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航天科普:宇航员究竟是怎样在太空中上厕所的?

时间:2010-12-5 17:23:32  作者:知识   来源:百科  查看:  评论:0
内容摘要:版权回原作者全部,如有侵权,请接洽我们“我以为,这个国度应当努力于在这个十年中缀之前完成人类登月并安然前往地球的方针。在这时代,没有任何一个空间项目会比这个方针给人类留下更深入的印象,或对太空的经久索 有家的人健身操健身操的全套口令

版权回原作者全部,航天如有侵权,科普请接洽我们

“我以为,宇航员究这个国度应当努力于在这个十年中缀之前完成人类登月并安然前往地球的竟样方针。在这时代,太空没有任何一个空间项目会比这个方针给人类留下更深入的中上有家的人健身操印象,或对太空的航天经久索求有更重要的意义,也没有任何一项义务会如此艰辛和昂贵。科普”这是宇航员究美国第 35 任总统约翰·F. 肯尼迪(John F. Kennedy)于 1961 年 5 月 25 日在国会揭橥国情咨文时所说的话。多么的竟样宣言既大年夜胆又激动平易近气,当然在有些人眼里,太空也显得很愚笨。中上事先,航天立博博彩公司以 1000:1 的科普赔率赌肯尼迪的宣言不会成真。

1969 年,宇航员究美国宇航员成功在月球外不雅行走并安然前往了地球。

人类迈开了大年夜步。

本文经授权节选自《BBC宇宙入门:若何看待这个世界》(江苏凤凰迷信技艺出版社)。前去“返朴”"大年夜众号,点击文末“扫瞄原文”可购置此书。点击“在看”并揭橥您的感受至留言区,截至2021年10月17日午时12点,我们会选出2条留言,共赠书2本。
撰文 | Adam Hart-Davis, Paul Bader

翻译 | 邵鑫

太空迷信

宇航员在太空站做甚么?他们把一局部时辰花在生活上——睡觉、做饭、吃饭、锻炼——剩下的大年夜局部时辰都在任务:维护、缝补仪器,做心思安康检测,停止迷信实验等。

个中一些迷信实验是为了验证某一实际。比如,阿波罗15号义务中缀时,戴维·斯科特(David Scott)站在月球上同时扔下了一把锤子和一根羽毛。在地球上,由于空气的阻力,羽毛会渐渐落下。但在没有大年夜气的月球上,它们一路坠落,同时撞上了月球外不雅。这注解,只需物体坠落时不受空气阻力的影响,重量就不会影响物体的坠落速度。伽利略在1590年就表达过这一不雅点,亚当也曾从比萨斜塔上扔下不合大年夜小的西红柿来验证这类不雅点。美国航天局展开过掩盖面特别很是广的生命迷信研讨项目,该项目中宇航员会研讨各类内容,既包括掉落重对自身身体的影响,也包括动植物在太空中的停顿状况。关于植物和小型植物,迷信家们盼看最少经由进程不雅察完全的瘦身健身操男士视频两代,来追踪它们的停顿发育状况,不雅察微重力或零重力状况对它们的停顿会形成若何的影响。实验注解,这对无脊椎植物似乎并没有影响,所以接上去的实验对象就是小型哺乳植物和鱼类了。

有待回答的标题还有很多:掉落重对内耳传感器和大年夜脑会有甚么影响?小植物肌肉萎缩及骨质流掉落的水平和人类一样吗?零重力状况下植物能正常停顿吗?植物的哪些局部对重力敏感?能栽种充沛的食用植物作为宇航员的食物来源吗?阿波罗-联盟测试谋划、天空实验室和今后的空间站都让谋划者不得不面对在短期和经久太空飞翔中会碰到的标题和寻衅。起首是发射升空进程中由于加快变成的超重状况,好在毕竟证明假设宇航员的身体可以取得固定并有优胜的支撑,超重就不是一个大年夜标题。

宇航员戴维·斯科特在月球上为数百万的电视不雅众演示锤子和羽毛实验。

资料档案丨太空实验

国际空间站上的这位迷信家正在监测零重力状况下植物的停顿状况。太空中也展开了一些蛋白质晶体的停顿实验。迷信家们盼看在不受重力影响的状况下,可以更好地懂得蛋白质的结构。当细胞处于掉落重状况时,构做培育进程也能够会出现变卦。从太空不雅测地球则有看在全球变热、荒野化等方面供应有效信息。

掉落 重

掉落重,也可以或许称为零重力。在地球轨道上,宇航员并不是真实的掉落重,重力也不为零。实践上,航天器一向在向地球坠落,它的外部也不例外。由于下落加快率是一样的,宇航员和航天器的“地板”之间不会发生任何相互感染。这就似乎你在蹦床上弹跳时,跳离蹦床的全部时辰里处于自在落体或掉落重状况。想象一下,当你在跳离蹦床的时代想把水从一个容器(最好是塑料的)倒进另一个容器时,你会发明这相当艰辛。这就是深刻所说的掉落重或零重力,也就是宇航员体验到的以为。

在零重力状况中,物体假设不被固定住就会飘浮起来。你不克不及正常地在“地板”下行走,而必需要用上尼龙搭扣或磁性靴子之类的器械。你也不克不及把器械放在桌子上或架子上,而必需将它们固定住。掉落重经常招致宇航病,这类病和晕船一样,都是由于大年夜脑接纳到的有翻开下方位的旗子暗记发生了抵触。当耳朵中的半规管在重力感染下任务时(相当缓慢),你的眼睛可以通知你水平方位在那边,从而区分哪个倾向是向上,哪个是向下。零重力状况下,耳朵完全没有顺应过去,瘦身的运动健身操就连眼睛也往往分不清水平方位在那边,由此带来的心思反响就是恶心。很多宇航员都阅历过严重的宇航病,不过荣幸的是相关病症似乎两三天就过往了。此外,长时辰缺乏锻炼会形成肌肉萎缩,所以空间站装备了健身脚踏车、振动健身器等器械。不过这些器械都是经由革新的,可以把宇航员固定在下面。

处于零重力状况下一段时辰后,人体内的血液量也会增添。在太空中,宇航员不会有太多不适的以为。然则当宇航员前往地球后,加上肌肉萎缩和重力恢复,人会以为特别很是不适。在飞往火星的长途观光中,这能够会形成一些费事,由于宇航员在抵达火星的时辰需要坚持高度警醒和安康的体魄。别的,在太空中,由于四肢支撑身体重量的任务量大年夜幅增添,身体会以为骨骼不需要那末结实,是以骨骼中的钙也会大年夜量流掉落,流掉落速度能够高达每月1%。假设长时辰在太空逗留的话,就会带来特别很是严重的标题。

国际空间站的宇航员们在合营体验零重力的进程中拉近了彼此的距离。掉落重一末尾是很好玩,但真实也会有诸多方便。

资料档案丨天然重力

迷信家们想出了各类方法来发生天然重力。在片子中,我们看到航天器的环形局部经由进程改动就能在外部发生天然重力(左图),但在实践中是不随便做到的。一种能够的处置举动是将航天器分红两局部,一局部放置发念头,另一局部作为生活区。两局部由电缆相连,让它们盘绕合营的重心改动。

医疗紧急事宜

当宇航员实施义务的时辰愈来愈长,罹病、受伤或只是牙痛的能够性都邑愈来愈大年夜。是以,大年夜多半义务都邑有一名可以也许处置此类紧急状况的大年夜夫随行,并且全部宇航员都必需接纳急救和各类技艺的培训,以便随时接办任何掉落往正常举动身手的缺陷的任务。不过还有别的一个顺手的标题,假设有人逝世在太空中该怎样办?接上去几个礼拜也不克不及一向把尸身留在大年夜家身边,那他们会把缺陷直接“安葬”在太空中吗?

空间站中的宇航员必需坚持天天锻炼几小时,以幸免肌肉萎缩和骨质流掉落。老师跳的健身操

太空辐射

离地球越远,辐射带来的损伤就越大年夜。在地球外不雅,大年夜气中的臭氧可以阻拦大年夜局部来自太阳的紫外线,地球磁场也能阻拦大年夜局部有害的宇宙射线。但到了盘绕地球的轨道上,虽然紫外线照样没法穿透太空船,然则其他辐射带来的风险却增大年夜了。假设宇航员登上火星,紫外线辐射多是一个更严重的标题,由于火星没有臭氧层,其外不雅从早到晚都完全暴露在紫外线的辐射下。宇航服必需能阻拦紫外线,不然宇航员会被严重烧伤。

宇宙射线的风险比紫外线更大年夜,最好用含有大年夜量氢原子的资料来隔尽。微妙的是,最复杂的聚合物之一——聚乙烯,在这方面的表示十分出色。航天器周围30厘米厚的聚乙烯墙能接纳30%的辐射。但照样有很多射线会进入到舱体中,为了最大年夜限制地增添其风险,个中一种方法是让宇航员补偿大年夜量的维生素C和其他富含抗氧化剂的食物,这些食物可以也许断根身体内因辐射发生的有害离子和自在基。

太空食物

食物和饮料需要非凡处置。零重力状况下,食物不会妥本地呆在盘子里,饮料也不克不及放在杯子里来喝。较早的时代,全部器械都是用铝管装的。1961年,苏联宇航员戈尔曼·季托夫(GhermanTitov)的餐点是一管蔬菜泥、一管肝酱和一管黑加仑汁。而今的食物,不论是俄式的罐装食物,照样美式的脱水食物,都要厚味多了,并且种类也很丰厚。宇航员们进餐时会运用磁化的刀、叉和勺子,多么就可以将它们吸附在桌子上,或放在固定于膝盖的托盘上。

早年没人会把汉堡包和掉落重接洽在一路。图中,一顿晚餐从国际空间站上一名宇航员的手中飘了出往。

食物自身是装在罐头或小包装里的,兑下水后会发生一定的黏性,可以黏附在勺子或叉子上。饮料装在塑料挤瓶里,可以直接对嘴喝。宇航员们必需要特别很是健身操哥哥我爱你留神,不克不及撒出任何器械,不然飘浮在太空舱内的碎屑和液滴会形成很多费事:它们会梗塞仪器和空气过滤器,也能够会进入宇航员的眼睛。出于某些缘由原由,宇航员在太空中深刻吃得很少,回到地球后体重会减轻5%支配。在某些状况下,这会对宇航员的身体安康发生不良的影响,所以那些看上往清楚瘦削的宇航员会被鼓舞多多进食。你自身也可以或许买点太空食物尝尝。有几家公司推出了宇航员吃的同款食物,并宣传说这是野营观光的梦想选择。

零重力厕所

从艾伦·谢泼德第一次进入太空末尾,如厕就一向是个标题。初期的宇航员们是穿纸尿裤的(美国航天局委婉地称之为“亲切接触装配”),但假设飞翔时辰跨越几个小时,这些纸尿裤就不敷用了。天空实验室装配了一套新的废料管理体系——废料搜集器(WCS),它用一块很憨厚的帘幕为运用者做遮挡。

WCS由一个高约80厘米、宽约30厘米的圆筒构成,长得有点像老式的改动烘干机。圆筒的前部像真空吸尘器那样会伸出一根软管作为男女通用的尿液搜集装配,软管末尾装有一个三角形的橡胶搜集口。但男女的排尿方法有别,所以这个搜集口谁用着都不酣畅。别的,由于WCS的真空吸尿机能做得不是很好,搜集口在上一小我用完后老是有点湿湿的。

想上大年夜号的时辰就把裤子脱上去坐在圆筒的顶部,脚踩在筒外侧的脚镫上,然后在大年夜腿上套一双弹力约束带。要记住,你而今是掉落重的,你应当不会想在便利进程中飘起来吧。完成这些步伐后你就可以滑开圆筒的盖子如厕了。下一个标题,零重力。在地球上,粪便会向下落;在零重力的状况下,渗出物因其黏性而难以顺利寥落。这个坐位装有11个管道,可以从各个倾向向上吹气,从而让渗出物能和你的屁屁“说再会”并落入圆筒中。不过,从管道吹出来的空气冰冷刺骨。粪便一旦进入圆筒就被改动到外不雅冻干,以免碍事。运用WCS尽对不是甚么酣畅的体验,最少有一名宇航员在实施全部义务中甚么都不吃,就是为了尽能够幸免运用它。不幸的是,即使不进食,身体也会发生渗出物,效果是虽然挨了饿,这套装配照样还得用。

这款零重力厕所样机和WCS相似。运用气流将渗出物吸入一次性容器中枯燥。不幸的是,WCS里的粪便由于过于枯燥,末尾会呈片状寥落,在太空舱里四处漂浮。而宇航员们又喜好用花生互弹对方,所以他们只能凭滋味分辨出究竟是花生照样粪便碎片。

心思寻衅

此外,还有一系列与太空飞翔有关的精神压力。起首是长时辰待在“金属盒子”里能够发生的幽闭恐惧症。阿波罗号的宇航员3人一组,相互之间挨得特别很是近,基本上不克不及改动位置或伸展四肢。虽然国际空间站有更大年夜的空间,但也不克不及溜出往独处哪怕一分钟。你永远是和他人待在一路的,逃都逃不开。你只能祈祷缺陷没有口臭或脚臭,假设有,也只能为了义务彻夜达旦地一向忍着。你的缺陷也许嗓门很大年夜,或笑声很顺耳,或喋咕哝不已,或喜好打嗝,或不爱听他人说话,或有其他一些让人难以忍受的小习尚。

远离家人和同伙能够会让人以为孤独,也能够会以为无聊和懊丧,虽然在实际中,宇航员抑郁的状况似乎不像潜水艇艇员那末严重。这大年夜概解释空中把持中心付与了宇航员们充沛多的支撑,以防他们患上抑郁症。无聊时可以用片子和游戏来打发时辰。实施在轨义务时也可以或许给家人打德律风,但关于更远距离的义务,打德律风就没那末随便了。哪怕只是在月球上,交流也会有3秒钟的延时,这使得说话变得极端艰辛——等你听到一个标题标谜底时,已又想到两个新的标题了;而在火星上,这类延时大年夜约是45分钟,事先就只能用电子邮件交流了。有些标题能够不随便事前预以为。一种是异味。一些维可牢尼龙搭扣(Velcro)曾被送到国际空间站用来固定物品。但在封锁的空间里,它怪异的气息会在人的喉咙留下一种难闻的滋味;所以下一趟航天飞机来的时辰就把它带回往了,但这个进程也破费了好几周的时辰,而空间站又没有窗户可以让宇航摇上去透透奇异空气。

这是一个让人备受煎熬的状况——低重力,举措遭到限制,还得学会与人继续相处几个礼拜到几个月。

——尼克·卡纳斯(NickKanas)空间心思学家

人物档案丨尼克·卡纳斯

过往15年间,加州大年夜学旧金山分校的心思学教授尼克·卡纳斯一向从事宇航员心思安康方面的研讨。他照样空间生物学和医学学科委员会(Committee On Space Biology and Medicine Discipline)人类举措方面的垂问。他特别研讨了美国航天局与战争号空间站宇航员的群体举措——他们是若何与其他宇航员、空中把持中心和家人交流互动的。

乔治·奥尔德里奇(George Aldrich)是美国航天局的气息专家,被誉为“侦查猎犬”。过往这些年,他已对最少700件物品停止了气息测试,并且这个数字还在赓续地促进。和其他处于压力下的人一样,宇航员的懊丧往往也会传递给他人。就似乎假设你在单位被老板骂了一天,回到家后你能够会对你的伴侣大年夜喊大年夜叫,或给猫来上几脚。当宇航员在太空船上心境抑郁时,他们能够会冲着空中把持中心大年夜喊大年夜叫,或发生更为糟的事——回家后把情感发泄在家人身上。

俄罗斯人和美国人在太空中的举措完全不合。假设一个义务有不合文明背景的人介入,除了难以幸免的误解,还能够出现预想以外的重要局面。不过,一个多元文明的集团也可以或许特别很是高效。空客A380在图卢兹工厂制造时,团队成员来自法国、德国、西班牙、英国等不合国度。团队引导人在呈报中提到,固然接纳的工程培训是一样的,但他们会从不合角度处置标题,这类方法往往特别很是有成效。

宇航员傍边不该该出现少数派,不然有人能够会被孤立、刁难或是辱弄。在战争号空间站上,当1名美国人参与到2名俄罗斯人中时就发生了多么的事。所以不该该让1名美国人和6名俄罗斯人,或1名女性和8名男性合营实施义务。梦想状况下,男女比例、不合种族人数比例都应当大年夜体相当,总人数最好把持在7人。当人数是奇数时,有益于经由进程量数票做出表决。

舱外活动

宇航员有时会分开飞船往太空行走,也就是舱外活动(EVA)。很多人都把这描画为太空观光中最棒的局部。舱外活动时,宇航员必需穿戴增压宇航服,携带自力的生命坚持体系,呼吸纯氧,宇航服体积复杂,并且相当粗笨。让人最难以忍受的是,手套又重又硬,只需戴几个小时,手就会又累又酸痛,就似乎继续几个小时几回再三挤捏一个橡皮球。但是,你会享遭到一种非同往常的自在,有点像你在拍浮池里,却不需要划水。此外,这里还能看到令人叹为不雅止的景色——你可以一会儿看到半个欧洲,日间和夜晚各只要45分钟。不过宇航员出舱可不只是为了赏识风景,他们有各类任务要做,尤其是航天器、天然卫星或哈勃空间看远镜(见第64~65页)等仪器的维修义务。

没有床,人们往往难以安睡。宇航员们睡在系绳睡袋或吊床袋里,吊床袋深刻垂直地(相对“地板”而言)绑在墙上,由于多么占用的空间更少,并且身体也以为不出倾向。有些太空船上有展位,宇航员可以在“上展”或“下展”睡觉,床板在零重力下不会以为到那末硬。平均说来,宇航员在太空中的睡眠时辰比在地球上少1个小时。

一局部宇航员在刚回到地球后特别难以顺应。

——尼克·卡纳斯空间心思学家

人类未来的太空索求

人类索求宇宙的第一步自然是月球,下一步则清楚是火星。比拟金星,火星离地球的距离更远,但外不雅地质状况要好很多。人们一向想往火星,想更多地懂得这颗白色星球,但这有能够吗?

第一,到达火星大年夜约需要8个月,当然回来也得这么久,加上宇航员需要在那边待上几个月,所以一共差不久不多要破费两到三年。假设一次往了7名宇航员,那在这段时辰内所需的食物、水、氧气和其他生命坚持物质的数量诟谇常庞大年夜的,甚至土星5号也只能将个中的一小局部送入太空。航天器和生命坚持物质必需像国际空间站那样在太空中组装。

2007年1月,美国宇航员苏尼塔·L.威廉姆斯(SunitaL.Williams)在国际空间站介入了一次舱外活动义务。在7小时的义务中,威廉姆斯为个中一个模块重新设置了冷却回路,重新安排了电气衔接,并在撤回后固定了P6桁架的右舷散热器。

第二,没有人在太空待过这么长时辰。美国宇航员沙伦·卢西德(Sharon Lucid)在俄罗斯的战争号空间站一共待了188天,也就是6个月。她曾给家里发邮件说,每个礼拜天她都穿戴粉白色的袜子,还和两名俄罗斯宇航员分享一碗果冻。令专家们惊讶的是,当她毕竟中缀义务回来的时辰,她居然能自身从航天飞机上走上去。俄罗斯宇航员瓦莱里·波利亚科夫(Valeriy Polyakov)博士从1994年1月至1995年3月在战争号空间站逗留了438天,制造了在太空中延续停立时辰最长的记载。在太空中,他天天锻炼1.5~3小时,着陆后还可以走到临近的椅子旁。第二天,他还往慢跑了。从这些阅历来看,宇航员经由8个月的太空观光抵达火星时照样能行走的,但等他们回到地球时会是甚么状况呢?

第三,人类的寿命很短。为期3年的火星探险,固然关于人类观光来说已很漫长了,但这也不过是观光者号星际索求义务(Voyager Interstellar Mission)时长的十四分之一。观光者号在发射42年后仍在运转中。

第四,本钱过高。作为曙光女神谋划(AuroraProgramme)的一局部,欧洲空间局(ESA)谋划实施一系列火星探测义务,最终方针是于2030年完成载人探测义务。美国航天局也暗示将实施载人火星义务,但而今还没有任何正式的音讯。英国体育迷信家亚当·霍基(AdamHawkey)以为,假设宇航员真的到达火星,他们将在火星上跑步而不是行走。火星的引力只要地球引力的三分之一,相当于脚下踩着弹簧,这时辰间跑步比走路更有屈服。

1998年,美国航空航天工程师罗伯特·祖布林(RobertZubrin)介入创立了火星学会(TheMarsSociety)——一个努力于宣传人类索求并殖平易近火星理念的结构。他们构思中的第一步叫作“中转火星”谋划:先吩咐消磨一辆无人“火地往复车”上岸火星。它将把一座小型核反响堆、一个小型化工厂和一座氢气供应站运过往,经由进程这些设备把氢气和火星大年夜气中的二氧化碳停止结合制造甲烷和氧气。这将为宇航员供应需要的燃料,而宇航员会与火星栖息单位(MHU)一路停止随后的飞行。

火星学会还运转着火星摹拟研讨站(MARS),经由进程摹拟火星的状况前提实验火星栖息单位的运用状况。个中一个研讨站位于犹他州的戈壁中,是一个圆形的两层楼修建,二楼是6小我的休憩和生活区,下面是一个开放式的任务区。研讨站里还有一个“压差隔离室”,介入者在进入戈壁停止“舱外活动”之前要花5分钟的时辰在外面“减压”。在戈壁里,他们穿戴全套的宇航服,配有手套、头盔和背包,摹拟宇航员的任务——搜集岩石样本,寻觅水的迹象等。他们还盼看懂得团队的静态:团队的最大心肠好的人数是若干?在同一栋楼里待上两三个礼拜后,大年夜家相处得若何?

人类进入太空有心义吗?一方面,人类比机械人更擅长运用自身的聪颖往做决议,发明潜在的标题,矫正缺陷。另一方面,人类的生命坚持本钱又很高昂:食物、水、空气、睡眠——这些机械人都不需要。登过月球的巴兹·奥尔德林确信人类应当“大年夜胆地往做……”,当被问及缘由原由时,他说他信任造物主会盼看我们多么做。

作者简介

【英】亚当·哈特-戴维斯(Adam Hart-Davis)

英国迷信家、作家、摄影师,BBC电视节目有名掌管人。他前后于牛津大年夜学、约克大年夜学取得硕士和博士学位,曾在牛津大年夜学出版社担负迷信图书编辑。

【英】保罗·巴德(Paul Bader)

BBC记载片《宇宙入门:若何看待这个世界》的实施制片人。




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