书城工业向太空进军(征服太空之路丛书)
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第20章 升空的准备和有趣的太空生活(4)

人的生活离不开水,暂时缺水,会到处污秽不堪;没有水,人类就不能生存。在太空飞行,每人每天大约需要消耗18.5升水,如果6名宇航员在太空飞行7天,则总共需要7770升水。要把这么多的水运往天上,花费是非常大的。因此,对长期多人航天来说,除数量极少的饮用水从地面上运送外,还需开辟其他水源。其办法之一是人工造水,目前的办法是使用一举两得的燃料电池。燃料电池是利用氢氧反应产生电的化学电池,氢和氧在催化剂作用下生成水。这种水先经过冷却器冷却到18℃~24℃,然后进入银离子消毒器净化处理,再送入贮水箱。美国航天飞机上有3个燃料电池,每小时可产生6.8升水,每天160升,可供6名宇航员使用。

另一个办法是回收和再生水。尿和洗澡用水是回收水的主要来源。每人每天约排泄1.6升尿,其中96%是水。目前常用蒸馏法再生水,就是将废水首先送入过滤器进行沉渣处理,然后在蒸馏器蒸馏,进一步去掉固体和有毒物质,再经过杀菌消毒处理,经化验合格后,放入贮水箱中以备使用。

在太空飞行,除了个人卫生外,封闭舱的环境卫生也非常重要,在狭小封闭的座舱中,甚至比地面上更重要。保持环境卫生,除了空气的自动净化外,密封座舱要经常打扫。保持环境卫生最困难的是垃圾处理。对短期航天来说,把垃圾收集起来带回地面即可;对多人的长期航天来说,如果不处理垃圾,小小的密封座舱很快就会变成垃圾箱。处理的办法目前有两种,一是将垃圾压实成块,像发射炮弹一样从航天器上发射出去。可是不是像发射卫星那样向上发射,而是向下发射,让其进入大气层中烧毁。这种“发射法”的优点是及时,不增加航天器的重量负担,而且可以防止垃圾腐烂发臭,滋生霉菌,污染空气,但需要添置必要的设备。另一种方法是将垃圾积存起来带回地面处理,苏联的“礼炮”号和“和平”号航天站就采用这种办法。“进步”号货运飞船的每次飞行,都要带回1000多千克垃圾。这种方法要支付一定的空间运输费用,而且要解决垃圾存放时的防腐、防霉和污染环境等问题。

太空中体育锻炼的进行

太空体育活动与地面上的体育活动有许多不同。首先,它有特别强的针对性。在地面上开展体育活动,其出发点自然是增强体质,但有时也是为了比赛或表演。当然,比赛和表演的目的也在于推动体育活动的广泛开展,以达到增强人民体质的目的。可是,这多少是拐了点弯儿。太空中的体育锻炼则不然,它有非常明显的针对性。

长期待在航天器飞行的失重环境中,人体的各个部分,包括骨骼和肌肉等,由于“用进废退”规律在起作用,无用武之地的肌肉会萎缩,人的体重会减轻,骨骼会丧失钙质,还会产生其他一些体质变化。这是人体对失重环境的一种自然适应(要是一直待在失重环境中,这不会成为什么问题。但在目前,人还不能总是生活在失重环境中)。进入太空的人总是要返回地面的。一旦返回地面,体质的这些变化就会成为一种病症。长期太空飞行的宇航员返回地面时要用担架抬下航天器,就是为了避免突然在地球重力作用下行走使缺钙变脆的骨骼碎裂或折断。有的宇航员在返回地面时,不能立即站立和行走,就是因为肌肉萎缩而无力反抗地球重力的缘故。苏联一名宇航员在太空飞行6个月后返回地面时,家人给他献了一束菖蒲花,他竟然无力拿起这束鲜花。

在太空进行体育锻炼,是对抗这种肌体病变的有力措施。苏联宇航员柳明,在完成175天的太空飞行之后不到8个月,接着又进行为期185天的太空飞行,由于他坚持体育锻炼,返回地面后,体重增加了4.5千克。在太空飞行326天的苏联宇航员罗曼年科,依照专家制定的体育锻炼程序,每日坚持锻炼,使脉搏经常稳定在每分钟62次,血压保持为10~16.6千帕(75~125毫米汞柱)。返回地面时,体重仅减轻1.6千克,骨组织的光学密度虽下降了5%,小腿肌肉体积缩小15%,但都保持在规定的范围内。其他生理指标也一样。所以在返回地球后,他3小时便能自主地活动,第二天就和妻子一道散步。这比他10年前完成96天太空飞行归来的情况要好。可见,在太空中锻炼是十分重要的。

其次,在失重环境中进行体育锻炼是一件很困难的事。由于场地等限制,地面上的许多体育项目,在封闭舱中是无法进行的,如游泳、滑雪、滑冰、越野、爬山、球类等等。由于失重,地面上另外许多体育锻炼项目,如铅球、铁饼之类,可以不费吹灰之力推出很远很远,但达不到锻炼身体的目的。举重也一样,脚踩地面,手举杠铃,稍一用力,人和杠铃会一起飞走。即使将脚固定在地板上,人不飘浮了,但举起500千克重的杠铃也只是伸伸胳臂而已,与做操无异。大家可能见过一个人在另一个人的一只手指上倒立的太空生活照片,似乎那只手指力顶千斤,但那只是渲染气氛而已,其实倒立的人的重量为零。诸如此类,不费力气,当然达不到锻炼筋骨的目的。还有单杠、双杠、吊环、跳马,恐怕人人都会身轻如燕,生龙活虎般地进行一番,但最多也只能算是徒手动作表演而已。这大概是失重对体育活动的浓缩吧!

那么,目前在太空中,宇航员可以进行哪些体育锻炼项目呢?

其一是踩“自行车练功器”。自行车的车架是固定不动的,只有车轮可以转动。为了不使锻炼者的身体飘浮,需用安全带固定起来,然后双脚克服弹性带的弹力蹬动车轮,数字记功仪表通过传感器所做的功记录并显示出来。美国“天空实验室”和苏联“礼炮”号航天站上的宇航员每次踩自行车练功器做的功不得少于4~4.5千克力(44.1牛)。

其二是在“微型跑道”上跑步。所谓“微型跑道”,只是一个皮带式的滚道。名为跑步,其实身体的直线位置是不变的,人站在滚道上,为了跟进滚动的滚道,需要克服50千克力(490牛)左右的皮带的拉力。这是模拟人在地面上的体重。人在地面上跑步,正是骨骼——肌肉系统克服地心对人体的引力而达到锻炼的目的。在“微型跑道”上跑步,皮带拉力造成的负荷,可以使骨骼——肌肉系统得到锻炼。美苏都规定,每次在“微型跑道”上跑步的距离应达到3000~4000米。苏联宇航员罗曼年科在11个月的太空飞行中共跑了1000多千米。

其三是拉“弹簧拉力器”。大家知道,弹簧的拉力是与重力无关的力。因此,在失重环境中拉“弹簧拉力器”仍然需要用力气。太空中用的弹簧拉力器与地面上用的相同,一般有5根弹簧,每拉长0.3米要用11千克力(107.8牛)的力。

另外,体操也是太空体育锻炼的一个主要项目。在载人航天初期,飞行时间短,座舱中没有配备体育锻炼器材,体操几乎是唯一的体育锻炼活动。苏联早期的“联盟”号飞船宇航员,每昼夜做两次体操,每次30分钟。随着航天时间的延长,每次体操的时间也延长到60分钟。

还有一种“准”体育器材,就是“负压裤子”。这种裤子可以密封,穿上后将里面的空气抽掉,造成下身负压,使在失重环境中往上涌的血液流向下肢,以避免真空状态下容易造成的下身病变。

太空中的体育锻炼要求是很严格的,因而也是十分艰苦的。各国宇航局都对太空宇航员的体育锻炼时间有明确的规定,地面指挥中心通过遥测系统对宇航员的体育锻炼情况进行监督和监测。

地面指挥中心不仅对宇航员的体育活动进行监督,而且对宇航员的整个身体健康状况进行监测。如地面指挥中心通过遥测系统可以监测座舱环境参数和宇航员的生理生化指标,通过电话询问和电视观察了解宇航员的自我感觉和神态表现。

飞船座舱里还设有测量心电图、血压、心音、心震、脉搏、体温、皮肤电阻、呼吸和分析语言的传感器,还有睡眠分析器,地面指挥中心可随时得到有关数据。另外,自行车功量计上的数据可以反映宇航员的新陈代谢机能,下身负压装置上的数据可以评估心血管的调节功能。地面医生分析所有数据后对宇航员的功能状况作出“正常”“过度”“危险”的判断,从而调整宇航员的作息时间和作出驻留久暂的决策。

1969年,美国“阿波罗”飞船在登月飞行过程中,地面指挥中心的医务监护人员,通过各种先进的遥测手段收集宇航员的生理生化指标并加以询问、观察,发现宇航员有鼻炎、胃炎、肠炎、流感、呼吸刺激、胃部不适和恶心呕吐等多种病症,及时通知宇航员采取既定的医疗措施,成功地进行了遥控治疗,保护了宇航员的工作能力和身体健康,保证了登月任务的胜利完成。

宇航员在太空中欢度新年

当人们在地球全家欢度新年的时刻,在那浩瀚的天空,宇航员也需和人们一样要享受节日的乐趣。

世界上第一批在太空过新年的人是美国的宇航员卡尔·波格和吉布森,他们是1973年11月16日随美国的“天空实验室”第三次发射进入太空的。直到1974年2月8日才返回,共在太空逗留了84天。这期间恰逢感恩节、圣诞节和新年。节日里他们除选择了美味的牛排、鸡和肉汁等天厨佳肴进行丰盛的会餐外,在新年这一天,卡尔和吉布森还进行了一项有意义的舱外活动,观测了科霍特彗星的运动,开创了人类在太空过工作新年的先例。

非常有趣的是,在太空新年的这一天,宇航员有十几次迎接新年。1977年12月20日进入“礼炮”6号空间站的苏联宇航员罗曼年科和格列奇科,当他们于12月31日在太空迎接新年的时候,他们在一昼夜里16次迎接新年,首先是和本国的堪察加人、西伯利亚人、中亚各共和国居民、乌拉尔居民、莫斯科人和苏联欧洲部分的居民迎新年,后来又和保加利亚、波兰、匈牙利等国和西欧各国居民迎新年,然后又和北美洲及南美洲的居民一起迎新年。迎新年机会如此多,使宇航员们心神不安,不知和哪些居民迎新年最合适,为了“不分散精力”和“不脱离工作太久”,经请示地面控制中心,乘员组决定按莫斯科时间只庆祝一次新年。按照这一计划,除夕之夜宇航员们在“蓝色星火”节目中与亿万电视观众见了面,按传统举杯祝大家“新年好”,并祝地球上的人诸事如意,喝了一口刺五加酒,然后吃节日晚餐,给新年增添了特别的喜庆气氛。

为何在太空会有如此多的迎新年机会呢?这是因为在太空飞行时的昼夜周期和地球上的昼夜周期是不相同的,太空上的昼夜周期是同航天器的轨道高度有关,高轨道昼夜周期长,低轨道昼夜周期短。载人航天器轨道是近地轨道,近地点约200千米左右,远地点约700千米左右,绕地球飞行一周约90分钟,即太空轨道飞行时的一昼夜约90分钟,那么相当地球一昼夜的24小时,就有16个昼夜变化,因此在太空就有16次迎新年的机会。

除了在太空迎新年外,宇航员还多次在太空度过了许多有趣的节日。例如,1985年11月28日,“阿特兰蒂斯”号航天飞机的机组人员,曾在太空欢度感恩节,他们的节日食品包括清炖鸡汤、熏火鸡、红莓酱、青豆、玉米、面条等,十分丰盛。未来的载人飞行中,随着载人时间越长,将会有更多的人享受在太空度过新年的乐趣。

人们都有自己的生日,你想过在太空中过生日吗?2005年10月12日,中国的“神舟”六号载人飞船成功发射。10月13日,航天员聂海胜在“神舟”六号飞船上度过了自己的41岁生日。这是中国首位在太空中过生日的航天员。