书城童书太空宇航知识篇(二)
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第9章 衣食住行在太空(4)

在太空进行体育锻炼,是对抗这种病变的有力措施。前苏联宇航员柳明,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天的前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,使脉膊经常稳定在每分钟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,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。

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500千克重的杠铃也不过是伸伸胳臂而已,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,但那不过是渲染气氛而已,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体操而已。这大概是失重对体育活动的浓缩吧!

那么,目前在太空有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”和前苏联“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4万到4.5万千克力米(392~441千牛米)。

其二是在“微型跑道”上跑步。所谓“微型跑道”,只不过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,可以使骨骼一肌肉系统得到锻炼。美苏都规定,每次在“微型跑道”上跑步的距离应达到3000~4000米。前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,一般有五根弹簧,每拉长0.3米要用11千克力(107.8牛)的力。

此外,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。前苏联早期的“联盟”号飞船宇航员,每昼夜作两次体操,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印分钟。

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,以避免下身病变。

纵观上述太空体育活动,与襁褓中的婴儿一样,只是原地伸伸胳膊动动腿而已。而负压裤子恰似真正的襁褓,连手脚都不用动了。但是,太空中的体育锻炼要求是很严格的,因而也是十分艰苦的。美国“天空实验室”上的宇航员,每昼夜需进行三次体育锻炼,每次的时间分别为30、60、90分钟。前苏联“礼饱”号航天站上的宇航员,每昼夜也是三次体育锻炼,其中两次各75分钟,一次30分钟。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督和监测。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、脉膊、体温、皮肤电阻、呼吸和分析语言的传感器,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和询问、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。

1987年2月8日,前苏联宇航员拉韦金和罗曼年科乘“联盟皿—2”号飞船进入“和平”号航天站,按计划两人同时在太空飞行一年时间,但拉韦金不幸中途生病,地面指挥中心决定让他在7月30日提前返回。另一名宇航员罗曼年科,由于感觉疲劳,地面指挥中心不断地减少他的工作时间,由开始的每天8.5小时,逐渐减少为6.5、5.5、4.5小时,直至最后停止一切工作,使他创造了在太空飞行326天的纪录。

齐奥尔科夫斯基说,地球是人类的摇篮,那么,刚刚离开地球而步人太空的宇航员,就是刚刚走出摇篮的幼童了。上述情况正好说明了这一点,进入太空的宇航员,处处需要地球上“母亲”的照料。

太空婴儿何时诞生

人类在太空生儿育女,面临着许多新问题。首先,太空失重环境对人体机能影响较大,人在失重环境中,身体没有重量,肌肉负荷减轻,血液的流体静压几乎为零,会出现头晕、无力、空间骨质脱钙等现象,其中最严重的足骨质连续脱钙,月脱率为全身总钙量的0.5%。大量脱钙的后果,将会对母体内胎儿骨骼的形成产生不利影响。为防止宇航员脱钙,研究人员采取了许多措施;一方面适当地增加太空食品中钙的含量,保持体内的钙量的平衡;另一方面进行必须的体育锻炼,在航天器中备有诸如“自行车记功器”、“微型跑道”、“弹性拉力器”等奇特而适合太空锻炼的体育器材,规定每天锻炼的时间不得少于2个小时,以帮助他们有效地对付失重,保持强壮的身体。这些方法对胎儿骨骼的形成是否有效,尚待进一步证明。

其次,人类生育是“十月怀胎”,在失重环境下也不能违背这一自然规律。这也就是说,人类要能在太空中生儿育女,必须在太空中能生活十个月以上。

第三,长期航天飞行,远离故土,久别人间,宇航员会产生抑制不住的孤独感、恐怖感。这被称作空间飞行的心理障碍,直接影响宇航人员的健康。在载人航天过程中,为驱除这种心理障碍,目前虽然采取了双向电视不时家人会面、通信,增设文娱设施、播放录像资料片,增添生活乐趣、增加宇航人员;在舱内种植地球植物、模拟生态环境等方法。但不少女宇航员一听到太空长期飞行,就本能地产生恐惧心理,这无疑会对妊娠中“宇宙婴儿”产生不良影响。

第四,在空间轨道站失重环境下接生和母子饮食问题,也是需周密考虑的,要设计出适合于太空接生的一整套卫生设备和手术设施。据报道,目前已设计出一种太空手术台,这种太空手术台是否可用于太空接生尚不知晓。目前宇航人员在太空的食物严格按着三个标准制作,一是易消化;二是要在37.7℃温度下放置6个月而不变质腐烂;三是可口,必须引起宇航员的食欲。但这只能保证宇航员的营养,宇航员吃得是否惬意另当别论。那些经过脱水处理的“面目全非”的空间食品,能否使未来的“太空产妇”吃得饱,吃得好,切实保证母子营养,看来也有待研究。

人们借助人造卫星和空间站,进行了大量的动物“生儿育女”试验。1973年,美国“天空试验室”曾把两条海水幼鱼和50颗鱼卵、6只老鼠、720个果蝇蛹和两只普通蜘蛛送人太空轨道,在持续59天的飞行中,观察这些生物对失重环境的反应。尤其是观察授精的鱼卵是否能孵出小鱼。结果令人震惊,鱼卵孵出了幼小的鱼苗,并能在特制的水池中游动,生活正常。1974年,前苏联发射了“宇宙—690”号生物卫星。在飞行期间,特意安排的蚕卵孵化试验证实,在太空失重条件下,由蚕卵孵化成蚕,不仅完全可行;而且比在地球环境中孵化的时间还短。这些实验表明,在太空失重环境下,生物进行有性繁殖是可行的,给人类在太空生育带来可资告慰的信息。

太空中的建筑群

在太空建筑楼阁同样涉及许多特殊问题。首先是建筑环境不同。俗话说,万丈高楼平地起,地球上无论建造什么样的高楼大厦,都必须依据高楼的承受力打好基础。没有牢固的基础,高楼就有可能成为危楼。而在太空的失重条件下,一切都处在飘浮状态,太空建筑不用打地基,不用考虑地质、冰文条件和建筑材料所承受的压力,更毋需考虑建筑物的设备载荷。人们可以建造任意尺寸和形状的建筑物,建造各种款式新颖的空中楼阁。第二是建筑材料不同。地面建筑大都离不开“三材”,即水泥、木材、钢材,先进的建筑也不过是三材合一的板块和框架结构。但是这些对太空建筑一概不适用。太空与地球环境完全不同,那里温度变化急剧,且差异巨大,时而高达100多度,时而冷到零下100多度,对此地球上所用的任何一种建筑材料都难以招架。太空建筑材料必须是具备膨胀系数小、耐振动、耐高低温等条件的结构金属材料。第三是建筑工艺不同。地面建筑通常采取人工堆砌和机械组合方式建造,而太空建筑必须采取一整套适合于失重环境的特殊工艺来完成。首先,建筑材料必须按设想中的建筑物形状设计在桁架上,并在地面先组合,以验证其可靠性;然后,这些桁架或由运载火箭或由航天飞机按照设计要求,分批发送到预定的太空轨道上,再由宇航员组合成整体。第四是建筑工具不同。宇宙建筑工具同其他宇宙工具一样,其结构和功能必须符合太空工作的特殊要求,安全、可靠、实用、微型化和可控性以及同其他随航系统的一致性;例如,太空建筑用的锤子,外表像是日常用的锤子,但其内部却是空的,填充了金属小球,使锤击时不会回弹。失重件使用的钻头呈圆锥形,它不仅可钻孔,换上其他部件,还可用来拧紧螺丝钉和切割材料。所有工具都必须用尼龙绳子系起来,不然万一失手,就可能飘去十万八千里。第五是操作方法不同。太空失重环境使物质失重,也使人失重,给宇航员工作、带来了麻烦。拧螺丝时如果身体不固定,一人就会旋转起来,于是什么也做不成了。因而操作时必须事先在舱内找到支撑点或使用定位用的系带,穿上带有凸缘的专用鞋,以防止在舱外工作时飘走。由此可见,太空建筑是项非常细致而严格的技术工作,并非一般建筑技师所能胜任的。

1985年11月26日到12月3日,美国航天飞机“大西洲”号第二次飞行时,宇航员在货舱首次进行大型太空建筑骨架搭建试验,试搭两种类型的太空建筑结构:一种是13.7米长,由一百多根横梁和撑杆组成的木桁架;另一种是高3.6米的倒“金字塔”形的四面体结构,这种大型太空建筑骨架搭建试验,由宇航员舍伍德·斯普林和杰里罗斯担任操作任务,整个操作工序在敞开的航天飞机机舱内进行。组装一个桁架和一个金字塔形框架所用时间为51分钟,拆卸花了4小时。这次搭建实验成功证明宇航员在失重、真空和低温的条件下,是完全能够进行太空建筑的,它为今后建造永久性的太空建筑提供了依据。1988年12月9日,前苏联宇航员亚历山大·沃尔科夫和法国宇航员克雷蒂安在“和平”号空间站舱外,安装了一具由几十根塑料棒连接成的桁架结构,折叠时75厘米长,56厘米宽,120厘米高,打开后是一只高1米,对角线长的六棱柱。事先曾在地面上高温高寒条件下进行了数百次练习。这次安装虽出现了因太空温度太低把桁架冻住的现象,但经过宇航员的努力,还是取得了满意的结果。