第九章 宇航员的太空探索

第九章宇航员的太空探索太空探索是指以物理手段探索地球以外物体以及探索太空时涉及到的任何技术,科学政策。人类历史上最著名并最有影响力的一次太空探索是在冷战美苏太空竞赛期间第一个人类成功踏上月球。太空探索史太空探索史第一节宇航员又称太空人宇航员,或称航天员,指以太空飞行为职业或进行过太空飞行的人。确定太空飞行的标准则没有完全统一。在美国,以旅行高度超过海拔80公里(50英里)的人被称为宇航员(astronaut)。国际航空联合会(FAI)定义的宇宙飞行则需超过100公里。到2004年4月18日为止,按照美国的定义共计440人,在太空里度过了一共27082个全体乘员天(crew-day,美国的定义),在太空中散步共享了98个全体乘员天。在国际航空联合会的定义下,只有434人符合资格。进入太空的宇航员来自至少32个国家。在香港及东南亚,航天员亦称太空人。想要成为宇航员,一定要有强健的体魄,以防晕船,良好的教育水平,以及分析和解决问题的能力。早期的宇航员都是从空军的飞行员或试验飞行员中挑选出来的。随着飞船的设计逐步改进对宇航员体格的要求亦相应地降低。现时,宇航员可分为驾驶员、任务专家和载荷专家;驾驶员的任务是驾驶飞船,而任务专家和载荷专家则负责一连串的研究和试验。基础训练的目的,首先是使宇航员候选人掌握并完成载人航天所必须的科学知识和技巧,其次是要进一步提高其体能和改善其心理品质。宇航员所必须接受的体能和心理训练:例如置身重力达10磅地球重力的离心机和长期处于绝音室的训练,其艰苦程度实在令人难以想象。首先,要有本科学习经历,需要接受科学、医药、工程学等领域的知识;其次,必须具备操作经验,尤其是担任试飞员的经验;第三,优秀的宇航员还善于帮助别人。”正在训练的美国宇航员第二节中国宇航员训练在北京西郊,有一座中国的宇航员培训基地,也是世界上第3座大规模的航天城。航天员的基本训练内容有:有关的理论知识,如天文、地理、地质、气象、大气物理、飞行力学、计算机、无线电导航、领航、火箭和航天器构造等;必要的医学常识和救护技术;体育训练项目有伏虎、秋千、游泳、滑水、冲浪、滑雪、爬山和绷床等。项目一:挑战晕眩航天城有最快1分钟转24圈的转椅。这四面封闭,一张类似牙科治疗椅的转椅不但可以做180度顺时针和逆时针的快速运转,而且可以同时上下前后摆动。转椅主要用于检查宇航候选者的前庭神经功能,以了解其对震动及眩晕的耐受能力。转椅一经启动就开始加速,最快时大约每2.5秒就要转一圈,那种眩晕的滋味非一般人所能承受。项目二:忍受“寂寞”空气必须被抽掉的低压舱训练中心还准备了适应太空生活的模拟舱,包括工作舱、休息舱和卫生舱三部分。三间舱都装有摄像设备,人的一举一动,包括入厕,都会被记录下来。当宇航员穿上特的航天服走进低压舱之后,舱内的空气就被抽掉,宇航员就此进入“太空”,在几天以至长达两三个月的试验中,宇航员要忍受孤寂的煎熬。舱内既没有电视也没有音响,就连一些摇摆幅度较大的运动也不可能。项目三:看星认路看星认路是救命绝招,天象仪室是训练中的最后一个关卡,当灯光熄灭后,一个极为绚丽的太空世界───太阳系的璀璨、银河系的广袤无不清晰地展现在眼前。恍惚中,“飞船”开始绕地球飞行,宇航员要在这识别他未来行走所要经过的路线,记清引导飞船入轨的一个个路标───那一颗颗看似相同但却有著千差万别的小星星。认路是为了防止飞船在航行过程中自动系统发生故障,如果出现故障,宇航员不得不用手动装置,那时就只能依靠自己重新回到地球上来了。项目四:心理品质训练通常进行表象训练、放松训练、心理访谈等。其目的在于:1．发展与强化航天员在极其严酷而复杂的太空环境中,完成航天任务所需的感觉、知觉、注意、表象、记忆、思维等心理品质。2．培养航天员勇敢、沉着、坚定、顽强的个性特征,使之在高度紧张、危险、意外的紧急关头,能消除过度紧张情绪,保持高度的心理稳定性。3．增强航天员心理上的承受力,即使在缺氧、减压、加速度的条件下,能经受意外冲击以及能应付环境突变的能力。4．进行思维敏捷性训练,提高应变思维能力。心理训练贯穿航天员训练的全过程,往往与其他训练项目交织在一起。如飞行训练、跳伞训练,在完成专业技能训练之外,克服紧张、焦虑、慌乱、恐惧情绪等达到心理训练的目的,也通过适当的文体活动转移注意,利用生物反馈方法进行自我放松训练,达到迅速消除疲劳和紧张情绪,保持和恢复正常精力。正在训练的中国宇航员航天员正在模拟太空舱训练冲击耐力试验航天员心肺功能测试第三节航天员训练50年演变美国国家航空航天局(简称美国航天局)1959年在其航天员训练计划纲要中写道:“航天员的首要作用是在自动系统发生故障时发挥应急功能,为系统可靠性作出贡献。”按这份纲要来看,最早一批美国航天员扮演的角色仅仅是在紧急关头摁动某个按钮。“航天第一人”、苏联航天员尤里·加加林当年也被要求在键盘上正确输入一个专用密码后,才能获准控制飞船。据说这一程序是为了检测人在太空航行中是否保持神智清醒。半个世纪过去,航天员培训内容越来越丰富,航天员早已不仅仅是驾驶员,除了“发挥应急功能”,他们需要主动操控很多复杂的任务。在最早期的航天飞行中,航天员作用有限,因为没有人知道进入太空后会发生什么。但为了确保“前无古人”的航天飞行万无一失,苏联或美国当初层层选拔出来的第一批航天员经历了全面培训和磨练。苏联“东方”号载人飞船计划培训的第一批航天员包括加加林在内共21人,美国为“水星”号飞船计划挑选了7个人。“对双方而言,在把第一个人送入太空前,面对的都是未知因素,”英国出生的航天员皮尔斯·塞勒斯说,“所以他们尽量让(培训)涵盖所有内容,但双方的出发点略有不同。”当时的苏联和美国,第一批航天员都从国内最优秀的飞行员中选拔。在苏联人看来,航天飞行可能意味着需要应对各种极端环境。随着计算机技术应用的普及,航天员的训练形式也发生了变化。航天员塞勒斯说,今天的航天员训练很大程度上依赖于虚拟技术,尤其是“太空漫步”这类任务,虚拟技术已经成为一种例行程序,机器人技术也运用得越来越多。“从第一次飞行到现在,(训练)任务已经发生改变。我们不只是驾驶一架飞船绕着地球飞,我们现在用的飞船非常复杂,有很多系统需要操控,”塞勒斯说。航天飞机的问世对驾驶员提出了更高要求。“它发射时像火箭一样,绕轨道飞行时像太空船,着陆时则像一架非常复杂的滑翔机,所以有很多东西需要掌握。”创下连续太空旅行最长时间女性纪录的苏尼·威廉斯说,如今的航天培训不仅仅注重让航天员做好上天准备,也强调如何在越来越长的“飞天”过程中保持良好状态。约翰逊航天中心北京航天城星城StarCity第四节走出地球的宇航员在人类的航天史上,很多宇航员做出了卓越的贡献。他们在太空中留下了人类的足迹,为人类的航空事业立下了座座丰碑,他们是人类的骄傲。或许有一天,我们都可以像他们一样遨游太空。1961年4月12日莫斯科时间上午9时7分,在拜科努尔飞船发射场,一枚有6个发动机的重型火箭顶端连着一个直径为2.3米的球形容器“东方”1号。这里坐看世界上第一位宇航员——前苏联空军少校尤里·加加林。月球作为离地球距离最近的一个天体,人类一直没有停止对月球的探索,美国的詹姆斯·A·洛弗尔、弗兰科·波尔曼、威勒姆·A·安德尔斯是首次到达月球区域的宇航员。他们乘坐“阿波罗”8号飞船,在1968年12月21~27日,围绕月球飞了10圈。宇宙飞船中的加加林尤里·加加林“阿波罗”8号组员美国的杰瑞·L·罗斯是一位老宇航员,他的飞行次数累计达到了7次,是世界上飞天次数最多的宇航员。他于1980年5月被进入,成为美国航空航天局的一名宇航员。之前他先后飞过21种不同类型的飞机,累计飞行时间超过3800小时。前苏联的格尔曼·斯捷潘诺维寺·李托夫,在他首次进入太空执行任务时才25岁,是世界上最年轻的宇航员。最年长的宇航员是美国的约翰·H·格林,在他已经77岁高龄的时候,还执行了9天的飞行任务。杰瑞·L·罗斯格尔曼·斯捷潘诺维寺·李托夫约翰·H·格林(中)2003年10月15日,“神舟”五号带着中国首位宇航员杨利伟升空,完成了中国第一次载人航天飞行,使中国成为第三个拥有载人航天技术的国家。杨利伟费俊龙聂海胜神九航员刘洋(左)景海鹏(中)刘旺(右)第五节宇航舱里的生活为了保证宇航员在太空中的营养、太空食品要经过特殊的设计。在失重情况下,食物在合用过程中不能产生碎屑,因为这些碎屑会漂浮在舱内,污染舱内环境。所以早期人们发明了“牙膏式”食品,可以将糊状的食物挤入口中。现代的太空食品种类很多,有复水食品、天然食品、热稳定食品等。宇航员正在用餐睡觉,这件看似简单的事情,到了太空上也是要经过特别设计的。现代的载人航天器中,有睡袋、睡铺或者睡眠间。没有了地心引力,宇航员在睡眠过程中就没有了躺在床上的感觉。飘忽不定,使宇航员的睡眠很不踏实。睡袋有特殊的束缚装置,可以将宇航员的身体、头部与支撑垫和枕头贴紧,让宇航员有类似于在地球上睡觉的感觉。宇航员正在睡觉宇航员在舱内工作,就不需要穿着专门的宇航服了。在太空站中搬运物体也是宇航员工作的一部分,这个工作要比在地球上容易得多。因为物体到了太空中都不再具有原来的重量了。再大的物体,都是轻飘飘的,轻轻一拿就可以“搬”走了。飘浮着的宇航员习惯了地球环境的人类,到了太空之后身体的各种功能和机能都会受到影响,所以宇航员到了太空中也要坚持锻炼。拉力器、功率自行车和跑步器是非常有效的锻炼器材。这些器材帮助宇航员平衡全身的体液循环,防止在失重状态下腿部肌肉的损失。在跑步机上锻炼的宇航员第六节宇航员的太空行走人类已经乘坐各种航天器在太空中飞行了,看到太空中的神奇景色,人类想迈出自己的脚步去走一走。于是,当人类的航天技术发展到一定阶段,能够给字航员提供必要的保护时,宇航员就走出航天器的舱门,实现了人类的太空行走。太空行走是指宇航员离开载人航天器的乘员舱,只身进入太空的出舱活动。太空行走是载人航天的一项关键技术,是载人航天工程在轨道上安装大型设备、进行科学实验、施放卫星、检查和维修航天器的重要手段。要实现太空行走这一目标,需要诸多的特殊技术保障。美国航天史上第一位出舱活动的宇航员,是爱德华·H·怀特。他曾经是一名试飞员,在1962年9月被挑选成为一名宇航员。1965年6月3~7日,他乘坐“双子星座”4号飞船进入太空,在舱外工作了21分钟,用喷气枪进行了移动试验,成为实现美国太空行走的第一人。1965年3月18日,勇敢的前苏联宇航员阿列克谢·阿尔希波维奇·列昂诺夫走出了航天器。他在太空中度过了大约24分钟,其中有几次离开飞船距离达到5米,完成了人类首次出舱活动任务。为此,国际航空联合会将“宇宙”金质奖章授予列昂诺夫,还用他的名字命名了月球背面的一座环形山。2008年9月27日,“神舟”七号航天员翟志刚成功进行了一次太空行走,这标志着中国历史上第一次太空行走成功完成。当中国航天员翟志刚完成出舱活动后顺利返回“神舟”七号飞船轨道,中国载人航天工程取得了又一具有里程碑意义的重大技术突破。中国也随之成为距1965年前苏联航天员列昂诺夫第一次太空行走43年来,世界上第三个掌握空间出舱活动技术的国家。中国漫步太空第一人翟志刚出舱成功