航天員的太空生活

華興恒

編者按：物理與我們的生產(chǎn)、生活聯(lián)系緊密，可以說(shuō)生產(chǎn)、生活中處處有物理。我國(guó)“神舟”系列飛船的順利升空，實(shí)現(xiàn)了我們的航天夢(mèng)，這里面更是應(yīng)用了大量的物理知識(shí)和技術(shù)。下面關(guān)于航天員的太空生活的介紹，同學(xué)們不妨讀一讀，看看都用到了哪些物理知識(shí)，以激發(fā)自己學(xué)習(xí)物理的興趣。只要有夢(mèng)想，有努力，將來(lái)成為一名航天員或者航天領(lǐng)域的專家，你也能行喲！

“可上九天攬?jiān)拢上挛逖笞谨M”，這在我國(guó)改革開(kāi)放30年后的今天都成為了現(xiàn)實(shí)，“蛟龍?zhí)枴鄙顫撈鞯某晒ι顫撘殉^(guò)7 000米，“神舟”系列飛船成功發(fā)射，特別是白我國(guó)首位航天員楊利偉乘“神舟五號(hào)”成功飛天以后，我國(guó)又相繼有11人次乘“神舟”系列飛船成功飛天。他們分別是：乘“神舟六號(hào)”于2005年10月15日成功飛天的費(fèi)俊龍和聶海勝；乘“神舟七號(hào)”于2008年9月25日成功飛天的翟志剛、劉伯明和景海鵬，翟志剛順利出艙，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)第一次太空行走；乘“神舟九號(hào)”于2012年6月1 6日成功飛天的景海鵬、劉旺和劉洋，劉洋是我國(guó)第一位遨游藍(lán)天的女航天員，“神舟九號(hào)”還成功地實(shí)現(xiàn)了與“天宮一號(hào)”的自動(dòng)交會(huì)對(duì)接和手動(dòng)交會(huì)對(duì)接；乘“神舟十號(hào)”于2013年6月11日成功飛天的聶海勝、張曉光和王亞平，王亞平也是我國(guó)第二個(gè)成功飛天的女航天員，王亞平還進(jìn)行了太空授課，這是我國(guó)首次開(kāi)展航天員太空授課活動(dòng)。2016年我國(guó)還將發(fā)射“天宮二號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室和“神舟十一號(hào)”飛船，進(jìn)行“神舟十一號(hào)”與“天宮二號(hào)”的對(duì)接?！吧裰邸毕盗酗w船的成功飛天，不僅表明我國(guó)航天事業(yè)取得了驕人的巨大成就，也說(shuō)明我國(guó)的科技水平進(jìn)入了世界先進(jìn)行列，值得我們驕傲和自豪。大家可能非常關(guān)心航天員的太空生活，下面進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

航天員在太空飛行，與在地球大氣層中飛行是完全不同的，這是由于在太空中處于完全失重狀態(tài)。因?yàn)樵谔罩?，物體對(duì)它的支持物完全失去了壓力，物體可以靜止在任何位置上。這導(dǎo)致人們失去了方向感，因而也就無(wú)法區(qū)分頭是朝上的還是腳是朝上的。如果把裝有水的桶倒置，桶中的水也不會(huì)流出來(lái)；松開(kāi)手后水桶也不會(huì)掉下來(lái)，而是懸浮在空中。如果你左手拿著一個(gè)鐵塊，右手拿著一根雞毛，無(wú)法感覺(jué)出誰(shuí)重誰(shuí)輕；若將雞毛和鐵塊同時(shí)丟到水桶里，令人感到不可思議的事情發(fā)生了：雞毛可以沉入水底，鐵塊也可以浮在水面上。如果將油與水放在同一容器中，輕輕緩慢地?cái)嚢?，結(jié)果可能會(huì)使你感到奇怪，它們可以均勻地混合在一起。在太空中，還有更不可思議的事情，人們好像力大無(wú)比，任何人都可以輕而易舉地舉起質(zhì)量為數(shù)噸的物體。

密封座艙是載人航天器上最基本也是最根本的生命保護(hù)設(shè)施。由于太空中存在著強(qiáng)輻射，會(huì)嚴(yán)重地破壞人體的組織細(xì)胞；即便是受到微流星的撞擊，對(duì)航天員來(lái)說(shuō)也將是致命的；如果人體暴露在真空中，不僅會(huì)導(dǎo)致人因缺氧而窒息，更可怕的是可能導(dǎo)致體液發(fā)生沸騰、汽化而快速死亡。因而密封座艙的艙壁，必須要有防止輻射和防微流星撞擊的功能，以確保航天員的生命安全。由于密封座艙是航天員在太空生活的空間，為了給航天員提供舒適的生活環(huán)境，因此座艙中必須有足夠的空氣以確保航天員的正常呼吸，而且溫度在18℃～25℃之間可以任意調(diào)節(jié)，濕度則控制在30%～70%之間，艙內(nèi)空氣壓力一般與地面保持相同。

由于宇宙空間幾乎是一個(gè)真空環(huán)境，為了確保航天員的生命安全和正常工作與生活，他們必須穿上專門(mén)為其制作的航天服。特制航天服實(shí)際上是個(gè)人的密閉設(shè)備，它能有效地防止太空中各種不利因素的影響，如極低壓（或真空）、缺氧（或無(wú)氧）、高溫和低溫、太陽(yáng)輻射、微流星體撞擊等對(duì)航天員的傷害。航天員在太空幾近真空的環(huán)境中，體內(nèi)血液中所含的氧會(huì)變成氣體，導(dǎo)致體積劇烈膨脹，如果不穿特制的航天服，航天員就會(huì)因體內(nèi)外的壓力相差過(guò)大而危及生命。航天員穿的航天服是在飛行員密閉服的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的多功能安全防護(hù)服。

航天服通常是由服裝、頭盔、手套和靴子四部分構(gòu)成。服裝又由三部分組成，最外層為防護(hù)服，它既不怕火也不容易導(dǎo)熱，不僅能適應(yīng)劇烈的溫度變化，而且還能夠有效地阻擋宇宙射線的直接輻射，還能有效地抵御宇宙中小隕石的撞擊；中間一層是氣密服，它可產(chǎn)生0.25×lO⁵Pa～1.0×l0⁵Pa的壓強(qiáng)，以維持航天員的身體不至于向外擴(kuò)張；服裝的最里層則是水冷式內(nèi)衣，是在耐綸纖維層中加入長(zhǎng)約200多米的聚氯乙烯細(xì)軟管制成的，在這些細(xì)軟管中通入冷卻水，軟管與人體皮膚接觸，收到調(diào)節(jié)體溫的效果。

頭盔則是用透明的聚碳酸酯制成，它能確保航天員頭部免受來(lái)自太陽(yáng)的紫外線與紅外線的強(qiáng)烈輻射，頭盔內(nèi)還有緩沖器，能有效地緩解航天員在呼吸時(shí)產(chǎn)生的沖擊。航天員的手套不僅耐熱，而且還耐磨，還可保證手套內(nèi)滿足適當(dāng)?shù)膲毫?。雖然這種手套的層數(shù)很多，因?yàn)樽龉ぞ?，可確保手指的靈活性，小妨礙航天員完成各種精細(xì)的操作。靴子與手套一樣，既耐熱也耐磨，對(duì)航天員的腳有很好的保護(hù)作川。在航天服的后背上還有生命保障裝置，它是由氧氣瓶、調(diào)節(jié)器、水箱等組成，這種裝置只有航天員到艙外工作時(shí)才用得到。

在“神舟”飛船的密封艙中進(jìn)食，既有情趣，也有風(fēng)險(xiǎn)。如果工作離不開(kāi)，町將食物和飲料懸在空中，用嘴一口一口地咬或吸食，這樣也不會(huì)影響雙手做各種工作。一旦產(chǎn)生食物碎渣，這些碎渣會(huì)到處亂飛，可能會(huì)鉆入航天員的鼻孔，甚至是飄入航天員的眼睛，有時(shí)還會(huì)嚴(yán)重地?fù)p壞儀器設(shè)備。為了有效地解決這個(gè)問(wèn)題，在早期的航天活動(dòng)中，都是將航天員的食物做成糊狀，裝在軟管中，每當(dāng)食用時(shí)，就像擠牙膏一樣向嘴里擠。這種進(jìn)食方法，由于看不到食物的色和形，也不能聞到食物的香味，難以引起航天員的食欲。現(xiàn)在的航天食物與進(jìn)食方法，已經(jīng)與在地面基本相同。只是食物稍帶黏性，可以粘在盤(pán)子里不飛走，不過(guò)盤(pán)子必須固定在餐桌上才行哦！

太窄廚房?jī)?nèi)食品種類繁多，像“神舟十號(hào)”中的食品可以根據(jù)三位航天員的不同口味定制，并且在他們?cè)谲夛w行的l5天時(shí)間里，每頓食品基本上不會(huì)重復(fù)。例如“神舟十號(hào)”的三位航天員在端午節(jié)這天，與全國(guó)人民一樣吃到了新鮮的豆沙粽子。這些食品大都裝在軟管、軟袋里，嵌在艙壁上。每到吃飯時(shí)，只要把脫水食品加上水，與其他食品一起放進(jìn)艙壁上的小電爐里加熱到80℃即可食用。艙壁上有兩塊平板，其上面有橡皮帶，橡皮帶的作用是將食品捆住，以免飄飛。食品直接從軟管內(nèi)吸取。由于淡水存久了會(huì)變味，航天員暫時(shí)只能以咖啡、茶和果汁等解渴。

目前，航天員的食譜已經(jīng)發(fā)展到百余種，飲料有近30種，可以讓航天員在緊張的工作之余大飽口福。食譜都是經(jīng)過(guò)營(yíng)養(yǎng)學(xué)專家精心設(shè)計(jì)搭配的，足可以保證航天員每天所需的營(yíng)養(yǎng)和熱量，絕不低于地面水平。

航大員在太窄中休息也與地面不同，一是黑白小分，二是睡姿奇異。之所以會(huì)黑白不分，是由于航天器在90min的時(shí)間里即可繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)一周，航天員縛天會(huì)歷經(jīng)16次白晝和16次黑夜，無(wú)法遵循地球上的“日出而作，日落而息”的規(guī)律來(lái)工作和休息，只能機(jī)械地按鐘點(diǎn)安排工作和休息，不過(guò)他們的工作和休息的時(shí)問(wèn)安排基本上與地面同步。睡姿奇異是由于航天員在太空失重的環(huán)境中找不到“躺”著的感覺(jué)。在地球重力環(huán)境中，人們習(xí)慣于把地心引力的方向定為“下”，把“天”的方向定為“上”，這也就是人們常說(shuō)的“頭頂藍(lán)天，腳踩大地”?？墒堑搅送耆е氐沫h(huán)境中，人們也就失去了“上”、“下”的參照坐標(biāo)，休息也就沒(méi)有了“平躺”之說(shuō)。航天員休息時(shí)可以飄在太空艙中睡，也可以掛在艙壁上睡，還可以綁在床上睡，甚至可以吊在梁上睡、靠在桌邊睡.睡姿千姿百態(tài)，隨遇而安。

在“神舟”飛船的密封座艙內(nèi)行走，非常省力和方便，只要用身體的任何一部分碰一下任何物體，在反作用力的作用下就可以將航天員推向反方向。用四肢劃動(dòng)空氣，反作用力也可使人前進(jìn)。也正是這個(gè)原因，才使得劉洋可以在生活艙內(nèi)連續(xù)不斷地翻幾十個(gè)跟頭，并且顯得很輕松。

然而在密封艙外的宇宙空間行走，則是非常困難和驚險(xiǎn)的事情。首先，必須穿上航天服，確保安全；其次，由于艙外活動(dòng)時(shí)航天服內(nèi)的壓強(qiáng)比密封艙內(nèi)的壓強(qiáng)小許多，為了適應(yīng)從艙內(nèi)的高壓環(huán)境到航天服的低壓環(huán)境而不致產(chǎn)生減壓病，航天員出艙前必須吸純氧氣排氮?dú)?。這是因?yàn)楹教炱髅芊庾撝惺褂门c地面同樣的大氣成分，除了氧氣外，主要是氮?dú)?。被吸人人體的氮?dú)獠粫?huì)被人體吸收，而是溶解在血液中，當(dāng)外界壓強(qiáng)減小時(shí)，就會(huì)游離出來(lái)形成氣栓，堵塞血管。輕者使人頭昏、胸悶、嘔吐，重者會(huì)使人喪生。因此，航天員在出艙前必須吸純氧氣，把氮?dú)馀懦鰜?lái)。再者，航天員走出座艙后，在空曠的太空中，由于沒(méi)有任何東西作參照物，也就無(wú)法判斷清楚運(yùn)動(dòng)的快慢、物體的遠(yuǎn)近及大小，也無(wú)法分清方向。常常會(huì)將近在身邊的小紙片，看作遠(yuǎn)在天邊的龐然大物。

艙外活動(dòng)時(shí)航天服還要增加太空行走裝備和通信設(shè)備，這就是服裝背部的噴氣背包和通信背包。噴氣背包可以向上下、左右、前后六個(gè)方向噴氣，航天員就是靠噴氣背包的反作用力移動(dòng)位置的。由于太空幾近真空，沒(méi)有傳播聲音的介質(zhì)，因此即便是近在咫尺也要靠背包通信?！爸饕S持系統(tǒng)”背在背上，它可以循環(huán)流通航天員的呼出物，排出二氧化碳，補(bǔ)充所需的氧氣。

在其他方面，太空中的生活與地球上也不一樣。在地球上看似簡(jiǎn)單的洗臉、刷牙、刮胡子、理發(fā)以及洗漱等，到了太空都變成了很復(fù)雜、很麻煩的事情。

航天員的洗臉、刷牙比較奇特，為了防止水到處亂飄，一般用濕毛巾擦一擦就算是洗臉r；刷牙時(shí)川手指蘸上牙膏在牙上里里外外地蹭兒下，然后冉川濕毛巾把牙齒擦干凈，刷牙就算完成了。航大員刮胡子通常要使用電動(dòng)剃須刀，使用時(shí)還必須上分小心，以防碎胡子從剃須刀邊漏出來(lái)。 如果有細(xì)小的碎胡子飄在座艙內(nèi)，不僅清理起來(lái)很困難，還常會(huì)飄進(jìn)航天員的眼睛里，或鉆進(jìn)鼻孔里，給航天員的工作和生活造成麻煩。

太空理發(fā)也很困難，因此無(wú)論是男航天員還是女航天員，在飛天之前都要把頭發(fā)剪得短些。即便是這樣，如果是長(zhǎng)時(shí)間的飛行，頭發(fā)也會(huì)長(zhǎng)長(zhǎng)，怎么辦呢？航天員必須找兩個(gè)人來(lái)幫助理發(fā)，一個(gè)人理發(fā)，一個(gè)人拿著吸塵器吸走剪下的頭發(fā)。

最麻煩的事情當(dāng)數(shù)在太空中洗澡。航天員要將腳套在一個(gè)同定的環(huán)里，不然的話飄浮的身體被水一沖就會(huì)不停地翻跟頭。失重狀態(tài)下的水全是一粒一粒的小水珠，很容易嗆傷人，嚴(yán)重的還會(huì)嗆死人。所以航天員在洗澡時(shí)，還要戴上呼吸罩和擴(kuò)目罩。洗完澡后，身體上的污水不會(huì)白動(dòng)流下來(lái)，需要開(kāi)動(dòng)水泵連同空氣一起抽走。洗一次澡，真正的洗澡時(shí)問(wèn)只有卜多分鐘，可清理污水和其他準(zhǔn)備工作卻需要近一個(gè)小時(shí)。后來(lái)科學(xué)家對(duì)太空浴室進(jìn)行了一些改進(jìn)，改成了一個(gè)像睡袋一樣的裝置，航天員洗澡時(shí)，袋內(nèi)有清水和浴液射出，搓洗完畢后，可以打開(kāi)袋下的抽風(fēng)機(jī)，把污水抽走。

上廁所時(shí)，工作艙到對(duì)接口的過(guò)道上有衛(wèi)生間，用拉鎖橡皮簾隔開(kāi)，內(nèi)有真空小便池和抽水便桶。便桶內(nèi)有帶過(guò)濾底的塑料盒，排泄物落入，橡皮閥迅速關(guān)上此盒，外包幾層橡皮袋，投入廢物箱，彈到太窄，進(jìn)人大氣層后被燒掉了。

休息時(shí)，航天員可以看錄像，戴耳機(jī)聽(tīng)立體聲音樂(lè)，通過(guò)電視電話同親人“見(jiàn)面”，透過(guò)多個(gè)舷窗觀賞太空美景……

太空是個(gè)充滿魅力的神奇世界，在太空生活更是趣味無(wú)窮。隨著航天事業(yè)的發(fā)展，人們將不斷地取得在失重世界中的自由，這是一個(gè)多么美妙的前景！