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航天员在太空将面对哪些挑战?

2016年10月18日 星期二 新京报
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昨日7时30分,搭载着神舟十一号载人飞船的长征二号F遥十一运载火箭在酒泉卫星发射中心点火升空。 新华社记者 李刚 摄

  昨日神舟十一号载人飞船搭载着2名航天员成功发射,开启了33天的太空之旅。“神十一”有哪些新技术和亮点?长达一个月的时间里,航天员又将面临哪些挑战?

  1 神十一发射为何选酒泉卫星发射中心?

  中国科学院院士、长二F火箭原总设计师刘竹生表示,之所以选在酒泉,是考虑到载人飞船正常着陆的安全。载人飞船的着陆场通常要选择在广袤平坦、人迹罕至的地方,这既可避免返回舱在着陆时因撞到特殊地形而受损,确保航天员的安全,又能防止返回舱在降落时砸到人。目前,我国载人飞船的主着陆场——四子王旗,就可满足全部条件。

  那么,选择着陆场与选择发射场之间又有什么关系?刘竹生介绍,飞船在太空中的飞行轨道与地球赤道间有一个夹角,叫轨道倾角,这个倾角由任务需要而定。由于改变轨道倾角需要消耗大量燃料,飞船从发射到返回,轨道倾角不会有太大的变化。而飞船绕地球转一圈的时间跟地球自转时间比要短得多,在相同倾角下,每一圈又会经过不同的地方。根据轨道的这些特点,如果在酒泉卫星发射中心发射,飞船飞行若干圈后,将在理想的着陆场着陆。

  此外,火箭喜欢干燥的天气,酒泉卫星发射中心干旱少雨,一年中的大部分时间都是晴天。通过统筹考虑基础设施、历史条件等多种因素,酒泉卫星发射中心才成为“神箭”飞天的地方。

  2 飞船披上神奇“外衣”

  飞船此次披上神奇的“外衣”,就像人类的衣服一样,天冷时能保暖,太阳照射时能防晒,并结合飞船的结构特点以及各个舱体的功能特点进行“量体剪裁”。新京报记者 贾世煜 通讯员 张立

  推进舱

  里面密集地布置了多种设备,主动流体回路的散热辐射器也安装在推进舱,因此推进舱对散热的要求很高。首先,在推进舱的舱体结构上设计了一圈浅绿色的有机涂层散热面;其次,舱体上安装的辐射器外表面则选用了纯白色的热控涂层,这身清爽的“散热衣”,能极大地提高辐射散热能力。

  返回舱

  承担着将航天员安全带回地面的重要使命,需要耐受返回过程中穿越地球大气层时的高温烧蚀环境,所以返回舱外衣的里层是厚厚的划分成网格状的防烧蚀材料,在外表面再喷涂特殊设计的有机热控涂层,不仅提高外热流吸收能力还能降低红外辐射能力,为保证在轨期间的返回舱温度条件提供有力支持。

  轨道舱

  是航天员生活和工作的主要空间。轨道舱的外衣由多层隔热材料组件构成,厚度约为2厘米。它能够高效地隔离空间环境与轨道舱舱壁之间的换热量,极大地减少舱体表面的漏热,同时降低轨道外热流剧烈变化对舱体温度的影响。在多层隔热组件的外表面,还有一层华丽的复合膜,它的功能是要提高飞船对轨道原子氧等粒子的防护能力。

  3 智能APP可掌握飞船所有情况

  在神舟十一号飞船中使用的仪表控制器应用软件,就是航天员的智能APP。在这款软件中,汇集了神舟十一号飞船14个分系统的所有数据,而且能够显示与飞船和航天员相关的54幅页面图,还能够为飞船的自主应急返回寻找最佳的落点。有了这样一款智能的太空APP,航天员就可以一目了然地掌握自己和神舟飞船的所有情况。在未来的空间任务中,还将根据需要适当开发具有部分娱乐功能的界面,以便缓解航天员的精神压力。 新京报记者 贾世煜 通讯员 张学良

  4 LED光源点亮飞天路

  神舟十一号飞船舱内照明设备(近距离泛光照明)和交会对接照明设备(远距离投光照明)均采用了现有民用市场上大量存在着的LED光源,也就是固态照明光源。LED光源的耐冲击、抗震动、体积小、功耗低等特点使其非常适合在航空、航天等条件苛刻的环境中使用。同时,研制团队还解决了LED对高温低温环境比较敏感、照明设备的空间环境适应性等难题。当飞船进入地球阴影区时,航天员在舱内仍然可以正确判读仪表,手动操作各种开关;飞船与空间实验室交会对接也多了一分成功的保障。 新京报记者 贾世煜 通讯员 杨军

  5 巨型降落伞可塞进冰箱

  降落伞主伞面积约1200平方米,全部展开后可以覆盖三个篮球场。其重量不到100公斤,收拢后装进伞包内的体积还不到200升,可以塞进普通的家用冰箱。整个包伞流程有几十道工序,包括晾伞、叠伞衣、梳理伞绳、整理伞包、装填降落伞、封包等。 新京报记者 贾世煜 通讯员 李少腾

  6 航天员将面对哪些挑战?

  ●生活挑战

  衣食住行都是技术活

  衣

  在太空,穿衣可比在地面费时费力得多,航天员首先要固定好身体,以免“飘”走。新“家”并不具备洗衣条件,所以每名航天员携带了7套航天服,每4天更换一次。在航天服内衬方面,科研专家下足了功夫,既能保暖也增加了舒适性;新研制的企鹅服,通过对航天员的肌肉产生力的刺激,从而避免航天员肌肉萎缩。

  食

  航天食品营养专家此次为航天员准备了6大类100多种食物,土豆烧牛肉、萝卜烧三珍、油焖笋、白菜蛋花汤、牛肉米粉等应有尽有。科研人员还研制了太空食品加热装置,确保航天员在太空中能够吃到热食。新“家”首次配备了多功能平台,这样航天员如同在地面一样可以端盘上桌。

  住

  睡前,航天员需固定好睡袋,以免睡着后在舱内飘荡。太空昼夜交替比地面快,这可能会导致睡眠紊乱。新“家”专门设置了睡眠区,躺在睡袋里,航天员可以享受私密空间。清洁卫生方面同样有所改善,航天员可以使用含水量更多的湿巾进行自我清洁,集便袋内气压低于舱内,可防止气味扩散。

  行

  长期驻留国际空间站的航天员,他们的脚底光滑,脚背却磨出茧子,这是因为他们要经常勾着脚限制器进行舱内活动。相比天宫一号,新“家”增加了软扶手,地面也换成了硬质地板,这样既方便航天员舱内活动,也有了一种脚踏实地的感觉。

  ●失重挑战

  长期“倒立”不好受

  太空失重,是航天员到天上的最大挑战。在地球,完全的失重状态是无法模拟的。几乎每名新航天员都要经历这样一个场景:飞船进入轨道后,人的体液和血液从下肢向头部涌,会感到头部发涨、眼压增大。景海鹏描述这种感觉类似地面倒立。在舱内活动,任何接触造成的反推力都能轻松把人弹开,航天员不仅要学会手脚并用地固定身体,还要养成物品使用后归位的太空习惯。

  ●心理挑战

  对心理素质要求更高

  “神十一”只有2名航天员,任务期却达33天。人少了,时间长了,对航天员心理素质提出更高要求。长期处在密闭、狭小、隔绝的环境中,对人的心理将产生负面影响,会导致工作效能下降,为此航天员首次采用周工作制,6天工作1天休息,通过劳逸结合的方式确保任务顺利完成。此外,在专业心理医生支持等基础上,还研制了基于虚拟现实技术的心理舒缓系统,升级了天地信息交流系统,航天员可以随时和地面沟通信息,与亲友进行音视频交流以缓解压力。

  ●健康挑战

  面临多种太空病考验

  太空病是航天员的健康大敌。在特殊的太空环境下,人的心血管、肌肉、骨骼会发生变化,甚至病变。

  在太空,血液首先往头部、上肢转移,航天员会不同程度出现心血管调节紊乱、功能失调的症状,而在第30天前后,心血管系统将经历最大反应期,这是航天员要面临的一道“坎”。

  随着驻留时间的延长,航天员肌肉萎缩程度将更为明显。其间,航天员可以通过自行车功量计、拉力器、太空跑台等器材加强锻炼,以有效对抗肌肉萎缩。

  持续性骨丢失是长期太空飞行的重要问题。为此,航天医学专家研制了骨丢失对抗仪,每天穿戴20分钟,帮助航天员有效抑制骨丢失。

  ●角色挑战

  航天员将扮演不同角色

  这次飞行任务,航天员将扮演多种角色,既要担任驾驶员、科学家,又要充当医生、工程师,是名副其实的“百变大咖”。

  驾驶员 驾驶太空飞船与开飞机大不一样。从神九开始,航天员必须学会手动完成飞船与天宫的交会对接。他们紧盯屏幕,驾驶飞船一点点逼近,直到两个航天器对接成功。

  科学家 天宫二号是最忙碌的空间实验室,航天员在天上将开展空间材料制备和空间植物培养实验等。

  医生 航天员将首次在太空对自己进行B超检测。要知道,专业医生需训练一年才能临床操作,而景海鹏只用几个月就已熟练掌握。

  工程师 这次任务要验证在轨维修的可行性,接下来,我们会看到,航天员操纵天宫二号上的机械臂,进行拧螺丝、拆卸设备等维修操作。

  ●实验挑战

  太空之旅变得异常繁忙

  从来没有哪一次载人飞行像这一次,航天员直接参与的实验如此之多:首次由航天员直接操作的空间材料制备实验、首次“从种子到种子”的空间植物培养实验、首次在轨维修实验、首次失重心血管功能研究、首次太空脑机交互实验……

  大量在轨实验操作,将使漫长的太空之旅变得异常繁忙。航天员要把各学科专家的想法、目标、理念在太空实现,再把样本带回来,任务非常艰巨。在轨实验涉及空间技术、空间应用、航天医学等众多学科,学科跨度之大前所未有。为掌握各学科实验的相关理论和操作技巧,每名航天员累计进行了超过3000小时的学习和训练。

  A10-A11版稿件(除署名外)/综合“军报记者”、中国航天科技集团报道

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