“國(guó)際空間站”建造十年經(jīng)驗(yàn)初探

朱毅麟

(中國(guó)空間技術(shù)研究院,北京 100094)

1 引言

人類歷史上規(guī)模最大、技術(shù)最復(fù)雜、耗資最多、研建時(shí)間最長(zhǎng)、合作伙伴最多的大型空間建筑物——“國(guó)際空間站”,自1998年11月發(fā)射首個(gè)模塊——“功能貨艙”開(kāi)始軌道建造以來(lái),已經(jīng)10年有余。若從1984年美國(guó)提出自由號(hào)空間站的龍骨架式方案算起,則已經(jīng)過(guò)了四分之一個(gè)世紀(jì)。2009年5月,“國(guó)際空間站”開(kāi)始常駐6 人,日本希望號(hào)實(shí)驗(yàn)艙最后一個(gè)模塊露天平臺(tái)裝配完畢。至此,“國(guó)際空間站”的建造開(kāi)始進(jìn)入收尾階段。若無(wú)意外發(fā)生,其2010年竣工建成,全面投入應(yīng)用已經(jīng)在望。

“國(guó)際空間站”采取邊建造、邊應(yīng)用的模式推進(jìn)。十年艱辛,十年創(chuàng)新,無(wú)論在方案設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、裝配集成、運(yùn)行管理、物資補(bǔ)給及國(guó)際合作等方方面面都積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),也經(jīng)歷了挫折,甚至付出生命的代價(jià)?！皣?guó)際空間站”取得的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn),不僅對(duì)其他國(guó)家或集團(tuán)的空間站建設(shè),而且對(duì)今后長(zhǎng)期載人深空探測(cè)的發(fā)展具有重要的參考價(jià)值和借鑒意義。

總結(jié)“國(guó)際空間站”建造與應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn),是一項(xiàng)內(nèi)容豐富、意義重大、涉及面廣的研究任務(wù),需要組織相關(guān)人員開(kāi)展專題研究。本文僅就筆者力所能及,做一初步探討,分別從系統(tǒng)設(shè)備、居住環(huán)境、物資補(bǔ)給、作息制度、健康保障、人的作用、航天員出艙活動(dòng)和國(guó)際合作8 個(gè)方面加以闡述。由于掌握的資料有限,論述不夠系統(tǒng),分析也不夠深刻,但力圖科學(xué)、客觀地加以評(píng)述,涉及美、俄兩國(guó)成果的對(duì)比時(shí),不受業(yè)內(nèi)流行的褒俄貶美、“揚(yáng)船抑機(jī)”觀點(diǎn)所左右。

2 系統(tǒng)與設(shè)備[1]

系統(tǒng)與設(shè)備是空間站的基礎(chǔ),其設(shè)計(jì)水平?jīng)Q定了空間站的功能、性能、運(yùn)行與壽命?！皣?guó)際空間站”除歐洲航天局的“哥倫布”實(shí)驗(yàn)艙、日本希望號(hào)實(shí)驗(yàn)艙及加拿大提供的遙控機(jī)械臂外,基本上是由美國(guó)和俄羅斯兩家的艙段、系統(tǒng)和設(shè)備所組成。兩國(guó)的民族精神與文化傳統(tǒng)的差異決定了它們?cè)诳臻g站艙段、系統(tǒng)和設(shè)備的設(shè)計(jì)理念和運(yùn)行原則的不同,但按不同設(shè)計(jì)理念研制的相同功能的系統(tǒng)與設(shè)備,更適合于互為備份,提高空間站運(yùn)行的可靠性。

1)美、俄設(shè)備各有千秋

(1)美國(guó)系統(tǒng)與設(shè)備重創(chuàng)新

美國(guó)系統(tǒng)與設(shè)備的設(shè)計(jì)理念強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新,追求先進(jìn)。其艙段、系統(tǒng)和設(shè)備基本上不沿用成熟的技術(shù)和產(chǎn)品,大都是新研制的。

美國(guó)系統(tǒng)和設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是:功能強(qiáng)、自動(dòng)化程度高;遙測(cè)參數(shù)多,能使地面人員全面了解和掌握站上各系統(tǒng)、設(shè)備的工作狀況,甚至比站上航天員更了解空間站的運(yùn)行狀況。因此,美國(guó)實(shí)驗(yàn)艙的系統(tǒng)與設(shè)備工作狀態(tài)幾乎完全依靠地面控制人員通過(guò)遙測(cè)數(shù)據(jù)監(jiān)控。在許多情況下,站上的系統(tǒng)與設(shè)備由地面控制人員發(fā)遙控指令直接控制或操作。

美國(guó)實(shí)驗(yàn)艙廣泛使用電子計(jì)算機(jī),幾乎每個(gè)系統(tǒng)、每臺(tái)設(shè)備都要求由計(jì)算機(jī)控制和操作,即使像開(kāi)、關(guān)照明燈這樣易如反掌的操作,也要由計(jì)算機(jī)發(fā)出指令來(lái)執(zhí)行?？臻g站上航天員的工作任務(wù)負(fù)擔(dān)較輕(與俄羅斯相比)。

其缺點(diǎn)是:過(guò)分依賴電腦,削弱了人腦的作用,不利于鍛煉和提高航天員獨(dú)立自主處理應(yīng)急事件的能力。例如,2001年4月,第二批長(zhǎng)期考察組在站期間,美國(guó)實(shí)驗(yàn)艙的指揮和控制計(jì)算機(jī)突然發(fā)生故障,且無(wú)法與地面聯(lián)系,航天員束手無(wú)策。幸好,此時(shí)奮進(jìn)號(hào)航天飛機(jī)對(duì)接在空間站上,通過(guò)奮進(jìn)號(hào)上的通信設(shè)備與地面取得了聯(lián)系。最后,通過(guò)節(jié)點(diǎn)1號(hào)艙計(jì)算機(jī)中的“留守”程序,幫助實(shí)驗(yàn)艙計(jì)算機(jī)恢復(fù)正常。

這個(gè)“留守”程序具有特殊功能,提供一條“后門(mén)”走道,檢查與調(diào)試實(shí)驗(yàn)艙計(jì)算機(jī),使其恢復(fù)對(duì)實(shí)驗(yàn)艙的控制。

(2)俄羅斯系統(tǒng)與設(shè)備重繼承

俄羅斯系統(tǒng)與設(shè)備的設(shè)計(jì)理念是:低研制成本、短研制周期、不強(qiáng)調(diào)長(zhǎng)壽命,但要求可維修。

系統(tǒng)與設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是:簡(jiǎn)單、經(jīng)久耐用,機(jī)械性能好,便于維修,基本上是采用經(jīng)過(guò)太空飛行驗(yàn)證的成熟技術(shù)或產(chǎn)品。俄羅斯實(shí)驗(yàn)艙所用系統(tǒng)和設(shè)備大都是和平號(hào)空間站系統(tǒng)和設(shè)備的復(fù)制品。

其缺點(diǎn)是:①監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與設(shè)備工作狀態(tài)的遙測(cè)參數(shù)太少,地面控制人員對(duì)空間站運(yùn)行的狀況了解不夠全面,因此,要求站上航天員有較強(qiáng)的自主工作能力,能在不依賴地面的情況下,保證系統(tǒng)、設(shè)備正常工作;②系統(tǒng)與設(shè)備的工作壽命不長(zhǎng),需要定期檢查維修,更換老化或磨損部件,因而對(duì)補(bǔ)給物資的運(yùn)輸量和運(yùn)輸次數(shù)要求增加。

2)系統(tǒng)與設(shè)備應(yīng)具有可維修性,航天員應(yīng)掌握一定的維修技能

空間站上的系統(tǒng)與設(shè)備需要長(zhǎng)期(10年或更長(zhǎng))運(yùn)轉(zhuǎn),在此期間發(fā)生故障不可避免,且發(fā)生頻率不會(huì)太低,不能一出毛病就更換備用件?！皣?guó)際空間站”的實(shí)踐證明,增加設(shè)備的可維修性,培訓(xùn)航天員掌握一定的維修技能是非常重要的。

以體育鍛煉設(shè)備為例:美制設(shè)備功能全、精度高、有隔震器,且有完善的監(jiān)視系統(tǒng)與測(cè)量系統(tǒng),能準(zhǔn)確完整地記錄人體的代謝功能和鍛煉設(shè)備的工作性能等參數(shù),供地面醫(yī)生和控制人員研究分析。但多功能、高精度的設(shè)備往往比較“嬌氣”,易發(fā)生故障,同時(shí)由于設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)一般考慮可在軌更換,而不考慮可在軌維修,一有故障就需要更換備用件或者等待地面送來(lái)可更換件。

俄制體育鍛煉設(shè)備則比較簡(jiǎn)單、耐用、不易出故障,可維修性好,但監(jiān)測(cè)人體生理參數(shù)和設(shè)備工作狀態(tài)的功能較少。設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)就考慮可在軌維修,出了故障,俄航天員能在軌自行修復(fù)。

可更換與可維修的概念是不同的。在軌維修主要依靠人,依靠航天員的技能,而在軌更換則依賴物,依賴預(yù)存在空間站上或由運(yùn)輸器運(yùn)來(lái)可更換部件。后者往往需占用空間站上的有限空間。有些在軌備用件可能多年用不上。例如,美制的“軸承馬達(dá)與滾動(dòng)環(huán)模塊”(Bearing Motor and Roll Ring M odule)可更換件,體積為0.5m3,2001年由航天飛機(jī)第7A 次飛行任務(wù)送去,準(zhǔn)備用于替換易于發(fā)生卡住現(xiàn)象的太陽(yáng)電池陣轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。這個(gè)模塊只有在航天飛機(jī)支持下才能更換,后因哥倫比亞號(hào)失事,航天飛機(jī)停飛,該模塊一直沒(méi)用上,白白占據(jù)了寶貴的“空間”資源。

3)空間站應(yīng)配備先進(jìn)的控制與數(shù)管系統(tǒng)

“國(guó)際空間站”正在使用的控制與數(shù)管系統(tǒng)是一個(gè)名副其實(shí)的智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。該計(jì)算機(jī)不僅體系結(jié)構(gòu)具有“魯棒性”,而且有很強(qiáng)的自學(xué)習(xí)和軟件重構(gòu)能力,能快速、高效地接受上傳的新軟件,修改原有軟件和重置軟件參數(shù)。

2000年夏,空間站機(jī)械臂連續(xù)發(fā)生一系列異常,如關(guān)節(jié)發(fā)澀、閘鎖松動(dòng)、到位不準(zhǔn)等。按照原定的故障對(duì)策預(yù)案是制造、發(fā)射備份機(jī)械臂,在下次航天飛機(jī)執(zhí)行安裝“聯(lián)合氣閘艙”任務(wù)時(shí)送去,進(jìn)行更換。這個(gè)方案不僅會(huì)使下次航天飛機(jī)發(fā)射時(shí)間大大推遲,而且要求航天員出艙執(zhí)行在軌更換任務(wù)。后經(jīng)地面工程技術(shù)人員研究,認(rèn)為可通過(guò)修補(bǔ)控制與數(shù)管系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的軟件,排除機(jī)械臂的異常。最后軟件修補(bǔ)成功,機(jī)械臂恢復(fù)正常。開(kāi)發(fā)修補(bǔ)軟件只使航天飛機(jī)發(fā)射時(shí)間推遲了幾星期,而且節(jié)省了制造備份機(jī)械臂的時(shí)間和成本。

這個(gè)例子充分表明,先進(jìn)的控制與數(shù)管系統(tǒng)的重要性。

4)系統(tǒng)與設(shè)備方面的兩點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)

(1)系統(tǒng)與設(shè)備的設(shè)計(jì)必須考慮可調(diào)整性

空間站的系統(tǒng)與設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)其實(shí)際工作環(huán)境條件的了解及在地面對(duì)環(huán)境條件的模擬,總不可能完全真實(shí),只有當(dāng)系統(tǒng)、設(shè)備到了空間站上投入運(yùn)行后,才能真正了解到。有時(shí),系統(tǒng)、設(shè)備不得不按照真實(shí)的環(huán)境條件修正某些功能、性能參數(shù)。因此,系統(tǒng)與設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)考慮留有可做局部修改的余地,使他們具備接受在軌(原位)診斷維修、操作約束、軟件修補(bǔ)等功能。

例如,“國(guó)際空間站”外部展開(kāi)結(jié)構(gòu)(如太陽(yáng)電池陣)生成陰影的幾何學(xué)很復(fù)雜,飛行中姿態(tài)的調(diào)整與設(shè)計(jì)時(shí)的預(yù)計(jì)狀態(tài)也可能不同,從而使空間站結(jié)構(gòu)的熱環(huán)境很難準(zhǔn)確估算,需要在實(shí)際運(yùn)行中調(diào)整熱控措施。同時(shí),在運(yùn)行過(guò)程中,應(yīng)盡可能多采集系統(tǒng)、設(shè)備的工作性能數(shù)據(jù)。

(2)系統(tǒng)與設(shè)備必須開(kāi)展優(yōu)化設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)對(duì)系統(tǒng)與設(shè)備在復(fù)雜性、自動(dòng)化、可靠性、可維修性和可更換性等多因素進(jìn)行綜合權(quán)衡,開(kāi)展優(yōu)化設(shè)計(jì);在綜合權(quán)衡過(guò)程中還應(yīng)考慮人員培訓(xùn)、航天員人時(shí)(工作量)、物資儲(chǔ)存要求、后勤保障、成本、進(jìn)度等因素?！皣?guó)際空間站”的實(shí)踐再次證明,通用化、模塊化是系統(tǒng)與設(shè)備設(shè)計(jì)的最佳選擇。

3 居住環(huán)境[2-3]

根據(jù)航天員反映,“國(guó)際空間站”總的說(shuō)來(lái),具有良好的適居性,但仍有有待改進(jìn)之處。

1)應(yīng)為航天員提供個(gè)人私密空間

空間站適居性不僅指提供舒適的生活工作環(huán)境,還應(yīng)更加人性化,為航天員提供個(gè)人私密環(huán)境。凡是上過(guò)空間站的航天員,一致認(rèn)為私密空間是不可或缺的。

“國(guó)際空間站”為每位航天員設(shè)置有臥室。這不過(guò)是一個(gè)有門(mén)、照明燈和空調(diào)的狹小房間,可作為唯一的私密空間。建站初期,只在服務(wù)艙內(nèi)設(shè)有2 間臥室。第一批長(zhǎng)期考察組3 名航天員到來(lái)后,只好在功能貨艙的走廊上掛了一個(gè)睡袋,權(quán)當(dāng)臥室。第二批長(zhǎng)期考察組進(jìn)駐后,感到躺在睡袋里既不舒服、也沒(méi)有私密空間,就地取材在美國(guó)實(shí)驗(yàn)艙的貨架上搭建了一個(gè)臨時(shí)臥室。直到第三批長(zhǎng)期考察組到達(dá),帶來(lái)并安裝了第三間臥室,才保證每個(gè)航天員有自己的私密空間。

2)要進(jìn)一步改善站內(nèi)設(shè)施的布局

迄今為止,所有長(zhǎng)期考察組的航天員對(duì)“國(guó)際空間站”內(nèi)部總體布局和設(shè)備配置的評(píng)價(jià)是:簡(jiǎn)單實(shí)用,基本合理;如果能在生活區(qū)和工作區(qū)之間有個(gè)隔斷,則可保證休息時(shí)不受工作區(qū)的干擾,在精神上徹底放松。此外,建站初期,到空間站作短期訪問(wèn)的俄羅斯航天員反映,生活還不太方便,服務(wù)艙內(nèi)的備餐區(qū)和餐桌離廁所太近。

3)必須擴(kuò)大存放物資的儲(chǔ)藏室

建站開(kāi)始不久就發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)藏室太小。美國(guó)實(shí)驗(yàn)艙和俄羅斯實(shí)驗(yàn)艙都存在這個(gè)問(wèn)題。其他諸艙段也都堆滿各種物資?？臻g站各艙段的上、下、左、右每個(gè)面幾乎都被分隔成多層貨架存放物品,以緩解儲(chǔ)藏室的不足。如此高密集度的存放模式,不僅擠壓了航天員的活動(dòng)空間,而且?guī)?lái)安全隱患和使用不便的問(wèn)題。

例如,第七批長(zhǎng)期考察組在一次消防演習(xí)中發(fā)現(xiàn),從貨架上取下便攜式滅火器所花費(fèi)的時(shí)間大大超過(guò)演習(xí)方案所規(guī)定的時(shí)間。后來(lái)地面控制人員通過(guò)航天員所提供的空間站艙內(nèi)數(shù)字圖像的檢查,發(fā)現(xiàn)一些重要的防火栓被層層貨物遮擋住,于是命令航天員將這些重要防火栓出口處的障礙貨物搬走。

航天員為了取用所需的物品,必須搬走擋住它的其他物品,增加額外的挪動(dòng)時(shí)間。例如,專為航天飛機(jī)對(duì)接用的充壓對(duì)接艙也堆滿了物資,在航天飛機(jī)對(duì)接前必須先把堆積物挪走。俄羅斯和美國(guó)的氣閘艙中也都塞進(jìn)了物資箱包,航天員執(zhí)行出艙活動(dòng)前,得先搬走這些障礙物,影響航天員出艙活動(dòng)的效率。

在航天飛機(jī)停飛期間,物資存放的問(wèn)題尤為嚴(yán)重,因?yàn)橐恍┍仨毧亢教祜w機(jī)運(yùn)回地面的大件物品,在站上越積越多。

4)應(yīng)建立快速物資查詢系統(tǒng)

在長(zhǎng)期航天飛行任務(wù)中,對(duì)運(yùn)行環(huán)境應(yīng)實(shí)施創(chuàng)新性管理,以便航天員能方便、清楚地了解3W:站上存有哪些物品(W hat), 存放在什么地方(Where),這些物品按計(jì)劃在什么時(shí)候用(When)。在空間站上生活過(guò)的航天員普遍認(rèn)為,空間站上引進(jìn)一種類似于超市管理常用的商品數(shù)據(jù)庫(kù)及計(jì)算機(jī)查詢系統(tǒng)是非常必要的?！皣?guó)際空間站”現(xiàn)有一種根據(jù)條形碼建立的電腦存貨查詢系統(tǒng),使用操作尚不夠便捷。該系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)需要改進(jìn),操作程序要簡(jiǎn)化,維護(hù)工作要減少。

5)要確保對(duì)艙內(nèi)噪聲抑制達(dá)標(biāo)

“國(guó)際空間站”實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)的氣壓、溫度、濕度、大氣成分、防輻射、減震等環(huán)境條件,都基本上達(dá)到環(huán)控與生保系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo),符合適居性要求,只是艙內(nèi)的噪聲過(guò)大,比設(shè)計(jì)值高出很多?！皣?guó)際空間站”上的系統(tǒng)和設(shè)備產(chǎn)生的噪聲并不都符合設(shè)計(jì)指標(biāo)。航天員隨身攜帶的聲強(qiáng)計(jì)測(cè)量結(jié)果表明,艙內(nèi)噪聲24 小時(shí)的平均值為72dB,遠(yuǎn)超出規(guī)定的55～69dB,以致航天員無(wú)論是工作時(shí)還是睡眠時(shí)都不得不戴上聽(tīng)力保護(hù)器。空間站上準(zhǔn)備了多種耳塞和消音頭盔供使用。由于噪聲超標(biāo),有幾位長(zhǎng)期考察組航天員在飛行任務(wù)結(jié)束后,聽(tīng)力受到了永久性損害。這一點(diǎn)必須引以為訓(xùn)。

4 物資補(bǔ)給[4]

物資補(bǔ)給是保證空間站長(zhǎng)期、持續(xù)運(yùn)行的最重要的條件之一。

1)要精打細(xì)算,保證常規(guī)物資補(bǔ)給

在哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)的事故之前,美國(guó)和俄羅斯實(shí)驗(yàn)艙的物資補(bǔ)給任務(wù)分別由航天飛機(jī)和進(jìn)步號(hào)貨運(yùn)飛船承擔(dān)。這樣的分工負(fù)責(zé),提供了一條穩(wěn)定有序的補(bǔ)給線,基本滿足雙方實(shí)驗(yàn)艙和航天員的需求,對(duì)站上的儲(chǔ)藏室也未造成太大壓力。

俄羅斯的系統(tǒng)與設(shè)備是按照可在軌維修設(shè)計(jì)的,需要進(jìn)步號(hào)貨運(yùn)飛船經(jīng)常送去必需的零部件。美國(guó)的系統(tǒng)與設(shè)備是按照可更換設(shè)計(jì)的,其重要設(shè)備的備用件大都隨主設(shè)備同時(shí)運(yùn)來(lái),其他設(shè)備的備用件則按需運(yùn)送。由于運(yùn)輸成本很高,進(jìn)步號(hào)貨船每次運(yùn)送不超過(guò)2.5t,且空間站的儲(chǔ)藏室很小,所以對(duì)物資的消耗要精打細(xì)算,盡可能減少運(yùn)輸量,降低補(bǔ)給成本,非急用的備件不要預(yù)先送來(lái)。

2)通過(guò)節(jié)衣縮食,順利渡過(guò)難關(guān)

哥倫比亞號(hào)事故后航天飛機(jī)停飛,美、俄兩國(guó)實(shí)驗(yàn)艙的物資補(bǔ)給完全依賴為數(shù)不多、運(yùn)輸能力不大的幾艘進(jìn)步號(hào)貨船?？臻g站消耗品需求不得不加以壓縮。經(jīng)過(guò)精確評(píng)估,站上航天員和設(shè)備所需的空氣、水、食物和推進(jìn)劑等必需品的消耗量,在保證安全健康的前提下,采取了以下削減措施:

(1)航天員衣服減少了85%,即在軌6 個(gè)月期間, 每人的服裝由原來(lái)的約 0.34m3減為約0.06m3;

(2)食物減少了25%;

(3)毛巾、衣服等軟性物品改用簡(jiǎn)化包裝;

(4)用數(shù)碼相機(jī)代替膠片相機(jī),用電子文件代替紙質(zhì)文件;

(5)每人每天的用水量從3L 減為2L ,同時(shí)充分?jǐn)D干濕衣服和濕毛巾中的水分,增加回收的水量;

(6)調(diào)整空間站姿態(tài),保持低阻力太陽(yáng)定向方式飛行,以節(jié)約提升軌道所需的推進(jìn)劑。

通過(guò)以上節(jié)衣縮食的手段,在航天飛機(jī)停飛的2年半時(shí)間里,僅依靠進(jìn)步號(hào)貨船,保證了2 名航天員常駐期間的物資補(bǔ)給及空間站的持續(xù)建造和運(yùn)行。

3)需要進(jìn)一步研究的物資補(bǔ)給問(wèn)題

空間站再生與自主功能強(qiáng),則要求運(yùn)輸補(bǔ)給量小;反之,若空間站再生與自主能力弱,則需補(bǔ)給量大、次數(shù)多,因此,需要在空間站再生自主功能與運(yùn)輸補(bǔ)給量之間權(quán)衡。根據(jù)“國(guó)際空間站”的經(jīng)驗(yàn),以下物資補(bǔ)給問(wèn)題需要進(jìn)一步比較研究:

(1)航天員衣服、毛巾等物品是完全由地面供應(yīng)更換,還是在空間站設(shè)置洗衣房,洗滌后重復(fù)使用?

(2)航天員食物是完全由地面生產(chǎn)供應(yīng),還是應(yīng)在站上適當(dāng)種植生產(chǎn)一些蔬果作為補(bǔ)充?

(3)空間站產(chǎn)生的廢物是全部扔入垃圾箱,還是應(yīng)逐步建立再生利用機(jī)制?

(4)飲水完全靠地面供應(yīng),還是建立水再生系統(tǒng)循環(huán)使用?(2009年5月,“國(guó)際空間站”上的水再生系統(tǒng)已投入使用,航天員已正式飲用尿液回收后生成的凈化水。)

(5)運(yùn)輸物資的包裝是采用防護(hù)能力強(qiáng)、產(chǎn)生廢物多的硬包裝,還是采用防護(hù)能力弱、產(chǎn)生廢物少的軟包裝?

(6)飲食是供應(yīng)食用方便的“盒飯式”快餐,還是按不同品種的食物分別包裝、運(yùn)輸、儲(chǔ)存,供應(yīng)“自助式”餐飲?

5 作息制度[5]

1)任務(wù)安排要有一定的靈活性

空間站常年累月運(yùn)行,不可能像短期運(yùn)行的載人飛船或航天飛機(jī)那樣,逐日制定非常嚴(yán)格的“任務(wù)時(shí)間表”(或“工作時(shí)間表”)。載人飛船與航天飛機(jī)執(zhí)行任務(wù)一般不超過(guò)2 個(gè)星期,每一天的工作時(shí)間表都可以經(jīng)過(guò)精心策劃和優(yōu)化設(shè)計(jì),保證航天員高效率完成任務(wù)后,不至于感到太疲勞。

“國(guó)際空間站”的長(zhǎng)期考察組需要在太空生活工作達(dá)半年之久,期間不確定因素很多,難以將180 天的工作任務(wù)都逐日逐項(xiàng)規(guī)劃好。每天的工作安排要考慮有一定的機(jī)動(dòng)靈活性。除規(guī)定要完成的站務(wù)管理和科學(xué)研究任務(wù)外,要保證體育鍛煉、個(gè)人衛(wèi)生及個(gè)人自由活動(dòng)的時(shí)間。工作時(shí)間表中還要明確執(zhí)行任務(wù)的要求和保障條件。例如,執(zhí)行任務(wù)時(shí),必須在地面監(jiān)控下進(jìn)行。

由于美、俄兩國(guó)文化背景與社會(huì)傳統(tǒng)不同,美國(guó)實(shí)驗(yàn)艙航天員的任務(wù)時(shí)間表靈活性較大;俄羅斯航天員工作時(shí)間表安排得較緊湊,執(zhí)行任務(wù)的自由度較小,航天員必須嚴(yán)格照時(shí)間表按部就班地完成規(guī)定的操作。

2)工作安排要注意勞逸結(jié)合

盡管工作時(shí)間表規(guī)定了每個(gè)航天員應(yīng)完成的站務(wù)管理和科學(xué)研究工作量,但實(shí)際上航天員經(jīng)常是超負(fù)荷工作,完成大量工作時(shí)間表以外的任務(wù)。這對(duì)航天員身體健康和空間站運(yùn)行安全都是不利的。

在空間站狹小的空間里,航天員沒(méi)有寬敞的活動(dòng)余地。實(shí)踐表明,讓航天員在完成時(shí)間表規(guī)定的任務(wù)外有一定的個(gè)人自由活動(dòng)時(shí)間,讓他們能自行選擇有趣的或輕松的活動(dòng),大有好處。正如人們下班后或周末從事整理庭院、裝修房間、讀書(shū)看報(bào)、下棋打牌等業(yè)余愛(ài)好,達(dá)到調(diào)節(jié)身心、消除疲勞的目的。對(duì)于執(zhí)行長(zhǎng)期航天飛行任務(wù)的航天員,同樣需要安排類似的有趣的休閑性活動(dòng),如閱讀圖書(shū),看畫(huà)冊(cè),聽(tīng)音樂(lè),看電影,做游戲,搞競(jìng)賽等活動(dòng),做到勞逸結(jié)合。

3)要賦予航天員與地面聯(lián)系的自主性

航天員的工作時(shí)間表嚴(yán)格規(guī)定了航天員與地面通信的次數(shù)和通信時(shí)間,以及向地面報(bào)告任務(wù)完成情況的方式。一般情況下,每個(gè)工作日開(kāi)始和結(jié)束時(shí),航天員與地面控制人員開(kāi)一次“碰頭會(huì)”。此外,除非十分必要,地面控制人員不得隨便與站上航天員通信,以免干擾航天員的活動(dòng)。

“國(guó)際空間站”的工作進(jìn)度是由計(jì)算機(jī)管理的。航天員完成某項(xiàng)任務(wù)后,可通過(guò)計(jì)算機(jī)向地面控制人員發(fā)簡(jiǎn)報(bào),報(bào)告內(nèi)容主要是任務(wù)完成的結(jié)果和實(shí)際所花的時(shí)間。簡(jiǎn)報(bào)儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)里,美國(guó)實(shí)驗(yàn)艙在通過(guò)中繼衛(wèi)星隨時(shí)自動(dòng)下傳給地面;俄羅斯實(shí)驗(yàn)艙則當(dāng)空間站進(jìn)入地面站通信范圍天地之間聯(lián)系接通時(shí),簡(jiǎn)報(bào)自動(dòng)下傳給地面,地面人員能及早將任務(wù)完成的結(jié)果和時(shí)間與預(yù)期成果和時(shí)間作對(duì)比。

這種自動(dòng)報(bào)告的辦法一方面可以在不打擾站上航天員的情況下,地面人員全天時(shí)跟蹤了解空間站任務(wù)執(zhí)行情況;另一方面,航天員的日常工作更加“地面化”,在完成規(guī)定工作任務(wù)的同時(shí)有較大的自主性和靈活性。

4)要協(xié)調(diào)好不同時(shí)區(qū)地面控制中心之間的工作時(shí)段

“國(guó)際空間站”美、俄兩國(guó)實(shí)驗(yàn)艙航天員的作息時(shí)間統(tǒng)一按莫斯科標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間安排。這主要為了照顧俄羅斯地面控制中心人員的上班時(shí)間。俄羅斯地面工作人員大都乘地鐵等公共交通工具上下班,而公交并不是一天24h 都運(yùn)營(yíng)。為了與俄羅斯地面人員上班時(shí)間保持一致,空間站每天的工作時(shí)間是從莫斯科時(shí)間早上9 時(shí)開(kāi)始。而位于美國(guó)得克薩斯州休斯敦的NASA 約翰遜航天中心則是當(dāng)?shù)貢r(shí)間凌晨2 ∶00。這就苦了約翰遜航天中心的工作人員,不得不半夜上班、白天睡覺(jué),打亂了生物鐘,很容易疲勞。

由于美、俄兩國(guó)的主要載人航天飛行任務(wù)控制中心位于不同時(shí)區(qū),雙方的飛控人員、技術(shù)人員和管理人員之間的協(xié)調(diào)變得很不方便。為了在一天中雙方都合適的時(shí)間里“碰頭”溝通,往往需要反復(fù)多次協(xié)調(diào)才能定下來(lái)。

5)要盡量減少夜間加班,調(diào)整睡眠時(shí)間的頻度

為保證航天員的休息和身體健康,地面工作人員在安排造訪的飛船、航天飛機(jī)與空間站進(jìn)行交會(huì)對(duì)接、解鎖分離及航天員出艙等重大任務(wù)時(shí),盡量不在航天員睡眠時(shí)間段執(zhí)行,避免打亂正常的生活規(guī)律。

但是,“夜半鐘聲到客船”的情況仍時(shí)有出現(xiàn)。主要是俄羅斯的聯(lián)盟號(hào)載人飛船和進(jìn)步號(hào)貨運(yùn)飛船的對(duì)接、分離,經(jīng)常要求航天員調(diào)整睡眠時(shí)間。俄羅斯航天員的出艙活動(dòng)也往往安排在本來(lái)用于睡眠的時(shí)段內(nèi)實(shí)施。夜間加班主要是為了保證活動(dòng)期間俄羅斯地面站人員能接收到遙測(cè)數(shù)據(jù)。俄羅斯由于缺少可供使用的全球覆蓋的通信衛(wèi)星和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星網(wǎng),完全依賴它分布在亞洲大陸的地面站接收數(shù)據(jù)。美國(guó)則依靠完善的跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng),其地面控制中心可隨時(shí)自動(dòng)地通過(guò)中繼衛(wèi)星與空間站保持通信聯(lián)系,而不一定要求在夜間加班。

關(guān)于睡眠時(shí)間調(diào)整的原則,美國(guó)醫(yī)生與俄國(guó)醫(yī)生的觀點(diǎn)不同。美國(guó)醫(yī)生認(rèn)為睡眠時(shí)間調(diào)整應(yīng)逐漸進(jìn)行,以保證人的最困乏點(diǎn)在活動(dòng)時(shí)間之外;而俄國(guó)醫(yī)生主張實(shí)施“快速調(diào)整”。第二批長(zhǎng)期考察組在站期間,曾經(jīng)在15 天內(nèi)進(jìn)行了4 次睡眠調(diào)整。航天員報(bào)告稱,這樣頻繁調(diào)整使他們睡不好覺(jué),疲憊不堪;他們不得不警告說(shuō),這種做法會(huì)對(duì)安全運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。后經(jīng)雙方協(xié)商,取得一致意見(jiàn),認(rèn)為對(duì)交會(huì)對(duì)接、解鎖分離和航天員出艙等重大活動(dòng)需要制定特殊的睡眠調(diào)整機(jī)制,使執(zhí)行活動(dòng)時(shí),航天員不處于最困乏點(diǎn)上,既保證完成活動(dòng)任務(wù),也有利于保證航天員的身體健康。

6 健康保障[6]

對(duì)于進(jìn)行長(zhǎng)期航天飛行的航天員,心理健康保障與生理健康保障具有同樣的重要性。航天員們報(bào)告稱,心理健康保障對(duì)他們保持清醒的頭腦、頑強(qiáng)的意志和飽滿的精神是不可或缺的。

1)應(yīng)重視與加強(qiáng)心理健康保障

要讓航天員在空間站上充滿信心、聚精會(huì)神地執(zhí)行飛行任務(wù),而不是人在天宮,心系家人,勉為其難地熬過(guò)漫長(zhǎng)的太空歲月。

“國(guó)際空間站”的實(shí)踐表明,以下措施對(duì)于消除航天員的后顧之憂,保障心理健康是很有效的。

(1)與家人親友通話或視頻“見(jiàn)面”

最有效的心理健康保障措施莫過(guò)于通過(guò)無(wú)線電音頻或視頻與家人通話或“見(jiàn)面”,接受家屬和親友的關(guān)心和問(wèn)候,從中得到安慰和鼓勵(lì),消除后顧之憂。建站初期,航天員每星期只能與家人、親友進(jìn)行15 分鐘的音頻通話或可視電話“見(jiàn)面”交談。后來(lái),空間站上增加了無(wú)線通信信道,航天員可以隨時(shí)與地面站聯(lián)系,延長(zhǎng)了通信時(shí)間。從第二批長(zhǎng)期考察組開(kāi)始,航天員可以使用配有天地之間通信功能的個(gè)人筆記本電腦,只要在地面站通信覆蓋范圍內(nèi)、且任務(wù)時(shí)間安排允許的情況下,就可以用筆記本電腦與全球的親友進(jìn)行通信聯(lián)系。此后,航天員每天都可同親朋好友通話或“見(jiàn)面”。

(2)送慰問(wèn)包

在“國(guó)際空間站”建造期間,凡從地面來(lái)的航天飛機(jī)、載人或貨運(yùn)飛船都要給航天員帶來(lái)慰問(wèn)包。慰問(wèn)包中的物品大都是家人、親友的饋贈(zèng)品,諸如信件、賀卡、照片、紀(jì)念品、小禮物、兒童玩具、錄音帶、錄像帶、電視片以及巧克力、干果等零食。長(zhǎng)期考察組執(zhí)行任務(wù)期間,有時(shí)不可能有多次短期巡訪組到來(lái),但凡來(lái)必帶慰問(wèn)包,已成為慣例。

(3)改進(jìn)用餐方式,享受進(jìn)餐的樂(lè)趣

飲食不僅為航天員提供熱量和營(yíng)養(yǎng)需求,保障生理健康,而且具有明顯的心理健康保障作用。對(duì)航天員來(lái)說(shuō),飲食是一種樂(lè)趣,是一種享受,也是一種消閑方式。增加食物品種,改善供應(yīng)模式和用餐方式,不僅有利于恢復(fù)體力、消除疲勞,而且有利于提高就餐時(shí)的樂(lè)趣,化解工作帶來(lái)的緊張情緒,保持輕松愉快的精神狀態(tài)。

2)要增加食物品種,改進(jìn)供應(yīng)方式

(1)食物品種要照顧不同國(guó)家航天員的文化與習(xí)慣

飲食是一種文化。不同國(guó)家、不同民族的航天員對(duì)飲食的習(xí)慣愛(ài)好迥異。正如人們長(zhǎng)期在國(guó)外工作,對(duì)飲食不習(xí)慣,喜歡吃家鄉(xiāng)飯、家鄉(xiāng)菜一樣,長(zhǎng)期生活在空間站上的航天員也有這樣的要求。

單調(diào)、重復(fù)的飲食容易引起厭煩,造成食欲不振。所以空間站的食物應(yīng)多樣化,延長(zhǎng)菜單食譜的重復(fù)周期。對(duì)不同國(guó)籍、不同民族的航天員應(yīng)盡可能提供與其民族文化、生活習(xí)慣相適應(yīng)的飲食。

“國(guó)際空間站”經(jīng)常性的食物補(bǔ)給大都由俄羅斯進(jìn)步號(hào)飛船送來(lái),其中俄羅斯風(fēng)味的食物居多,美國(guó)航天員不得不向地面反映,要求多送些合乎美國(guó)人口味的食品。

(2)食物的供應(yīng)由“盒飯”式改為“自助”式

“國(guó)際空間站”初期,所有的食物都是按“盒飯”供應(yīng),主副食按固定的搭配放在一起包裝好,按一天的用量?jī)?chǔ)存在專用食物柜內(nèi),由航天員取用。但是,這種主副食固定搭配好的“盒飯”,吃多了便容易產(chǎn)生厭煩,食欲減退。后來(lái),根據(jù)航天員的建議,采用“自助”方式:即將不同的主食、不同的副食(菜肴)、不同的飲料分別存放。由航天員根據(jù)自己的愛(ài)好,各取所需,自行選取,自由享用。除標(biāo)準(zhǔn)菜單的食品外,空間站上還準(zhǔn)備了小菜、風(fēng)味食品等特殊食物,以調(diào)劑口味,滿足航天員的不同需求。

3)要開(kāi)展航天員醫(yī)學(xué)撤離的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

為了保證航天員身體健康及處理應(yīng)急撤離返回地面的事件,每批長(zhǎng)期考察組中至少應(yīng)有一名航天員經(jīng)過(guò)專門(mén)的醫(yī)學(xué)培訓(xùn),掌握應(yīng)急醫(yī)學(xué)治療技術(shù),以便在一旦出現(xiàn)病情嚴(yán)重的航天員必須應(yīng)急撤離時(shí),能對(duì)傷病員實(shí)施臨時(shí)應(yīng)急處理,為返回地面做好準(zhǔn)備。

用于應(yīng)急撤走航天員的飛行器,無(wú)論是載人飛船還是航天飛機(jī)都要求攜帶應(yīng)急醫(yī)療設(shè)備和醫(yī)務(wù)人員,能在24h 內(nèi)將傷病員撤離空間站。

不過(guò),迄今為止,“國(guó)際空間站”航天員只出現(xiàn)過(guò)一些輕微或輕度挫傷和劃傷的情況,尚未出現(xiàn)過(guò)一例必須撤離的嚴(yán)重傷病航天員。

“醫(yī)學(xué)撤離”是指出現(xiàn)傷病嚴(yán)重的航天員,在空間站無(wú)法醫(yī)治又不能延誤,而必須立即返回地面的事件。美、俄兩國(guó)都對(duì)“國(guó)際空間站”執(zhí)行任務(wù)時(shí)可能發(fā)生的“醫(yī)學(xué)撤離”事件的風(fēng)險(xiǎn)概率進(jìn)行了分析,其結(jié)論為:

(1)“國(guó)際空間站”航天員每年可能要求醫(yī)學(xué)撤離的概率為6%;

(2)“國(guó)際空間站”航天員每年可能要求緊急的(航天員失去知覺(jué))醫(yī)學(xué)撤離的概率為1%;

(3)“國(guó)際空間站”有3 名航天員時(shí),每5～6年可能發(fā)生一次醫(yī)學(xué)撤離;有7 名航天員時(shí),每2～4年可能發(fā)生一次。

7 人的作用[7]

1)要重視與發(fā)揮人在空間站的作用

“國(guó)際空間站”等長(zhǎng)期太空運(yùn)行的航天器,各種意外事件或故障的發(fā)生不可避免,不可能都在“故障對(duì)策預(yù)案”中考慮周全?！皣?guó)際空間站”實(shí)踐證明,人是空間站中應(yīng)對(duì)突發(fā)事件、排除故障能力最強(qiáng)的“機(jī)器”。地面控制人員和技術(shù)人員的智慧與站上航天員的能力相結(jié)合,克服困難和排除故障的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出“故障對(duì)策預(yù)案”中對(duì)人的能力的估計(jì)。例如:空間站上的兩套有故障的美國(guó)艙外航天服(EM U)就是站上航天員在地面技術(shù)人員的指導(dǎo)下,發(fā)揮聰明才智,硬是在太空中把它們修復(fù)的。

航天員還修復(fù)了計(jì)算機(jī)、體育設(shè)備及其他裝置所出現(xiàn)的意外故障。“國(guó)際空間站”的建造與應(yīng)用再次證明,航天員不僅善于按照“故障對(duì)策預(yù)案”設(shè)計(jì)好的程序排除故障,而且必要時(shí)能發(fā)揮創(chuàng)造力,妥善處理系統(tǒng)和設(shè)備的意外故障及自然事件,充分發(fā)揮人的靈活機(jī)智和主觀能動(dòng)作用。

2)要給航天員執(zhí)行任務(wù)以一定的自主性和靈活性

空間站航天員每天的任務(wù)時(shí)間安排,不僅應(yīng)使每位航天員清楚了解一天內(nèi)要做哪些工作,什么時(shí)候做,做多長(zhǎng)時(shí)間,而且應(yīng)明確規(guī)定有多少個(gè)人自由支配的時(shí)間,以便航天員可根據(jù)自己的情況提前做好準(zhǔn)備。時(shí)間安排應(yīng)有一定的靈活性,允許航天員適當(dāng)調(diào)整執(zhí)行任務(wù)的次序,例如,將串行安排的任務(wù),并行完成,從而可以提高儀器設(shè)備的利用率和工作效率。

例如,第二批長(zhǎng)期考察組在完成工作時(shí)間表規(guī)定的333h 站務(wù)管理及70 多小時(shí)科學(xué)研究任務(wù)外,還利用個(gè)人自由支配時(shí)間完成了80h 的計(jì)劃外的對(duì)地觀測(cè),拍攝了陸地和海洋的圖片,為地球科學(xué)研究提供科學(xué)數(shù)據(jù)。

第九批長(zhǎng)期考察組在完成工作時(shí)間表規(guī)定的250 多小時(shí)站務(wù)管理和200 多小時(shí)科學(xué)研究任務(wù)外,還開(kāi)展了一項(xiàng)“周六早晨科學(xué)”研究,進(jìn)行了零重力科學(xué)原理實(shí)驗(yàn),為以后的教學(xué)提供資料。

3)要加強(qiáng)航天員的互容性與互補(bǔ)性培訓(xùn)

(1)航天員的互容性

互容性是指航天員與其他航天員之間和諧相處、協(xié)調(diào)共事的能力,是選拔與培訓(xùn)執(zhí)行長(zhǎng)期航天任務(wù)航天員的主要條件與內(nèi)容之一。

為了確保長(zhǎng)期航天任務(wù)順利執(zhí)行,必須保證航天員之間不產(chǎn)生嚴(yán)重的不協(xié)調(diào)、不配合的問(wèn)題。航天飛行時(shí)間越長(zhǎng),這個(gè)問(wèn)題就越重要。要建立和健全關(guān)于航天員個(gè)人及航天員團(tuán)隊(duì)特性的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。影響航天員互容性的因素有:性別、個(gè)人性格、民族傳統(tǒng)、文化背景、生活習(xí)慣等。NASA 和俄羅斯聯(lián)邦航天局分別開(kāi)展了航天員互容性多因素綜合評(píng)價(jià)的研究,為培訓(xùn)、選拔空間站航天員提供了有效的方法與準(zhǔn)則。

迄今為止,“國(guó)際空間站”上各批次長(zhǎng)期考察組航天員之間都表現(xiàn)出高度的相容性,配合協(xié)作良好。這正是由于:一方面航天員都是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的互容性培訓(xùn);另一方面考察組成員的組成也經(jīng)過(guò)精心挑選,考慮了不同航天員之間的互容性。

(2)航天員之間的互補(bǔ)性

長(zhǎng)期共處的航天員除了要求有互容性之外,還需要在技能上互補(bǔ)互助。每個(gè)航天員都必須掌握幾項(xiàng)有用的技能,使長(zhǎng)期考察組的航天員之間在技能上互補(bǔ),支持在太空生活工作, 更好地完成航天任務(wù)。這些技能應(yīng)包括:計(jì)算機(jī)使用與維修、機(jī)械維修、電子電氣裝調(diào)、科學(xué)分析、醫(yī)學(xué)診斷與治療、遙控機(jī)械臂的操作及出艙活動(dòng)等技術(shù)。

空間站以及未來(lái)載人深空探測(cè)中,航天器及航天系統(tǒng)將更加復(fù)雜,任務(wù)更加繁重,甚至得不到地面支持。航天員要盡可能多掌握一些知識(shí)和技能。為此,對(duì)今后航天員的培訓(xùn)提出了更高要求。一般說(shuō)來(lái),空間站常駐航天員至少應(yīng)在地面經(jīng)過(guò)2年時(shí)間的專門(mén)培訓(xùn)。

8 出艙活動(dòng)[8]

1)出艙活動(dòng)的次數(shù)與時(shí)間將與日俱增

2010年前,“國(guó)際空間站”的出艙活動(dòng)主要是執(zhí)行空間組裝。與歷史上任何一項(xiàng)載人航天任務(wù)相比,“國(guó)際空間站”的出艙活動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)得多,任務(wù)也復(fù)雜得多。

在建造“國(guó)際空間站”之前,美國(guó)航天飛機(jī)共完成出艙活動(dòng)74 次,總時(shí)間達(dá)472h;俄羅斯和平號(hào)空間站共出艙75 次,總時(shí)間約362h。

據(jù)粗略統(tǒng)計(jì),截至2008年底,“國(guó)際空間站”的出艙活動(dòng)累計(jì)已有60 多次(其中從對(duì)接的航天飛機(jī)出艙約30 次,從空間站氣閘艙出艙30 多次),總出艙活動(dòng)時(shí)間已超過(guò)400h。

空間站的建造與應(yīng)用還在繼續(xù)之中。建成后全面投入應(yīng)用,出艙活動(dòng)將以維修、更換任務(wù)為主,出艙活動(dòng)的總?cè)藬?shù)和總時(shí)間還將繼續(xù)增加。

2)艙外航天服雙軌制的弊大于利

“國(guó)際空間站”上備有美制和俄制2 種不同的艙外航天服,供航天員穿著,可以通過(guò)三個(gè)不同的氣閘艙走出空間站。

第二批長(zhǎng)期考察組航天員首次執(zhí)行從空間站艙段(區(qū)別于從對(duì)接的航天飛機(jī)出艙)出艙活動(dòng)。航天員穿著俄制“奧蘭”(O rlan)航天服,由俄羅斯的Pirs對(duì)接與氣閘艙出艙。

美國(guó)航天員是在第7A 次航天飛機(jī)亞特蘭蒂斯號(hào)對(duì)接后, 首次穿著美制艙外航天服由“探索”(Quest)聯(lián)合氣閘艙出艙,完成出艙活動(dòng)任務(wù)。

“國(guó)際空間站”上備有兩種制式艙外航天服,其優(yōu)點(diǎn)可以互為備份,為成功執(zhí)行多次艙外活動(dòng)提供了新保證。

特別是在哥倫比亞號(hào)失事,航天飛機(jī)停飛期間,美國(guó)在軌的兩套艙外航天服因存在技術(shù)故障,不能使用,而新的艙外航天服又無(wú)法用俄羅斯進(jìn)步號(hào)運(yùn)貨飛船運(yùn)來(lái)。此時(shí),美國(guó)實(shí)驗(yàn)艙的一個(gè)為控制力矩陀螺供電的外部遠(yuǎn)程電力控制裝置發(fā)生故障。第九批長(zhǎng)期考察組的美國(guó)航天員穿著俄制“奧蘭”航天服出艙,完成更換這個(gè)遠(yuǎn)程電力控制裝置的任務(wù)。

同時(shí)配備兩類艙外航天服的缺點(diǎn)也是明顯的:(1)空間站需要留出存放兩類航天服及其配套設(shè)備的位置;(2)兩類航天服的發(fā)射、運(yùn)送和在站維護(hù),使后勤保障工作量成倍增加;(3)不同航天服的穿用需要各自專用的氣閘艙設(shè)施;(4)航天員要學(xué)習(xí)和掌握穿著和使用兩類航天服的技能,增加培訓(xùn)工作量。

3)航天員培訓(xùn)應(yīng)從“面向任務(wù)”向“面向技能”轉(zhuǎn)變

美國(guó)航天員出艙活動(dòng)的培訓(xùn)采取“面向任務(wù)”的模式,即根據(jù)航天員出艙活動(dòng)執(zhí)行的具體任務(wù),有針對(duì)性地進(jìn)行操作訓(xùn)練及與合作航天員之間的配合訓(xùn)練。訓(xùn)練項(xiàng)目具體、詳細(xì)。其好處是,每個(gè)航天員都十分清楚了解自己該做的每一步動(dòng)作、每一個(gè)操作及與合作航天員之間的配合。但這種訓(xùn)練模式不能滿足空間站艙外活動(dòng)的要求。

空間站的航天員,特別是常駐考察組成員不僅要執(zhí)行計(jì)劃內(nèi)的任務(wù),而且往往要執(zhí)行計(jì)劃外的、甚至應(yīng)急的出艙活動(dòng)任務(wù)。航天員必須能適應(yīng)在不同環(huán)境條件下完成不同任務(wù)。對(duì)航天員的培訓(xùn)模式也須作相應(yīng)改變。

“面向技能”的訓(xùn)練模式就是為了使航天員能適應(yīng)空間站內(nèi)可能出現(xiàn)的多種出艙活動(dòng)任務(wù)要求,而進(jìn)行的通用性技能培訓(xùn)。如果航天員負(fù)有完成某項(xiàng)特定的復(fù)雜任務(wù),則需另加專門(mén)的業(yè)務(wù)訓(xùn)練。這種以掌握通用的、全面的技能為目標(biāo)的訓(xùn)練,有利于培養(yǎng)航天員成為“通才”,能應(yīng)對(duì)空間站可能出現(xiàn)的各種應(yīng)急情況,獨(dú)立自主地執(zhí)行檢測(cè)、維修、更換等艙外活動(dòng)。

這一訓(xùn)練模式的效果,已在“國(guó)際空間站”航天員成功地完成數(shù)十次艙外活動(dòng)任務(wù)中得到證明,也是今后從事長(zhǎng)期載人飛行航天員的標(biāo)準(zhǔn)培訓(xùn)模式。

9 國(guó)際合作[9-10]

1)國(guó)際合作為“國(guó)際空間站”建造立下不朽功勛

“國(guó)際空間站”從設(shè)計(jì)、建造、管理、運(yùn)行到后勤保障,無(wú)不采取國(guó)際合作的方式。國(guó)際合作顯示出無(wú)比的優(yōu)越性和強(qiáng)大的生命力,表現(xiàn)在以下方面:

(1)國(guó)際合作保證了“國(guó)際空間站”的持續(xù)建造與應(yīng)用,避免半途而廢

哥倫比亞號(hào)失事航天飛機(jī)停飛后,幸而由于有合作伙伴俄羅斯的載人飛船和貨運(yùn)飛船,才保證了“國(guó)際空間站”建造和應(yīng)用能持續(xù)進(jìn)行;正是由于有合作伙伴美國(guó)航天飛機(jī)復(fù)飛成功,保證了后續(xù)的歐洲航天局“哥倫布”實(shí)驗(yàn)艙、日本希望號(hào)實(shí)驗(yàn)艙等大型構(gòu)件的發(fā)射、裝配,否則投入數(shù)百億美元的大型空間建筑物將淪為航天“爛尾工程”。

(2)國(guó)際合作提供了更多資源和更強(qiáng)的能力

美、俄、日、歐等不同合作伙伴的空間站設(shè)計(jì)、制造、組裝的不同實(shí)驗(yàn)艙段,提供的多種運(yùn)輸器以及各種設(shè)施與設(shè)備,為空間站提供了前所未有的豐富資源和強(qiáng)大的活動(dòng)能力。

(3)國(guó)際合作提供了備份手段,提高了空間站運(yùn)行可靠性

如本文第一章所述,不同合作伙伴(如美國(guó)、俄羅斯)按不同的設(shè)計(jì)理念完成的實(shí)驗(yàn)艙、系統(tǒng)或設(shè)備,在功能上可以互相補(bǔ)充,在可靠性方面互為備份。特別是,由于設(shè)計(jì)理念不同,同樣功能的設(shè)備一般不會(huì)產(chǎn)生相同機(jī)理的異?；蚬收?因此與設(shè)計(jì)理念相同的產(chǎn)品的備份相比,可靠性高得多。

2)國(guó)際合作存在的不足與問(wèn)題

“國(guó)際空間站”合作伙伴來(lái)自6 方16 國(guó),其中以美、俄兩國(guó)為主導(dǎo)。由于不同國(guó)家對(duì)建造空間站的目的、要求、指導(dǎo)原則以及社會(huì)、文化背景等不同,不僅表現(xiàn)在系統(tǒng)與設(shè)備設(shè)計(jì)理念不同,而且在運(yùn)行、管理、安全、語(yǔ)言表達(dá)以及航天員培訓(xùn)等方面都有差別。由于這些差別影響到不同國(guó)家的航天員、地面控制人員、工程技術(shù)人員及管理人員之間的溝通、交流與合作,有些差異甚至?xí)l(fā)誤會(huì),影響工作。這些不足表現(xiàn)在:

(1)雙語(yǔ)工作方式增加培訓(xùn)難度

英語(yǔ)是“國(guó)際空間站”項(xiàng)目規(guī)定的正式工作語(yǔ)言。后由于俄羅斯的加盟,實(shí)際使用的是英、俄語(yǔ)兩種語(yǔ)言。為此,航天員必須同時(shí)熟練掌握英、俄語(yǔ)兩種語(yǔ)言,以保證在“國(guó)際空間站”上工作期間能用任一種語(yǔ)言編寫(xiě)工作程序,與不同國(guó)家、地區(qū)的地面控制中心通話。

于是,航天員培訓(xùn)也要使用雙語(yǔ)。航天員培訓(xùn)期間不僅要學(xué)習(xí)掌握有關(guān)空間站、航天飛機(jī)的專業(yè)技術(shù)知識(shí)、操作技能外,還要學(xué)習(xí)掌握另一種語(yǔ)言及了解對(duì)方的航天現(xiàn)狀及文化背景。

(2)溝通配合不夠密切

配合不密切主要表現(xiàn)在合作一方(一般指美國(guó)或俄羅斯)的控制中心批準(zhǔn)和執(zhí)行某項(xiàng)行動(dòng)時(shí),另一方不知情,或者未參與。盡管這種“單邊”行動(dòng)并不會(huì)對(duì)航天員和空間站運(yùn)行帶來(lái)危害,但是畢竟有違“國(guó)際空間站”項(xiàng)目已建立的安全準(zhǔn)則或安全規(guī)范。例如,第九批長(zhǎng)期考察組航天員執(zhí)行出艙活動(dòng),在按照規(guī)定程序完成任務(wù)準(zhǔn)備返回空間站時(shí),俄方地面控制中心指示俄航天員將剩余的部件拋棄在太空中,不要帶回空間站,而NASA 控制中心則不同意這一做法,認(rèn)為這會(huì)產(chǎn)生有害的空間碎片。這是由于雙方對(duì)出艙活動(dòng)剩余部件的處理事先沒(méi)有協(xié)調(diào)一致,而造成分歧。

溝通不及時(shí)的另一個(gè)例子發(fā)生在第七批長(zhǎng)期考察組,俄羅斯控制中心指示航天員給聯(lián)盟號(hào)飛船的蜂窩電話蓄電池充電,這時(shí)NASA 還在研究如何解決充電過(guò)程中可能產(chǎn)生的安全問(wèn)題,而沒(méi)有批準(zhǔn)充電。

(3)對(duì)搭載乘客作太空旅游意見(jiàn)分歧

“國(guó)際空間站”建造期間美俄兩國(guó)合作伙伴的最大意見(jiàn)分歧可能就是俄聯(lián)盟號(hào)飛船搭乘旅客到空間站觀光、旅游。這實(shí)際上是有關(guān)“國(guó)際空間站”運(yùn)行管理方面的原則分歧,但最后不了了之。聯(lián)盟號(hào)搭乘旅客上空間站已經(jīng)進(jìn)行了7 次,今后還將繼續(xù)。

盡管存在不同層次的意見(jiàn)分歧,但通過(guò)協(xié)商基本上都能解決?？偟恼f(shuō)來(lái),合作情況是正常的,氣氛是和諧的,成果是顯著的。

3)國(guó)際合作的組織經(jīng)驗(yàn)——建立多邊決策與控制委員會(huì)

無(wú)論在過(guò)去的方案階段、目前邊建設(shè)邊應(yīng)用階段,還是將來(lái)的全面應(yīng)用階段,國(guó)際合作伙伴之間建立協(xié)商、調(diào)整與集成機(jī)制是極為重要的,是空間站長(zhǎng)期、持續(xù)、安全運(yùn)行的重要保證。合作各方每天要進(jìn)行討論、協(xié)調(diào),必要時(shí)調(diào)整工作計(jì)劃。為此,建立了“國(guó)際空間站”多邊決策與控制委員會(huì),定期召開(kāi)會(huì)議。委員會(huì)下設(shè)若干工作組,例如“國(guó)際空間站”任務(wù)管理工作組,每星期召開(kāi)2 次所有合作國(guó)均參加的多邊遠(yuǎn)程電話會(huì)議。平時(shí),根據(jù)情況召開(kāi)雙邊(主要是美、俄雙方)電話會(huì)議。多邊任務(wù)集成與運(yùn)行控制工作組每月開(kāi)一次會(huì)討論有關(guān)要求、運(yùn)行、程序和發(fā)布消息等問(wèn)題。

4)對(duì)未來(lái)國(guó)際合作的建議

NASA 約翰遜航天中心的專家,根據(jù)“國(guó)際空間站”開(kāi)工建設(shè)與應(yīng)用以來(lái)國(guó)際合作的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn),就未來(lái)長(zhǎng)期載人航天國(guó)際合作機(jī)制提出以下8 點(diǎn)建議:

(1)要建立單一的、由具有權(quán)威的高級(jí)合作伙伴組成的管理機(jī)構(gòu),做出有約束力的、所有合作伙伴均應(yīng)尊重和遵守的決定;

(2)要指定單一的合作伙伴執(zhí)行領(lǐng)導(dǎo)集成者的功能,該領(lǐng)導(dǎo)集成者對(duì)空間站應(yīng)全面、充分了解所有系統(tǒng)和設(shè)備的技術(shù)和運(yùn)行;

(3)要建立單一的領(lǐng)導(dǎo)運(yùn)行中心,負(fù)責(zé)在發(fā)生分歧時(shí),協(xié)調(diào)、確定行動(dòng)的目標(biāo)與路線;

(4)要建立單一的運(yùn)行中心,管理整個(gè)空間站的日常事務(wù)和運(yùn)行,并消除不同國(guó)家航天員之間及不同國(guó)家艙段之間的隔閡與界限;

(5)要建立單一的運(yùn)行集成領(lǐng)導(dǎo)小組,保證空間站在平衡的、可用資源的框架內(nèi)運(yùn)行,應(yīng)考慮所有合作伙伴的優(yōu)先級(jí)、目的、要求,以保證利益均等;

(6)制定單一的任務(wù)和要求指南;

(7)制定單一的對(duì)整個(gè)空間站普遍適用的設(shè)備認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn),避免不同艙段各自為政;

(8)制定單一的有關(guān)航天員、航天器和任務(wù)等安全的協(xié)議。

10 結(jié)束語(yǔ)[11]

本文就系統(tǒng)與設(shè)備、居住環(huán)境、物資補(bǔ)給、作息制度、健康保障、人的作用、出艙活動(dòng)及國(guó)際合作等方面,總結(jié)了“國(guó)際空間站”建造與應(yīng)用10年來(lái)的若干經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn),對(duì)后來(lái)的空間站建設(shè)應(yīng)用、運(yùn)行管理以及未來(lái)長(zhǎng)期載人深空探測(cè)有一定的參考價(jià)值和借鑒意義。

“國(guó)際空間站”還在繼續(xù)建造。2010年建成后,將繼續(xù)運(yùn)行應(yīng)用6～10年(美國(guó)實(shí)驗(yàn)艙原計(jì)劃運(yùn)行到2016年,現(xiàn)有延長(zhǎng)到2020年的建議;俄羅斯和歐洲航天局計(jì)劃延長(zhǎng)到2020年),在應(yīng)用與運(yùn)行管理方面還會(huì)提供更多的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)。屆時(shí),“國(guó)際空間站”的主要合作者將會(huì)發(fā)表有關(guān)論文或報(bào)告,披露對(duì)空間站建造與應(yīng)用的回顧,對(duì)成就與效果進(jìn)行全面評(píng)估,可以期望從中獲得更多可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)。

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