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第41章 空间技术(8)

应急训练。自航天员在起飞前进入航天器内至航天员返回地面出舱为止,在飞行准备阶段和各个飞行阶段,都存在由于航天器故障、航天员疾病、操作错误、太空环境等因素造成意外事件出现危及航天员生命安全的紧急情况的可能性。为了保障航天员安全,航天器在设计上都考虑了对意外事件的应对方案和措施,有很多措施是自动实施的,也有相当一部分措施需要通过航天员的判断、操作来实施。为此,需要对航天员进行应对意外事件的训练,即应急训练。

生活训练。生活训练的内容包含太空中日常生活的各个方面,如穿用各种服装、航天食品的准备、厨房设备的使用、进餐、饮料的配置和饮用、供水系统的使用、睡眠设备的使用、清洁工具的使用、卫生洁具的使用、日常消耗品(如氢氧化锂罐)的更换和设备维修、生活工具和锻炼设备的使用、洗漱用具的使用、各种不同性质的垃圾处理、各种专用器械和设备的使用等。

飞行员在空中如何知道自己所在的高度

尽管飞机飞得很高,但飞行员仍能清楚地知道自己飞行在什么高度上。其中的奥秘就在于飞机装置了高度表。飞机上配备的测量高度的仪器有两种,一种是压力高度表,一种是无线电高度表。压力高度表有一个圆圆的表盘装置在驾驶舱中,表盘上刻有指示高度的刻度,还有能够摆动的指针,指针随着飞机的高度变化而摆动。在压力高度表中,有一个用薄膜做的膜盒,飞机在不同高度飞行,大气压力也会随之发生改变,这个膜盒能准确地根据外界压力的变化而膨胀或收缩,并带动指针摆动,直接指示飞机所在的高度。在飞机驾驶舱里,还装置着另外一种测量高度的仪表,就是无线电高度表。它根据飞机发射和接收无线电波的时间,自动测算出飞机的高度。这两种仪表往往同时装置在同一架飞机上,所以飞行员对飞行高度能够一目了然。

人在太空中怎样才能生存

1961年4月12日,苏联宇航员加加林在太空逗留了108分钟,开辟了人类航天史上的新纪元。如今,已有20多个国家的200多名宇航员曾在太空逗留,其中包括中国宇航员杨利伟、费俊龙、聂海胜。

太空环境与地面环境截然不同,宇航员要在太空生存,必须消除空气压力变化对人体血液的影响。在太空中,空气压力下降,人体内的氧气、氮气会变成气泡。这些气泡进入肺内血管中,容易出现呼吸困难的现象;这些气泡进入心脏,会使血液循环中断;大脑和脊髓周围出现气泡,会出现各种神经方面的症状。上述这些都可能使宇航员发生严重休克甚至死亡。解决这个问题的办法有:首先,采用加压密封舱,使舱内产生合适的空气压力;在起飞前,宇航员进入氧气舱,使体内的氮气全部换成氧气。其次,要减少太空中各种射线的威胁。在太空中,各种宇宙射线对人体构成了直接的伤害。为了保护宇航员,使其免受各种宇宙射线的侵害,人们采取了各种措施,如,加厚航天器的外壁厚度;对航天器的飞行路线和飞行时间进行调整,尽量避开强辐射区和太阳活动期;在航天器周围制造一圈电场或磁场以加强对宇航员的保护;让宇航员服用化学药物以消解各种辐射的危害。第三,要解决好宇航员的食品和饮料问题。在长期的太空飞行中,食物对个人情绪影响很大。宇航员的太空食品和饮料须经特殊设计。许多太空食品经过冷冻和脱水处理,保质期在4年左右。宇航员食用时,先用水化开,然后用管吸食。

航天员在太空中如何用水

航天员在太空生活对水的需求量很大,根据航天器飞行时间的长短、航天器工作方式的不同,设计了多种水供应方式,在各种航天器上使用,以满足航天员生命保障的要求。消耗式水供应。短期载人航天器水的储备按每人每天25千克考虑(只考虑饮用水),采用贮水器供水,产生的废水不考虑重复使用,为纯消耗式。航天飞机使用的电源是燃料电池,即利用氢和氧反应产生的热能发电,反应的副产品是水,供航天员消耗。

再生式水供应。长期载人航天器除考虑饮用水外,还要考虑卫生用水,每人每天按5千克配置。由于需求量太大(7位航天员1年需水13 000千克),不能依靠地面供应,必须重复使用。废水(卫生用水、人和试验动物尿液、汁液和呼吸形成的冷凝水)处理后再生为饮用水。呼吸和汗液构成空气中的湿气,冷凝后形成比较纯净的冷凝水。尿液的处理采用蒸馏净化方法,即通过蒸发与冷凝两个过程,取得纯净水。其他废水的处理经过3步:第1步是将颗粒等杂质以过滤方式去除;第2步是通过多层过滤去除有机物和无机物杂质,最后经过催化氧化反应器,去除挥发性有机化合物,并杀死细菌和病毒。经过这种处理后,废水就成为非常纯净的饮用水。现有技术已能使冷凝废水、卫生废水、尿液废水的水回收率分别达到100%、95%、90%左右,大大减少了地面供应量。考虑到人的心理承受因素,从尿液中提取的水目前只作为卫生用水使用,或用于产生氧气。

航天员在太空中如何饮食

天地往返载人航天器一般携带3类食品:日常食品,航天员在飞行中每天正常就餐所食用的食品;储备食品,也称应急食品,在因特殊情况或出现故障需要延长飞行时间时航天员食用的食品;救生食品,航天员返回未能在预定地点着陆,在等待救援期间食用的食品。

生物学的要求。生物学要求食品要安全和具有营养,容易消化和吸收。安全性是设计航天食品时首先考虑的因素。例如,人们在地面进食时,撒上一点盐和胡椒粉是很正常的事。然而在太空失重环境中这样做,盐和胡椒粉就会飘逸开来,有堵塞通气口的危险,或者会污染设备,甚至会进入航天员的眼睛、口腔、鼻子内,对航天员健康构成威胁。又如,航天食品内若含有较多流动的汤汁,则很可能在进食时四处飞溅,污染、腐蚀舱内仪器、仪表和各种部件,不利于飞行安全。食品每天能为每位航天员提供2 800大卡热量,并且在营养成分上要保持一定的平衡,蛋白质占16%~17%,脂肪占30%~32%,碳水化合物占50%~54%。

载人航天初期与中期饮食有何异同

载人航天初期,专家们担心在失重条件下,食物不易下咽,会堆积在咽喉,进入身体后不易流动。因此,食品为高度浓缩、能吸食的流食,进入肠胃后能很快被吸收。又考虑到盛放废弃物和排泄物的空间十分有限,食品产生的残渣要少。食品被制成如牙膏状的包装,以挤食方式食用。还有一种固态食品,即一口一个的小方块状高密度压缩食品,一口一个是为了避免咬断过程中产生碎屑,飘浮在舱内,影响航天员健康和设备的正常工作。还有的装在有弹簧的小瓶中(如巧克力糖),借助弹簧力将其弹入口中。第1位在太空进餐的人是美国航天员格林,他吃的第1餐是包装在铝软管中的苹果沙司,软管有接管嘴,可以直接将沙司挤入口中。糊状食品质量不高,都是菜泥、肉菜混合泥和果酱之类,航天员食之无味,且营养不足,有头晕感,航天员们讨厌挤牙膏似的进食方式。

中期,航天员第1次使用餐具进餐是在1968年12月的“阿波罗8号”飞船飞行中,在此之前,航天员进餐和喝饮料都是用手和吸管。在1973年和1974年天空实验室任务期间,航天食品和进餐方式又有了很多改进。由于天空实验室有较大的容积,就有了餐桌,餐桌上有食品托盘。航天员将腿束缚住,像在地面吃饭时一样,每个人都就座进餐。食品托盘不仅仅是用来盛放食物,还可以对食物加温。托盘上8个固定食物的位置,有3个是可以加温的,可以将食物加温到66℃。天空实验室的所有食品都是罐装食品,罐是由铝制作的。需要加温的食品都有一层薄膜包裹着,防IE开启时溢出。饮料呈粉状,其包装可以折叠,当充入冷、热水后,就成为液体饮料。

现代航天饮食主要有哪些类别

现代航天食品约有100种,主要有:复水食品(即脱水食品)、热稳定食品、中等湿度食品(保持15%~30%的湿度)、辐照食品、天然食品,还有辛辣调味品、饮料、新鲜水果和蔬菜等。

复水食品。减少质量和长期保存的一种办法是脱水,制成复水食品,在进食前必须再向食品注入水,否则,食品硬得像一块“石头”。每个复水食品的包装上都有标签注明需要的注水量和浸透时间。这种食品主要有汤(如清炖鸡肉汤和蘑菇奶酪)、沙锅菜(如通心面、奶酪、鸡肉米饭)、开胃食品(如鸡尾酒、虾)、早餐食品(如煎鸡蛋、谷类食物)。

天然食品。坚果、小点心等天然食品,它们都是即食食品,包装在柔性小袋内,在进食前不需要进行处理。失重环境常常使航天员的味觉下降,对食品有乏味感。为此,准备了许多辛辣调味品,例如调味番茄酱、芥末、蛋黄酱、酱油、辣沙司、液体盐、液体胡椒(胡椒粉溶解在油内,盐溶解在水内,形成调味汁,以免飘浮的胡椒粉或盐粒造成危险)。航天员可以用容器上的聚乙烯小管控制盐、胡椒和辣椒的用量。热稳定食品。热稳定食品的预先加热是为了破坏对人体有害的微生物和酶。热稳定食品盛装在铝制或双金属制的罐、塑料杯和柔性小袋内。多数的肉和鱼(如大马哈鱼)装在罐内加温,这种罐的盖子是“易拉式”的,一拉整个盖都掀起。布丁盛在一个塑性杯子里封装在柔性袋内。大多数主菜封装在柔性袋内,如牛肉蘑菇、西红柿茄子、鸡翅、火腿。加温后,用剪刀开启包装袋,然后使用传统的餐具进食。

日常食品。日常食品按贮藏方式有冷冻、冷藏和常温食品。冷冻食品包括了大多数的主菜、蔬菜和餐后甜点;冷藏食品包括新鲜的和经保鲜处理的水果和蔬菜、乳制品。常温食品包括加热食品、防腐食品和复水饮料。日常食品的包装是按照单个供应、容易处理的原则设计的,便于航天员在飞行中改变预先选择的菜单。

饮料。现代的航天饮料约有50种,所有饮料都包装在有吸管的袋中。饮料袋子内装入饮料粉,注水后,就可以通过吸管饮用。在吸管中部有一个封闭装置,防止饮料溢出。主要饮料种类是:水果饮料(苹果、葡萄、樱桃、香草、柠檬、芒果、菠萝、桃、杏、草莓)、茶、咖啡。

人类在载人登月之前进行了哪些飞行试验

美国在载人登月之前,进行了10次“阿波罗号”飞行试验。这些飞行试验为人类第1次成功登月,奠定了坚实的基础。

不载人飞行试验。“阿波罗1号”于1966年2月26日发射,进行不载人的亚轨道飞行试验,主要是验证指令舱返回时重入大气层防热设计的正确性。“阿波罗2号”于1966年7月5日发射,进入近地轨道,不载人,主要是验证“土星5号”第3级发动机再次启动的性能。“阿波罗3号”于1966年8月25日发射,作不载人的亚轨道飞行,仍然是验证指令舱重入大气层的防热设计。“阿波罗4号”于1967年11月9日发射,使用完整的“土星5号”运载火箭发射,不载人进入地球轨道,主要试验目的是检验“土星5号”火箭的各级工作性能和分离设计,并继续验证指令舱防热设计。“阿波罗5号”于1968年1月22日升空,不载人进入地球轨道,主要试验目的是检验登月舱的结构和推进系统的性能。“阿波罗6号”于1968年4月4日升空,作不载人地球轨道飞行试验,主要是检验飞船和运载火箭设计的正确性和协调性,继续验证指令舱重返大气层的防热设计。

登月轨道与程序载人飞行试验。“阿波罗7号”飞船作第1次载人飞行试验。它的任务是在地球轨道上检测阿波罗号飞船指令舱与服务舱的功能、飞往月球前的飞行程序以及电视传输等,它没有携带登月舱。“阿波罗7号”飞船由“土星1B”两级运载火箭于1968年10月11日发射升空,在与第2级分离并达到一定距离后,航天员人工控制,将飞船调过头来,与在第2级火箭的顶端安装的一个登月舱模拟接口试验交会。在飞行中,指令舱—服务舱组合体一直与火箭保持23米的距离。一共进行了两次交会。在飞行中,进行了电视转播试验。

环绕月球轨道载人飞行试验。“阿波罗8号”是“阿波罗计划”中第1艘完成绕月球飞行的飞船,这次飞行的主要任务是验证往返月球的飞行轨道和飞行程序。由于登月舱未能按计划完成,此次飞行只有指令舱和服务舱。1968年12月21日“阿波罗8号”由“土星5号”运载火箭发射,555小时后进入月球引力范围。在飞离地球轨道66小时17分钟后,“阿波罗8号”飞船进入月球背向地球的一面,与地面联系中断。“阿波罗8号”绕月飞行中,近月点距月面84千米,远月点为230千米。在这次飞行中,“阿波罗8号”航天员们拍摄了大量月面图片和录像资料,这为确定第1次登月地点提供了重要依据。“阿波罗8号”绕月飞行10圈后返回地球,12月27日进入地球大气层,溅落在太平洋上。

“阿波罗9号”飞船。“阿波罗9号”飞船进行了登月飞行全部程序的考核,考核是在地球轨道上进行的,1969年3月3日,“阿波罗9号”飞船与“土星5号”火箭的第3级在发射后11分钟进入环绕地球轨道。指令舱—服务舱组合体与火箭分离,飞船调头180度,与安放在火箭顶部的登月舱对接,然后整个飞船与火箭分离。一名航天员从登月舱出舱活动,另一名航天员从指令舱出舱活动,航天员均身着登月航天服,检验登月航天服和便携式生命保障系统的性能,并验证了如果发生登月舱自月面返回与指令舱对接失败的故障,航天员通过出舱活动返回到指令舱内是可行的。之后,2名航天员进入登月舱,登月舱与飞船分离,下降至距指令舱235千米的高度上,将着陆级抛弃,上升级点火上升,并实现与指令舱对接。所有飞行试验历时10天。

最后登月载人飞行演练。“阿波罗10号”的飞行任务,是按真实载人登月轨道和飞行程序,完整地检验除在月面上着陆和月面工作之外的所有登月程序,为第1次载人登月任务作充分准备。“阿波罗10号”于1969年5月18日发射,5月21日飞船进入环绕月球飞行轨道,两名航天员进入登月舱,登月舱与指令舱分离。登月舱两次以141千米的高度飞越“阿波罗11号”登月舱准备着陆的梅尔静海地区后,航天员启动上升级,抛弃着陆级,两名航天员乘坐上升级返回到指令舱,上升级分离,5月24日,“阿波罗10号”登上返乡之路,5月26日中午溅落在太平洋。

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