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航天员神奇的太空生活
中国首次载人飞行令世人瞩目,也令国人激动。这个时候,人们一定很想知道航天员在太空中的吃穿住行究竟是怎样的。不久前,我们采访了中国载人航天工程航天员系统的有关专家,请他们进行了详细的介绍。
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。但在失重环境下的太空中,航天员的饮食就会变得十分复杂,而且非常奇妙。从航天员的营养需求、食品的制备和供给,到他们的进食方式都有一定的特殊
航天食品有哪些特点
我们把在执行航天任务期间和返回着陆等待救援期间供航天员食用的食品和饮水称为航天食品。
航天食品从本质上讲与地面普通食品一样,都是为人体提供能量和营养的。但因它是由航天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技术要求。比如为了节省飞船的空间和发射时的有效载荷,航天员携带的航天食品应尽可能重量轻,体积小;为了方便航天员在太空失重条件下进食,防止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。
航天食品首先要确保航天员的生命安全,不能发生任何食源性疾病和食物中毒。航天食品及包装必须能经受住航天特殊环境因素,如冲击、振动、加速度等的考验而不失效。
航天食品还必须符合失重条件下航天员生理改变的要求。航天飞行会导致航天员骨钙丢失、肌肉萎缩、红细胞数量减少等。所以,航天食品中所含的营养素就要根据航天员的这些生理改变作适当调整。
由于失重和空间运动病等因素的影响,航天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,满足航天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。在世界航天食品当中,我国的航天食品很具中国特色。传统的中式食品都尽可能出现在航天食谱中,相比西餐,中式航天食品更加味美可口。
在航天飞行过程中,人的口味也会发生无法预测的变化,航天员会偏爱刺激性食物,如美国的航天员发现,德国辣味土豆沙拉是航天食品中最受欢迎的。可是在飞行前,这种食品并不那么受航天员的青睐。
航天员可以吃上鱼香肉丝喝上绿茶
航天食品种类繁多。那么它的加工方法和食用方式会是怎样的呢以陈皮牛肉为例,作为航天食品的这道菜,必须经过高温处理后再做成罐装食品,才可长期保存。它的味道和平常的相差无几。食用时,先用加热器加温,再打开罐头盖。这种食品称为热稳定食品,用金属罐或蒸煮袋包装,俗称软硬罐头。航天食品的特点是不仅含有正常量的水分,而且与普通食品从口感到形状上都很接近。在太空生活中,我们的航天员还可以吃到极富中国特色的家常菜,如鱼香肉丝、宫爆鸡丁等。
航天员饭后还需用一杯香茗来提神,我们用自行研制的茶精就可以解决这个问题。茶精属于复水饮料,类似于我们地面上的固体饮料,如酸梅晶、橘子晶等。航天员所需的这类食品的包装比较特殊,对包装内的食物进行复水是通过包装上的一个单向阀门将水注入,加入一定容量的水以后,稍揉捏包装袋,待食物与水充分结合后,再打开包装进食。
冻干食品是航天食品中最具特色的食品。它是利用冷冻干燥技术脱去食物中的全部水分,最大限度地保持食品的原有形状和营养成分。冻干食品可以直接食用,通常水果、蔬菜类不耐蒸煮的食物常用此法加工。
航天食谱中新鲜食品所占的比例很小,且一般只是在航天飞行的头1~2天提供。脱水食品虽具有重量轻、体积小、能长期保存的特点,但因其感官效果较差,一般在食谱中所占比例不超过50%。
为了便于航天食品在航天飞行过程中保存、制备和进食,需要有相应配套的食品伺服装置,包括食品保鲜设备,如冷藏箱;食品加热装置,如加热器和烹饪炉;水分配器和餐盘、餐具等,还必须有饮水箱。在航天飞行中,航天员饮用的都是质量最好的纯净水。
航天员怎样进食
在航天飞行活动中,如何进食对航天员来说是一个不小的考验。在失重条件下,一个盛满水的杯子,朝下朝上放都一样,杯子里的水不会自动漂浮或洒落出来。放在桌子上,杯子会连同水一起飞起来。所以说,航天员在地面上原有的吃饭、喝水习惯已完全不适用。航天员打开食品包时,必须及时握住食品,不要让它自由飞走。另外,还须注意不要使食品破碎或掉屑,因为碎屑在舱内漂浮起来,会带来一定危险,如影响仪表仪器的正常运转,影响航天员的视线,还有可能被航天员吸入呼吸道或掉进航天员的眼睛。在早期前苏联和美国的航天飞行中,航天员采取“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。如今航天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。
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1万美元/1公斤,而一个航天员每天要消耗食品1.5公斤,约合1.5万美元。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等,都需要为航天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。
舱内航天服只在特殊时期使用
当飞船座舱发生泄漏,压力突然降低时,航天员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,保证航天员在飞船发生故障时能够安全返回。在正常航行时,航天员一般只在飞船上升和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。飞船在轨道飞行过程中,航天员一般是不用穿航天服的。
目前,我国自行研制的舱内航天服一般由三部分组成:一是限制层。它是由耐高温、抗磨损材料制成的,用来保护服装内层结构。限制层是航天服承受服装内压力的关键层次,在服装充气加压状态下,限制层会扩张、变硬,严重限制关节活动,从而影响航天员的动作。所以,航天服专家在航天服的关节处通常采用一些皱褶的形式,或使用带轴承的密封金属关节,航天员穿上它具有较好的灵活性。二是气密层。这部分用涂有丁基、丁腈或氯丁橡胶的锦纶织物制成,有良好的气密性,防止服装加压后气体泄漏。三是散温层。这部分与内衣裤边接在一起,有许多管道,将全部气流送入头部,然后向四肢躯干流动,经肢体排风口汇集到总出口排出,带走人体代谢产生的热量,以保证航天员身体舒适。
航天员穿戴的头盔、手套和靴子则更有讲究。
航天员在太空飞行中所戴的头盔的盔壳由聚碳酸酯制成,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,以便航天员看到飞船内外的景象。
航天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航天员身上的电极,经生物测量带、服装电接头等传递测量数据,使航天员的心电、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,生产一套航天服需几十万人民币。
舱外航天服是一个小型载人航天器
舱外航天服则更为复杂,它是航天员出舱进入开放的宇宙空间进行活动的保障和支持系统。它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,航天员视觉防护与保障系统。此外,它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。舱外航天服结构上由微流量防护层(外罩)、真空隔热屏蔽层、气密限制层、通风结构和液冷服等组成。
现代的航天服还带有独立的生命保障系统。生命保障系统包括氧源、供氧调压组件、水升华器和水冷却循环装置、空气通风净化装置、通信设备、应急供氧分系统、控制组件和电源等。实际上可以把它看成一个最小的载人航天器。
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,由于一切都处于失重状态,即便航天员穿上如此笨重的衣服照样可以轻松地行走。
舱外航天服发展到今天,已达到能保证航天员在舱外独立工作长达8小时的水平。因其技术的高密集度和工艺复杂,目前,研制生产一件舱外航天服要花费上千万美元。
住在太空
大家知道,宇宙环境是极为恶劣的,对人体有害的主要因素是高真空、高缺氧、宇宙辐射、温度差异等。这些不利因素会对人体产生严重损害。在这种环境中,航天员是无法生存和工作的。那么,怎样才能保证航天员的生命安全呢?科技人员为航天员研制了一个基本与外界隔绝的密闭环境,即密闭座舱。
供航天员居住、生活和工作的密闭舱是宇宙飞船上的一个主要部分,而它就是保证航天员身体健康的环境控制与生命保障系统。环境控制就是在密闭座舱内采取各种有效措施,人为地创造一个与海平面大气环境相仿的环境。
座舱的供气调压系统是维持舱内压力和供人呼吸用氧的关键设备,其作用很大。国外用于载人航天器舱内的气体压力有两种,一种是座舱压力及舱内气体组分与地面上一样,即一个大气压力制度。另一种压力制度是舱内保持1/3的大气压力,舱内的主要气体是纯氧。
宇宙飞船在载人飞行时舱内温度如不加控制,就会逐渐升高。因为人体代谢过程中所产生的热,仪表设备运行时释放的热,飞船上升和返回时由于空气与飞船外表面磨擦,产生大量的热也会传入舱内,加之飞船运行时太阳辐射传入舱内的热量也很多,这些都会使飞船座舱舱温升高。所以需要有一整套科学完善的温度控制系统,使舱内温度始终控制在22℃左右。
在宇宙飞船飞行过程中,航天员呼出的气体和排出的汗都含有一定量的水蒸气,如不加以清除会愈积愈多,使航天员感到不舒适。若湿度大,会对仪表等设施不利,所以舱内设有湿度控制系统。
生命保障分系统中最为重要的是供水系统,它的主要任务是供给航天员生活用水。
飞船内的供水系统是采用多种方法解决的。飞船飞行时间较短的,一般采用储水器从地面上携带饮用水到太空。氢氧燃料电池产生的水也是一种水源,这种水经过去氢和银离子消毒器消毒后装入水箱。航天员洗涤后的污水及尿液经蒸馏、过滤消毒有毒物质及杂质,检验合格后也可送入储水箱,供生活用水。
密闭舱是一个狭小的环境,必须对不断产生的污染物加以净化,以维持舱内空气新鲜,保证航天员身体健康。首先要做的事是控制污染源。座舱内非金属材料的分解产物,一定程度上是可控制和可减少的,可选用一些含挥发物少的非金属材料作为航天用材。其次,要制定载人座舱的毒物允许浓度,采取有效的有害气体控制技术,严格控制舱内有害气体浓度。另外,座舱内还需要保持微量通风,不断更换舱内空气,保持空气新鲜。
奇妙的太空生活
飞船在航天飞行中的昼夜周期和我们在地球上的昼夜周期是不同的。空间飞行时的一次日落日出,周期长短不一,因为它和飞船绕地球飞行的轨道高低相关。轨道高,昼夜周期就长;轨道低,昼夜周期就短。飞船在航天飞行期间的昼夜周期,白天和黑夜时间长短是不一致的,白天时间长,黑夜时间短。90分钟一个昼夜周期,最长的黑夜仅仅37分钟。飞船由地球阳面进入阴面时,就如同由白天进入黑夜一样。美国的一个航天员,曾详细描述过他在宇宙间飞行中观看日出日落的景观:航天飞机速度很快,太阳出来时好像闪电似地一跃而出,太阳落山时也如旋风一样迅速地隐去。
在宇宙空间最特殊的就是睡觉姿势。失重时,身体完全放松会自然形成一种弓状姿势。航天员一般都喜欢将睡袋紧贴着舱壁睡觉,这样就像睡在床上一样舒服。在失重时,反正分不清上和下,站着躺着睡都一样。所以,航天员既可以靠着天花板睡,又可以笔直地站着靠墙壁睡,想怎么睡都行。
由于行动不方便,航天员在太空中的动作不像在地面上那样协调:坐立不稳,摇摇晃晃,稍一抬头仰身就有可能来个大翻身,弯腰时又可能翻筋斗,所以做一切动作时都得小心。
航天员在宇宙飞行中可以遥望地球景色,这也是他们太空生活的一大乐趣。航天员在飞船上看到的地球漂亮极了,它是一个绿色的球体。白天,地球大部分是浅蓝色的,密密的森林带看起来蓝色更重,惟一真正的绿色地带是中国的西藏高原地区。一些高山湖泊看起来是明亮的并且呈鲜绿色。在温度很低又没有云彩的地区,像我国喜马拉雅山那样的高山区域,就能很清楚地看到那儿的地貌。
航天员生活在太空当中,同样离不开体育锻炼。锻炼除了增强体质外,还有其特殊意义,即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航天员的有害影响。
在长期航天的空间站内,都设有专为航天员进行体育锻炼的“小型体育场”,设置一些特殊的航天体育器具供航天员使用。这些器具有微型跑道、弹簧拉力器及负压筒等。
在宇宙中航行的航天员和地球上的人一样,都需要清洁卫生,如刷牙、洗脸、洗澡,以及要大小便等等。失重条件下洗漱和处理废物非常复杂,需要有特殊的设施和技巧。
失重时刷牙,牙膏泡沫很容易漂浮起来,水珠在舱内飘动,会影响人的健康和仪器正常运转。飞船中的航天员不能使用地面上的刷牙工具和方法,那样做,说不定在哪一环节把水泄漏出去,水就会漂浮起来。所以,航天员只能采用比较简单的方式来刷牙。美国航天员通过充分咀嚼一种特殊的橡皮糖替代刷牙。前苏联航天员则用手指裹着毛巾在口腔中清洁牙齿。
航天员洗脸,其实是取一块浸泡有清洁护理液的湿毛巾擦洗面部。随后,把毛巾铺在按摩刷上用来梳理头发。
航天员若在空间站上长期生活,还需要洗澡。在前苏联的载人空间站上,就配备有专为航天工程技术人员设计制作的航天浴室。这种浴室,只不过是一个强力尼龙布浴罩。浴罩上下有固定的框架,上连天棚下连地板,成为通天式密闭浴罩,平常折叠着固定在生活舱的顶棚上。顶棚上还设有圆形水箱、喷头、电加热器,洗澡用的水箱有管道与大水箱相通。
飞船上航天员大小便的处理也很特殊。尿盆是特制的,抽水马桶同一个塑料套相连接,大便后快速关闭橡皮阀,大便通过气流落入透气的大便收集袋里,然后用密封袋密封投入便桶,便桶装满后会自动弹出舱外。
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