书城科普读物你一定想知道,航空航天卷
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第17章 载人航天(4)

1987年9月,苏联发射了一颗人造地球卫星,为了探索人在太空失重情况下的各种功能,使用一只猴子代替人进行各种功能实验,解决了不少难题。除此之外,自第一颗人造卫星上天以来,不少的老鼠,狗等动物先后进人太空,完成了一次又一次的航天实验。它们的功绩都已载人了人类的航天史册。

宇航员的选拔与训练

宇航员的选拔与训练是保证飞行安全和完成航天任务的一个重要环节,在载人航天计划中一直受到高度重视。美苏两国在20世纪50年代末都曾把首批宇航员的选拔训练当做一项大事,成立了专门的选拔训练工作组。载人航天实践的经验表明,人类航天的成功与宇航员的严格训练是分不开的。

身体素质

宇航员在太空飞行中,要经历种种恶劣环境的考验,这就要求宇航员必须具备强壮的身体。目前,国内外挑选宇航员的标准仍按照飞行员身体考核标准,需经过严格的医学选拔和体格检查。除了由专业医务人员对他们实施全面检查(包括外科、内科、神经精神科、眼科和耳鼻喉科),还要做航天医学特定的检查,如离心机试验、低压舱试验等。

心理测试与训练

除了有一个好的身体素质,宇航员还要有好的心理素质。宇航员的心理素质包括感觉判断能力、反应速度、动作协调性控制能力等方面。感觉判断反映在宇航员对航天器飞行状态的判断上,如宇航员对航天器的空间对接和在其他星球上降落的判断力。

失重训练

宇航员初入太空时都会感到头昏脑胀,动作不协调,这是人体受失重环境影响的反应,在上天之前,宇航员必须专门进行失重适应性训练。地球上寻找失重环境很不容易,一般用飞机改装成失重飞机。当失重飞机在作抛物线飞行时,有30秒的失重环境。宇航员在没真正进入太空之前就在这种环境中反复训练。

目前,各国的宇航员都是从优秀的空军战斗机飞行员中初步选拔出来的经过层层筛选之后,大概是在100名参选的飞行员中才能挑选出1名正式宇航员是真正在百里挑一,宇航员的身高在1.6~1.7米之间,体重限制在50千克以下。体重超标者可使太空舱负载过重。

前庭功能训练

前庭功能训练指的是采用转椅。秋千等旋转和摆动设备产生线性加速度和旋转加速度;或在失重飞机上让宇航员头部运动,对宇航员的前庭器官进行刺激,以提高前庭器官的耐受能力。

超重适应性训练

超重适应性训练根据运载火箭载人时的最大超重值以及载人航天程序来安排训练。训练主要是在大型离心机或在飞机的超重飞行中进行。这项训练的目的除了提高宇航员的抗超重能力外,还可以在超重环境中训练他们的航天技术操作。

对年龄的要求

以前对于宇航员的年龄是没有严格限制的,但最近美国宇航局修改了选拔宇航员的规则:在长期的太空任务中,理想的宇航员候选人应该是那些年龄更大的人,他们的年龄至少要在30岁以上,具有情绪稳定史,从未出现过任何沮丧或神经质倾向,此外,他们最好是擅长社交的内向者,因为这样他们既能和其他人友好相处,但又不至于过于讨好别人。

航天员的魔鬼训练

为了提高航天员对特殊环境的适应性和耐受力,需要对航天员进行在航天特殊环境下“魔鬼般”的训练。当时苏联就曾为了准备阿波罗-联盟计划,要求其航天员在一年半的训练时间内,骑自行车1000千米,滑雪3000千米,越野跑步200多千米。职业航天员训练一般需要三四年,载荷专家一般需要两年半时间。

海量的理论学习

理论学习的时间约为6个月到1年。在这段时间里,航天员要学习很多基本航天知识。如中国航天员的基础理论训练就开设了载人航天工程基础、航天医学基础、医学生理性基础、地理气象、星空识别等13门课程。这个时期尽管体力付出少,危险性小,却是他们训练中最艰苦的时期。

体质体能训练

航天员在太空飞行,尤其舱外活动时,别看就走几步,体能消耗特别大。体质训练是为了提高和巩固航天员身体素质,增强抗病能力,使航天员能够以健康的体魄和旺盛的精力完成训练任务和飞行任务。这方面主要训练方式是通过田径、游泳、体操、球类等活动以提高其力量、耐力、速度、反应、柔韧性、灵活性、协调性、平衡能力。体能训练贯穿载人航天的全过程,航天员每天都要进行一两小时的体能锻炼。

环增耐受力的训练

火箭起飞及飞船返回时,航天员受到很强的重力加速影响。航天员必须通过在离心机上周期性的训练和适应而获得超重耐力。在微重力和失重太空中,航天员身轻如燕,如不被束缚就飘来飘去,这可不好玩,因为会感到有点头晕脑涨,甚至有时定向能力发生困难。而且在出现应急情况时,航天员也可能遇到比较严重的非正常环境。航天员需要进行这些环境训练,以提高对这些环境的耐受能力。

心量训练

航天任务是高风险的,也是远离家庭与社会的狭小孤独环境下单调、紧张的工作。心理训练是很必要的。心理训练有很多种,如能够消除航天员的紧张情绪的跳伞训练。航天员在太空处于狭小的空间内,与世隔绝有孤独感,容易导致心理失衡,这也需要进行隔离训练,航天乘员组的选配也是对抗孤独的重要措施,不仅要技术上互补,更要有出生入死的战友情。

前庭功能训练

遨游太空的航天员常发生航天运动病,出现头晕、恶心、出虚汗等症状工作效率低下。这是因为身体维持平衡和确定身体方位的众多感觉器官,特别是眼睛,内耳前庭器官不适应失重环境造成的。主动训练和被动训练前庭有助于克服太空病。训练包括:产生视动刺激、旋转球屋滑冰、冲浪、旋梯、滚轮等运动项目。

蓝天飞行训练

在载人航天器飞行训练中,航天员要学习航天器的组成和性能,特别是要学习当某一系统发生故障时,如何发现,检查和排除。要学习各种操作技能包括起飞前进舱、上升段飞行、太空飞行、返回制动、再人大气层、着陆的全过程。更重要的是航天员要学会使用各种训练器,模拟器并进行必要的飞行训练。

耐受能力的训练

航天员是在空间从事航天活动的人,他们要在超重、失重等不同于地而的特殊环境条件下,在航天器的舱内外完成飞行监视、操作、控制,通信、维修以及科学研究等特殊的工作任务,并能正常地生活。这就要求航天员对航天特殊环境有很强的耐受能力,因此必须对航天员进行严格地训练。

超重训练

航天员在发射和返回的过程中要遇到超重,超重耐力低的人会因此而出现晕厥或呼吸困难。超重和体重可没关系,只是人的体重和体内的脏器的重量增加好几倍。超重训练主要是依靠离心机来完成的,在不断地调整离心机转速中,最大限度提升航天员耐受力。还可以结合今后的飞行任务,模拟飞船上升和返回时所遇到的超重曲线,进行周期性的训练,或加人其他因素进行综合性体验。

失重训练

航天员在太空中处于失重状态。失重时,人的血液常往头部转移,对人体的健康有影响,也影响日常生活和工作效率。利用失重飞机所产生的短时间失重,是训练航天员在失重条件下生活和工作能力的最有效的方法。航天员可以利用这短暂的失重时间,体验失重感觉,进行设备、仪器和工具的简单操作训练以及饮水、进食训练,进行某些科学实验、准备出舱活动、穿脱航天服、出舱活动、组装和维修工作等训练。

低压训练

航天活动是高风险的,有着无数变数和未知。例如在航天器座舱一旦出现泄漏或生命保障系统出现故障,座舱内的气压有可能下降,造成低压环境。为了使航天员对低压环境有所体验,并提高耐受能力需要进行低压环境训练。该项训练在低压舱内进行,低压舱有一系列保障航天员安全的设备,实时对航天员的身体状况进行监测,并与航天员保持对话,一旦发现受训航天员有异常,立即复压。

失重水池

“失重水池”这个名字听起来很有意思吧。利用水池进行失重训练,主要着重于舱外活动的操作训练。这种失重训练,训练时间长,还可以在水池内设置舱外活动所涉及的航天器和设备的实体模型、并进行航天自舱外活动全过程实物训练。“失重水池”的大小不等。小型水池只能使航天员体验一下飘浮感觉。大型水池可以完成航天时所需要的种种动作,如苏联在加加林航天员训练中心建造的大水池,可把载人飞船和礼炮号航天站1:1的真实模型放进去。

浸水训练

浸水训练,即人全身泡在水里,处于种相对失重的状态下,人体重量减轻,以让航天员在相对接近太空状态下进行训练。人在水中时,由于流体静压和重力负荷作用减少,可产生类似失重时的一些变化和感觉。这种方法不是真正的失重,只是模拟失重产生的体液向头分布和漂浮感。浸水训练是在一个大水槽中进行的,可以训练航天员失重情况下的工作能力。

航天训练设备

航天事业是伟大的壮举,可是仅仅有一腔的热情,那也只会心有余而力不足的。航天员在翱翔苍穹之前,为适应太空的特殊环境,必须要进行艰苦的训练。他们的训练生活总是会和特殊的航天训练设备相伴。训练时,航天训练设备可是航天员最为亲密的伙伴。让我们来一睹这些设备的风采。

“大哥级”训练设备

各国航天员培训中心都拥有大量训练设备,依据所执行的任务不同,训练方式方法的差异以及其他因素的影响,训练设备不尽相同,如单系统训练器、中性浮力实验室、飞行模拟器、太空行走训练真空舱、大型人体离心力和失重飞机等。但基本的训练设备类别大体上是一致的,这些“大哥级”训练设备有:航天器实体模拟训练器、航天器各系统训练器、飞行训练模拟器、计算机辅助训练器、人用离心机、中性浮力水池。

航天飞机飞行模拟器

在大地母亲怀抱中对太空的别样体验,像飞行模拟器这样的设备是必不可少的。它能够逼真地模拟太空飞行的全部过程,还能模拟航天员在飞行过程中所有的操作,能够在一定程度上模拟飞行环境,也能够在视觉上提供全部逼真效果。很神奇吧!

非游泳的大型水池

大型水池是用来给航天员训练游泳技术吗?当然不是,失重飞机次飞行中创造出20~30秒钟的失重环境,是比较短暂的。为弥补这缺陷,就有了大型水池的出现。水池中的水密度比一般水大,使得穿着舱外航天服的航天员入水后能够处于漂浮状态。他主要用于航天员太空行走和舱外操作、组装、维修等训练。中国的失重水池是亚洲最大、世界上第三大的模拟失重训练水池,整体设计寿命为30年。航天员下水后,通过增减配重使人体的重力和浮力相等,就会产生模拟失重的感觉。

超重耐力缔造者

人用离心机可是航天员最有价值的伙伴之一。离心机臂端的吊篮里有躺椅、仪表板、手控制器和联动装置及环境控制系统、加压服和生物医学仪器。离心机的安全设置系统是相当完善的以防航天员出现不适情况,可以即行停机。离心机用于产生各种加速度环境对航天员进行超重耐力训练,以提高航天员对超重的耐力及在超重条件下操纵飞船和通信的能力。

失重飞机

失重飞机可不是出现事故,从高空中掉下来。在太空失重环境下失重不仅对航天员的身体有影响,影响航天员的工作效率,对飞船中的很多仪器和设备也有影响。失重飞机就有了光荣的任务——在地面上创造一种失重现象,对航天产品进行测试和考验,提升航天员抗失重能力,以适应这种特殊的工作环境。失重飞机飞行到一定高度和速度时,以一定的操纵程序进人特别设计的失重抛物线飞行,便产生了失重或微重力现象。

KC-135喷气式运输机

美国作失重训练用的失重飞机是一种经改装的有4个引擎的KC-135喷气式运输机。这种飞机在作抛物线飞行时每次可产生30秒钟的失重。每堂课一般要连续1行两三个小时,完成多次的抛物飞行,使航天员感受、体验和熟悉失重环境。在失重的时间里可以做各种试验,如吃东西、喝水、穿脱衣服、闭眼与睁眼的定向远动甚至可把一个舱体搬进机舱中,还可以进行人在失重的时间里从舱体爬出来的试验,训练太空的出舱活动。

加加林训练中心

世界上能够独立训练航天员的场所只有三个:俄罗斯加加林训练中心、美国休斯顿航天中心和中国航天员科研训练中心。今天让我们一起探访被誉为“宇航员的摇篮”的加加林宇航员培训中心吧。

星城

加加林航天员培训中心坐落在距莫斯科30千米的森林中,以加加林航天员培训中心为主在当地形成了一个城镇叫做“星城”。从人类第一位航天员加加林开始,苏联和俄罗斯所有航天员以及一些国际航天员都是在这里培训的。加加林航天员培训中心拥有完善的训练设施与训练经验丰富的教员,并能够独立完成航天员所有的培训科目。

各种实验室

加加林航天员培训中心拥有各种实验室。如飞行实验室拥有伊尔-76失重飞机,可以进行航天员失重训练、医学生物学试验、航天器机构试验等。有最主要的舱外活动训练设施——中性浮力实验室,航天员可以在置于水池中的太空设备上进行模拟失重环境的舱外活动训练。还有超重模拟实验室,实验室内有大、小各种用途离心机,用于航天员训练、航天员医学检查、科学实验、太空设备试验等。

生存训练

加加林航天员培训中心能够进行航天员的山区、森林、沼泽地、沙漠冰原(零下45℃)和海上生存训练、中国航天员吴杰和李庆龙曾来到这里接受训练。在北极圈内,他们顶着四五级的大风,就地取雪搭起圆锥形的雪屋,俨然过着爱斯基摩人的生活。在高寒野外生存训练6天多,由于训练辛苦训练结束时他们的体重部下降了4~45千克。这绝对是最夸张的“减肥”

任务训练

加加林航天员培训中心拥有包括联盟TM号飞船综合模拟器、太空站综合模拟器、对接训练模拟器等大型训练模拟器。利用这些极为真实的实体完成航天员操作航天器的训练任务。

发射场训练

航天员太空飞行训练的最后阶段在拜科努尔发射场进行。培训中心在这里拥有完善的训练设施,包括联盟TM号飞船模拟器,用于进行人工控制对接训练;对航天员进行医学检查和训练航天员在太空环境耐力的实验室。发射场里还有供航天员使用的电影厅,户外游泳池和运动场。

飞行和跳伞训练

宇航员的飞行训练在米格喷气式教练机上进行,跳伞训练在L-39飞机上进行。

飞向太空第一人