在失重环境中,由于人体骨骼不再支撑体重,因而骨骼中的钙会流失,肌肉会萎缩。所以,宇航员生活在太空当中,必须进行体育锻炼,以增强对失重及其他航天环境的适应能力,减少航天飞行中不良环境对身体的有害影响。在长期航天的空间站内,都设有专为宇航员进行体育锻炼的“小型体育场”,设置一些特殊的航天体育器具供宇航员使用。
宇航员在浩瀚的太空中总是“举目无亲”,为了减轻他们在太空的孤独感,科学家想了很多办法。20世纪80年代后,美国和前苏联先后开设了“太空专线电话”,可以让宇航员和家属通话。美国宇航局甚至还公布了“太空专线电话”号码,此举使得每有航天飞机上天,这条专线就变成了最繁忙的热线。1983年4月挑战者号航天飞机首航时,5天中竟然有19万个电话飞向太空。
由于失重会给人体造成一系列的生理危害和不利影响,为了保障宇航员在太空中的健康和安全,科学家们采取了许多措施,但效果都不是非常理想。研究表明,克服失重不利影响的最好办法就是用人工的办法产生重力。现在,科学家们正在研究人工重力,它将使未来的太空生活与地球上没有太大差别,使太空变成人类在地球之外的另一个家园。
食在太空
吃饭、喝水对于我们生活在地球上的人来说,是最平常不过的事。但在失重的太空中,宇航员的饮食就会变得十分复杂,而且非常奇妙。从宇航员的营养需求、食品的制备和供给,到他们的进食方式都非常有趣。
宇航员在执行航天任务和返回着陆等待救援期间的食品和饮水被称为航天食品。航天食品从本质上讲与地面上的普通食品一样,都是为人体提供能量和营养的。但因它是被宇航员携带上天并在失重环境下食用的,就会有其独特的食用特点和严格的技术要求。比如为了节省飞船的空间和发射时的有效载荷,宇航员携带的航天食品应尽可能重量轻,体积小;为了防止宇航员在太空失重条件下进食时食物在飞船舱内四处漂浮,航天食品就要被加工成一个个一口大小的“一口吃”食品,而且食品包装内不能有流动的汤汁。另外,由于失重和空间运动病等因素的影响,宇航员在太空飞行时食欲会降低,导致进食减少,影响能量的摄取和营养的平衡。要克服这种状况,满足宇航员的心理和口味要求,就要尽可能提供一些他们比较熟悉的食物,不仅量足而且要品种多样,方便他们按照自己的口味进行配餐。现在,航天食品已经发展到了100多种,可以保证宇航员们在一日三餐的条件下,食谱一周之内不重复。
在航天飞行活动中,如何进食对宇航员来说也是一个不小的考验。宇航员使用的太空餐桌是特制的。它具有磁性,能吸住刀、叉、勺、碗、盘等餐具。另外,吃饭前,宇航员必须先把脚固定在地板上,把身体固定在坐椅上,以免飘动。
吃饭时,宇航员要特别注意不要使食品破碎或掉屑,因为碎屑在舱内漂浮起来,会带来一定的危险,如影响仪表、仪器的正常运转,影响宇航员的视线,还有可能被宇航员吸入呼吸道或掉进宇航员的眼睛里。在早期前苏联和美国的航天飞行中,宇航员采取“嘴对嘴”的进食方式,就是将经过特殊加工的液体或半固体食品装在类似牙膏管的容器内,进食时通过一根导管将食品直接挤入口内。随着人们对失重环境的反复体验以及认识的不断加深,加上包装新材料和新技术的应用,航天食品的种类在不断增加,进食方法也越来越接近地面。如今宇航员可将一餐所食用的5~6种食物组装在一个餐盘上,然后用与我们普通餐具外形无异的餐具,以类似于在家中进餐的方式进食。
在太空中喝水也不容易,因为水在失重环境中是不流动的,不能像在地面那样往低处流。一个装满水的杯子朝上朝下放都是一样的,杯子里的水不会自己流出来,如果动它一下,杯子和水会同时漂浮起来。那么,宇航员怎么喝水呢?太空中的饮用水和航天食品一样,也是用密封袋装的,可用软管或对着袋嘴挤着喝。在太空中喝的饮料通常装在袋中,有固体和液体之分。如是固体饮料粉,就得用一种“水枪式”的工具往袋里注水,这时会出现一种有趣的水和固体不相溶解的现象,还需加力才能溶解。喝水时用手挤着喝,劲儿还不能过猛,否则水会被挤到空间变成雾状。
航天食品的供给方式大致可分为两种:一是将地面食品带上天的补给式方式;二是在载人飞船上就地从原料生产直接加工成食品的自给式方式。由于载人飞船发射费用非常高,约合每公斤1万美元,所以迄今为止,美国和俄罗斯都是采用补给方式提供航天食品。
穿在太空
人们对于服装的认识多局限于其蔽体、保暖、美观等功能。当人类进入太空就会发现,航天服的作用早已超出了传统范畴。因为太空接近真空的压力环境、极端的温度环境、缺乏生命所需的氧气、空间的陨尘、碎片和空间辐射的威胁等,都需要为宇航员在太空的生活和工作提供良好的防护和保障系统的航天服。航天服按功能可分为舱内用应急航天服和舱外用航天服。
飞船在轨道飞行过程中,宇航员一般是不用穿航天服的。当飞船座舱发生泄漏,压力突然降低时,宇航员要及时穿上舱内航天服,并接通舱内与之配套的供氧、供气系统,服装内就会立即充气加压,并能提供一定的温度保障和通信功能,保证宇航员在飞船发生故障时能够安全返回。在正常航行时,宇航员一般只在飞船上升或下降时穿上舱内航天服,以免在发射或返回阶段飞船发生故障。
宇航员在太空飞行中所戴的头盔的盔壳由聚碳酸酯制成的,它不仅能隔音、隔热和防碰撞,而且还具有减震好、重量轻的性能。头盔面部有舷窗,以便宇航员看到飞船内外的景象。
宇航员所戴的手套与航天服相配套,在充气加压后,仍具有良好的活动性能和保暖性能。此外,航天服上还配有废物处理装置和生物测量装置。废物处理装置就是用于收集尿液的高性能吸收材料。生物测量装置可通过贴在宇航员身上的电极,经生物测量带、服装电接头等传递测量数据,使宇航员的心电、呼吸、血压等生理信号直接通过飞船遥测系统传到地面飞行控制中心。
舱内航天服一般重10公斤左右,加工制作十分复杂,要经过上千道工序。因此,它的造价十分昂贵,生产一套舱内航天服一般需几十万人民币。
与舱内航天服比起来,舱外航天服更为复杂,它是宇航员出舱进入开放的宇宙空间进行活动的保障和支持系统。舱外航天服结构上由微流量防护层、真空隔热屏蔽层、气密限制层、通风结构和液冷服等组成,具备独立的生命保障和工作能力,包括极端热环境的防护和人体平衡控制、氧气供应和压力控制。服内具备微环境的通风净化、测控与通信,以及电源系统,宇航员视觉防护与保障系统。此外,它还具有良好活动性能的关节系统以及在系统故障情况下的应急供氧系统。一套舱外航天服系统重量大约为120公斤,但是在太空中漫步,一切都处于失重状态,即便宇航员穿上如此笨重的衣服照样可以轻松地行走。
经过不断的发展完善,现代的舱外航天服实际上是一个小型的载人航天器及生命保障系统。它可在长达7个小时内向剧烈消耗体力的宇航员供给必要的氧、冷却水、电力。不仅如此,头盔内侧还可供给500毫升的饮料和少量的航天食品。因其技术的高密集度和工艺复杂性,目前,研制生产一件舱外航天服要花费上千万美元。
为了迎接空间站时代的到来,美国航宇局正在致力于开发新的航天服。尽管建造空间站时,宇航员也可以穿着航天飞机用的航天服工作,但它显然已经难以满足今后在太空中频繁活动的需要。据美国航宇局预测,太空时代,每个航天员每年需在太空中工作1000小时,为此要求未来航天服不但要耐用,而且要大幅度降低成本。