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航天员在天宫二号上过得怎样？
尹怀勤
天宫二号空间实验室和神舟十一号载人飞船的成功发射和交会对接,叩开了中国空间站时代的大门.两名男航天员在太空要工作和生活一个月的时间.在天宫二号上,他们过得怎样？在微重力的环境下,他们的生活方式与地面相比有哪些相同和不同之处呢？
宜居的环境
天宫二号是中国第一个真正意义上的太空实验室,采用实验舱和资源舱两舱构型,全长10.4米,最大直径3.35米,太阳翼展宽约18.4米,重8.6吨,设计在轨寿命两年.与天宫一号相比,天宫二号舱内改动非常多,不仅增添了很多为空间站验证任务研发的新设备,还为航天员提供了更宜居的环境.
航天员在天宫二号生活和工作的空间大约有15立方米.和天宫一号的简单装修相比,天宫二号更像是精装修.舱内有适宜的温度和湿度,密封舱的空气温度控制在22℃～24℃、相对湿度45%～55%这一人体最舒服的温湿度.科研人员有意识地把地板和天花板用颜色进行了区别,墙壁采用了米白色.先前为了防止碰撞,天宫一号的地板和墙壁非常柔软,但航天员从太空回来后,提出还是硬质墙壁和地板好,所以天宫二号实验舱采用了硬材质,使其更加实用化.
实验舱是一个外部真空、内部维持一个大气压的结构.为了保障安全性,漏气量要非常小.天宫二号是金属结构,但由于功能需要还有观察舷窗、开关舱门等,这些都是容易漏气的环节.科研人员根据各种结构特点设计了多种密封圈.一般密封圈都存在老化问题,何况太空中温度变化更加剧烈.他们从密封圈的配方、结构形式、设计等多方面下手,又通过大量实验测试,终于取得了成功.由于舱内是有空气的,航天员互相之间可以直接说话,及时进行沟通.
在内部设施方面,天宫二号实验舱配备了多功能工作台,不用时可以折叠,打开后则可以在上面进行电脑操作、阅读、进餐等.还为航天员配备了笔记本电脑、平板电脑,航天员既可进行工作,又可进行娱乐、阅读.同时,航天员在太空可以收看电视节目,与家人进行短信交流.通风口也被改造过了,降低了噪音.在睡眠区,灯光可以进行调节,广播也可以关闭,航天员可以携带一些个人的物品,如家人的照片等.床头有一个蓝牙音响,可以接收地面传输的紧急呼叫,而航天员的头戴式耳机也改成了无线的.
高标准的饮食
航天员在太空中的饮食为最高标准的航天食品.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,但空间环境的不同和航天员生活工作的特点,对航天食品提出了许多特殊要求.首先就是要确保航天食品安全,不能使航天员发生任何食源性疾病和食物中毒；其次是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；第三是由于目前所有航天食品都是从地球携带到太空的,为了节省飞船的空间和发射时的有效载荷,航天食品应尽可能重量轻、体积小、营养足.
从营养方面来看,航天食品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,食品要针对航天员生理改变指数对膳食的营养素作适当调整.例如,肌肉萎缩要求食品提供充足的优质蛋白质,骨钙丢失要求食品提供充足的钙,以及适宜的钙磷比例和维生素D；飞行初期食品的脂肪含量不宜太高,以免加重空间运动病；为防止心血管系统功能失调,要限制食品中的钠而保证钾的供给.
此外,为了方便航天员在太空失重条件下进食,防止食物在实验舱内四处飘浮,一般把航天食品加工成一口大小,并且食品包装内一般不能有流动的汤汁,也就是所谓的一口吃食品.为了减轻舱内的废物收集系统的负担,航天食品都不含骨、皮、核等残渣.考虑到在太空长期飞行中,航天员处于失重状态和狭小空间中,食欲容易下降,航天食品还必须种类丰富、花样繁多,以刺激航天员的食欲.同时,最大程度地考虑到了每名航天员的个人口味,特制了一些太空食品.
航天员从食品柜里拿出食品后,要把装食品的复合塑料膜袋剪开一个小口,把叉子或筷子伸进口袋里叉着往嘴里送.如果航天员要喝水,吃汤、羹、汁、果酱时,直接从塑料口袋或牙膏状的软铝管里,一点一点往嘴里挤就可以了.这与地面上的吃喝方式大不一样.
保证休息与锻炼
天宫二号绕地球飞行一圈大概90分钟,航天员不能遵循地球上日出而作、日落而息的生活习惯,只好机械地按钟点安排工作和睡觉.在太空失重环境中,航天员无论站着、躺着,还是趴着都可以入睡,所以睡觉时可以飘在太空舱里睡,挂在墙上睡,绑在床上睡,也可以吊在梁上睡,靠在桌边睡.不过,大多数航天员不习惯飘荡着睡.为了安全,航天员一般睡在固定的床上或固定在墙壁上的睡袋里,睡袋拉紧后能给人体施加一定的压力,使人消除那种飘飘欲坠的恐慌感.
有人睡觉时会把手或脚伸到被子外面,这在地面上看来是很正常的事,可是在太空环境里,却是很危险的.由于太空失重,睡眠中人的四肢会不受躯干支配而四处飘动.如果航天员睡着后,失控的手脚万一无意中碰到了什么开关、仪器,会造成很大的问题.所以,在太空中睡觉,航天员要把手、脚放进睡袋里,不能露在外面,以避免造成意外危险.
在太空中,航天员的大、小便习惯也与地面不同.如要小便,他们会使用一个连着管子的漏斗,管子另一头连着一个能产生吸力的风扇,将尿液收存起来.如要大便,他们则会将身体对接到一个排水管的洞上,并将脚伸进固定装置绑好.排泄物会进入一个独立的袋子,之后袋子会被密封吸入到收集桶中.也就是说,航天员必须使用一种吸入系统解决大小便问题,尿液有可能在载人航天器的生命供给系统中循环利用,吸存的粪便被存储在航天器上,之后待飞船返回时将其运回地球.科研人员对天宫二号上的粪便收集容器进行了改进,使其气压低于舱内,防止气味扩散,改善了空气环境.
航天员还要借助健身车、跑步机等器械在太空中进行体能锻炼.当然,跑步机是特制的,航天员需要用两根橡皮带从机器上绑住肩膀才能进行跑步.为保证航天员在微重力环境下身体机能不衰退,舱内还有定期对航天员心血管和身体医学指标进行监测的仪器.
给力的补给
两名航天员驻留期间所需要的很多设备、资源都是由天宫二号先带上太空的,如氧气、水等能长期贮存的物资,天宫二号能携带的物资毕竟有限,未来若要更好地进行空间实验和维持航天员在太空长期驻留,便要依靠给力的天舟一号货运飞船.
按照计划安排,2017年4月中旬将用长征七号运载火箭发射天舟一号货运飞船,与天宫二,号对接,开展推进剂补加等相关试验.推进剂补加技术是天宫二号的重要试验之一,这也是空间站长期飞行必须掌握的重要技术.如果试验成功,我国将成为继俄罗斯之后,第二个掌握在轨推进剂补加核心技术的国家,对建设中国空间站并保持其正常运行具有重要意义.
天舟一号货运飞船由前面的货物舱和后面的推进舱构成,这是其最主要的两大部分,发射质量为13吨左右,上行货物运输重量大于6.5吨,下行运力为6吨左右.下行运力就是要把实验舱尤其是未来的空间站在长期运营过程中产生的废弃物运回来,最终在大气层中销毁.
人类未来要星际旅行,首要任务就是解决食物自给、氧气和循环水等问题.高等植物培养实验就是要研究地球上的植物是否可以克服太空微重力等极端环境的影响,在太空环境中正常生长.在天宫二号实验舱内,高等植物培养是众多科学任务中唯一的生命科学实验.此次天宫二号所搭载的高等植物培养装置,就将在微重力的环境下搭建起一个温度舒适、光照可控的迷你温室.所种植的是粮食作物的典型代表水稻和绿叶植物的典型代表拟南芥.航天员要按照预定程序和实际需要进行种植操作.由于这两种作物都有一定的生长周期,故而不难想象,在以后的适当时候,还可能会发射神舟十二号飞船运载至少两名航天员升空进入天宫二号实验室内,继续进行这一生命再生技术的实验,直至获得最终结果,并运回地面,以供科学家们对比分析和研究.
天宫一号在太空中遨游了4年多,相信天宫二号飞行的时间会更长,尤其是在推进剂补加之后.进入太空、探索宇宙是人类永恒的向往和追求,中国正在为此不懈地努力.
【责任编辑】庞云
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1、航空航天医学杂志