得到及时的供氧。当舱体慢性漏气和排出舱外的废气引起舱压下降时，传感器传给主气源以供气增压，使舱压稳定。及时供气调压是载人航天器环控与主保系统中的主要环节之一。由此可见，舱内除需有主气源来保障有足够的气体(含氧气)外，其供气调压系统中的供气和排气组件的安全和可靠性也非常重要。在所有载人航天器中，供气调压的组件除有自动控制机构外，都装备有手控调压组件，以备在自动调控失灵时航天员启动手动调控机构供氧、供气，以保障安全。

　　载人航大器乘员座舱的微小空间容易被人体和舱内其他物体排泄和挥发出来的废气和化学物质以及尘埃等所污染。根据国外发射的载人航天器的检测结果，舱内有300多种污染物，它们涉及各类化合物，但绝大多数浓度非常低，不足以对人体造成损害。其中最大量的是二氧化碳气体，这是人体呼吸的产物。据测定一个人每天要排出0.1～1.0千克二氧化碳气体，如不及时去除，也会危害人体的健康。消除二氧化碳气体的办法很多，美国在水星号飞船、双子

　　航天服也称宇宙服、宇航服，是在载人航天中航天员穿的一种服装系统。它由服装、头盔、手套和航天靴等组成。实际上它是航天员必备的个人防护救生装备。从功能上看、航天服有舱内航天服和舱外航天服两种；从服装内压上看，有低压航天服和高压航天服之分，从其结构上看，可分为软式、硬式和软硬结台航天服。目前，美国和俄罗斯使用的都是软硬结合式的航天服。无论哪种航天服都由多层组成，它们互相连接形成一个整体服装，但要求各层的质量要高、要轻、不能过厚，以避免影响航天员的行动。以舱内使用的低压航天服为例，其基本结构与功能是这样的：由最贴身的里层往外数，第一层为内衣裤(有人认为这一层不属于航天服)，选用纯棉布或棉麻布制服。第二层是保暧层，它和内衣裤结合，选用羊毛制品或合成纤维片(有人称它为太空棉)制成，起保温和隔热的作用。第三层为通风散热层，其结构比较独特，是由很长的微细管道连接在衣服上而制成的，在人体与外界隔绝的情况下，它可以把人体产生的热、水和气味带出去。第四层是气密加压限制层，它既要充气加压，使身体有足够的压力，不能漏气，又不能使服装过于膨胀，防止外界的磨损，还要使各关节活动自如。所以这一层结构的选材和设计都比较难，是航天服装的关键层。第五层为隔热层，也叫真空隔热层。舱内航天服可以不加这一层。例如，美国阿波罗号飞船、航天飞机上用的航天服都没有这层，而苏联的上升号飞船和俄罗斯的联盟号飞船中使用的舱内航天服就有这一层。它是由5～7层涂铝的聚脂薄膜构成，各膜之间用网络物隔开，贴在一起形成屏蔽。它有良好的隔热和防辐射作用，舱外航天服必须有这层。最外边一层是外罩层。这个外套要求防磨损力强、耐高温，除能防护内部各层不受损坏外，还要注意到颜色，一般用白色或金黄色为好。

　　舱外用的航天服除有舱内航天服的所有各层外，还有三层：一是真空隔热层，用于保护航天员在舱外作业或在月球与其它星体表面活动时，不受舱外环境过热、过冷的侵袭，又可防止服装内部的热量散失。二是液冷服，它是将舱内航天服的通风散热层管内的气体改为液体而成。航天员在舱外作业有时长达几个小时，身体产生的热量多，靠气体散热达不到散热要求，而液态冷却工质就可很好把热散掉。三是最外层，它除要有防高效、防磨损和保护内部各层的功能外，还要有防太阳辐射的功能和连接其它装具的接口。例如，与航天员舱外活动时的脐带连接，与身背携带式生保环境装备、太空机动飞行机构的连接等。

　　航天服的头盔由头盔壳、面窗结构和颈圈等组件构成。目前在载人航天中使用的头盔有软式与硬式两种，其中硬式头盔又分为固定式和转动式二种。软式头盔大多数作为舱内航天服的组件。转动式头盔在其颈圈上有气密活动轴承，但密封环节增多会降低气密性与结构可靠性，增加设计难度。

　　现以固定式全透明的钟罩式头盔为例，介绍其结构组成。头盔壳是头盔的主体，其材料应具有强度大、抗冲击和足够的耐热性等优点。在其面窗部位上有良好的光学性能。头盔内腔壁有硬衬垫和软衬垫，衬垫上镶有细管道，它兼有减震、隔热、消声、通风和供氧等功能。其内腔要适于戴通讯头盔，允许头在里面左右转动，尺寸要与穿戴者的头形相适应。还要留有安装生理测试部件、有利于排出人体呼出的二氧化碳和水汽的空间。

　　除上述各种要求外，面窗还应有良好的光学性能和广阔的视野。头壳的面窗部分除应有透光良好外，还要有防雾、去温的措施，因为航天员出舱活动时会遇上-150℃的低温，面窗内的温度也会下降。当降到空气露点以下时面窗上就会结雾，防碍航天员的视线。目前已用的方法有通风去湿法、双层面窗法、电热面窗法和化学防雾剂等，以保障面窗的透明度。否则，影响航天任务的执行。例如，1966年美国双子星座9号飞船的航天员，在太空用载人机动装置进行飞行时，因面窗起雾而看不清外边的情景，未能完成太空行走中的特定航天任务。

　　颈圈是连接服装与头盔的关键部件，分上下两圈，在穿戴服装与头盔时，先将上下圈连接上，再连接头盔与服装。它要求穿脱方便，具有良好的气密性和连接强度。在紧急情况下，要有使穿戴者本人能快速断、接、锁紧操作的机构，便于及时与头盔或服装断开或连接。

　　航天服的另外两个部件是可随时连接的手套和靴子。手套与服装通过腕圈接连，是服装压力层的延续。它要符合穿戴者的手型，能快速穿脱戴，在各手指关节部分有波纹结构，便于操作。航天靴由压力靴和舱外热防护套靴组成，其中压力靴是服装气密加压限制层的延续。通常将踝部活动关节设计在压力靴上，并与压力服相连接。航天服内部还设有废物收集装置，用于在紧急情况下收集、贮存和输送大小便用。

　　我们把航天员在太空中吃的东西叫航天食品，是因为它是根据航天员生活所处的特殊环境，结合航天人员在太空的口味和消化吸收能力，以及特殊进食方式而研制。可以这样说，航天食品是为在特定的环境，特定的人群而研制出的一种特殊食物。这种食品是根据合乎膳食标准的航天食谱制成的，其中必须包含足够和完善的科学营养，如每天人体所需要的蛋白质、脂肪和醣等，并保证含有钙、磷、镁、钾等主要无机元素，还要含有铁、锌、硒、碘等微量元素，以及两种脂溶性维生素(维生素A和E)和各种水溶性维生素(维生素B族和C等)。

　　人有个体差异，特定的航天环境(微重力下的微小生活空间和要完成各种复杂的航天任务)使航天员的口味要求变得非常特殊，吸收消化能力也受到一定的影响。为适应他们在这种环境中的饮食习惯，每天、每顿的食谱的制定是很重要的，不能单调。有时为了飞行的需要还要限制或增加某些食物，如飞行朝要限制食物中的钠和水以及纤维成份，以减少飞行初期航天员的大、小便次数；飞行后要增加某些营养。以加速恢复身体健康。航天食品还必须符合卫生学的要求，防止食源性疾病的发生，航天食品还必须在制做包装形式和储藏的稳定性上加以考虑，使之进食方便和容易长期储藏，并能经受航天器上升段的振动、冲击和加速度负荷而不致破碎。

　　航天食品大致有如下两种类型：一类是在太空正常飞行时航天员所要吃的食品，另一类是在特殊情况下所要用的食品。

　　在正常飞行情况下吃的的航天食品有：(1)即食食品。它是拿过来就吃的东西，不需要进行再加工，如含中等水分、一口大小的压缩成型的或用涂膜处理的干燥食品等。(2)复水食品。这种食品是冷冻干燥食品，因为它在被送上太空时轻而小，在航天食品中占有较大比重，但在食用前必须复水，在它的包装袋上都有一个单向入水阀门，以便复水用，复水后即可食用。(3)热稳定食品。这类食品是经过加热灭菌自理的软包装和硬包装罐头类食品，大空飞行证明，在失重条件下用普通餐具由开口容器中取食完全可行。这类食品占航天食品的比例也很大。如苏联礼炮6号空间站中这种食品占80%左右。(4)冷冻冷藏食品。这类食品是在地面上冻好带进太空的，溶化后可食用。(5)辐射食品。这是经过放射线杀菌后的食品，它曾在美航天飞机飞行中少量使用过。(6)自然型食品。地面上没经处理的食品，如新鲜水果，蔬菜、面包、果酱和调料等。(7)复水饮料(冲剂或软固体饮料)。它是在太空加水溶解后制成的冷饮或热饮。在包装上美国早期用复水饮料袋，后改用折叠塑料瓶和方形复水包，以便用吸管吮吸。

　　特殊的航天食品有：(1)备用食品。它是指在发生特殊情况必须延长飞行时所用的食品，其类型同前。(2)应急食品。这种食品是指在飞行器发生故障时，航天员必须穿着航天服时所用的食品，如铝管包装的半固体果酱、菜泥、肉羹等。应急食品也包括当航天员着陆后，降到远离人烟的地方，等待救援期间饮用的食品。(3)舱外活动中需要吃的食品。这是指存于头盗内颈圈部分的固体或半固体、流质供食器中的食品，供长时间舱外活动中临时给航天员饮用的食品。

　　如何搭配进食和建立饮食制度也是很重要的问题。饮食制度是按航天乘员的生活工作和锻炼情况，来合理安排每日的进餐次数、每餐食品量和热量、进餐间隔时间的一种规定，也是制定每天食谱的依据、如苏联礼炮6号空间站上规定：每天4餐，每餐食品量和热量接近均等；各餐间隔时间为3-5小时；锻炼后要15-20分钟才能进餐；锻炼或紧张脑力劳动，必须在饭后1～1.5小时后才能开始。美国采用每日3餐的制度。

　　航天食谱必须符台营养标准和航天员口味及饮食习惯。航天食谱一般分两种，一种是通用型，一种是个人爱好型。为了避免单调，美俄在太空中使用的食谱，一般以4～6天为一个周期，在一个周期内除饮料外每天食品不重样。如美国航天飞机的通用食谱分为A、B、C餐：A餐有桃、烤牛肉、炒鸡蛋、薄饼、可可、桔子饮料，维生素丸和咖啡；B餐有猪肉混合菜、土耳其香肠、面包、香蕉、杏仁脆饼和

　　相关专题：神舟六号载人航天