宇航員能在太空活多久

趙天

在奧斯卡獲獎影片《地心引力》中，宇航員身著太空服，在宇宙空間里掙扎飄浮，最終克服重重困難，回到地球。人類真的僅僅依靠宇航服就能在太空中存活下來嗎？如果能，最多能活多久？

人類不穿太空服能在太空中活多久？

眾所周知，宇宙空間里不存在供生物呼吸的氧氣，這也是生物無法在太空生存的直接原因。人體一旦暴露在宇宙空間里，會瞬間失去外部供氧來源，只能依賴于體內(nèi)血液中儲存的氧氣保持清醒。但血液中的氧氣含量只能保證人在失氧后清醒15秒左右，之后缺氧的血液將被輸送到大腦，人會逐漸失去知覺。然而這并非意味著宇航員被“判了死刑”，如果在宇航員昏迷過去的1～2分鐘內(nèi)將其及時拉回充滿氧氣的空間，他們就有可能被救活。

當(dāng)我們落水時，本能會讓我們屏住呼吸，以免肺部進(jìn)水威脅生命；如果我們暴露在太空中時這樣做呢？聽起來不可思議，但這會導(dǎo)致我們更快死亡。

我們在地球上吸氣時，空氣會進(jìn)入肺部，對肺壁施加相當(dāng)于地球大氣壓力的恒定壓力，呼吸的過程中波動很小。宇宙空間處于真空狀態(tài)，沒有大氣，也就沒有大氣壓，當(dāng)我們暴露其中時，沒有大氣壓平衡體內(nèi)的空氣壓力，肺會逐漸膨脹，此時如果你屏住呼吸阻止快速膨脹的空氣離開體內(nèi)，將使肺部加速膨脹并很快破裂。所以一旦暴露在太空中，首先要做的是保持正常呼吸。

人體缺乏大氣壓力，除了肺內(nèi)空氣會膨脹外，體液還會沸騰！

我們的體內(nèi)充斥著的液體，統(tǒng)稱體液。液體都是有沸點的，當(dāng)液體達(dá)到一定溫度時，液體的蒸汽壓將等于其周圍空氣的壓力，這一溫度就是液體的沸點。同樣，體液也有沸點，在沒有外部空氣壓力的太空，體液（唾液、眼淚、汗水等）的沸點將大大降低，進(jìn)而立即開始沸騰、蒸發(fā)！不過我們的血液不會沸騰，因為血液里的循環(huán)系統(tǒng)能維持血壓穩(wěn)定，防止血液沸騰，但溶解在血液中的氮分子會汽化，使血液循環(huán)組織膨脹，讓我們的身體膨脹至原先的兩倍大，嚴(yán)重?fù)p害部分器官組織。

好在我們的皮膚有足夠彈性容納蒸汽，待到周遭恢復(fù)正常大氣壓時，我們膨脹的身體也會恢復(fù)正常。

除了缺失大氣帶來的致命威脅外，宇航員暴露在太空中還將承受未屏蔽的宇宙輻射和太陽風(fēng)，會被曬傷甚至威脅生命安全，會導(dǎo)致人體組織受損、DNA變異，增加癌癥和白內(nèi)障發(fā)生的概率，導(dǎo)致不孕不育。此外，宇宙空間里快速飛行的微流星體和太空碎片，能像子彈一樣射穿人體。

有關(guān)太空的電影和文學(xué)作品都告訴我們太空很冷，人體失去宇航服的保護(hù)后，會立即被凍結(jié)，但事實并非如此。太空低溫是毫無疑問的，然而人體要被凍結(jié)的話，首先體內(nèi)的熱量需要離開人體，熱量離開人體的唯一途徑是輻射傳遞，輻射的傳導(dǎo)和對流又需要一種介質(zhì)來傳遞熱量，空無一物的太空中恰恰缺失這些介質(zhì)?？紤]到熱量在太空中輻射傳遞的速度會很低，所以人體在極寒太空中暴露后，并不會被立即凍結(jié)，而是會在12～20小時內(nèi)被慢慢凍結(jié)。

那人類穿著太空服能在太空中活多久？

宇航員在太空旅行時會穿著兩種不同類型的太空服。

一種是壓力服，于飛船升空和返回地球大氣層時穿，在發(fā)生減壓緊急情況以及升空著陸可能發(fā)生的任何事故時，宇航服可以起到保護(hù)宇航員的作用；除此之外，宇航員還需要攜帶氧氣罐或者其他襯墊來抵御太空輻射。

另一種太空服是艙外航天服，顧名思義，這種太空服是宇航員在進(jìn)行艙外活動時穿著的，用于保護(hù)宇航員免遭前文所述的所有威脅。而艙外航天服可分為兩個主要部分：壓力服和生命維持系統(tǒng)。

壓力服由上軀干、下軀干、降溫服和頭盔四部分組成。從內(nèi)而外，宇航員在進(jìn)行隨意的太空行走之前要首先穿一件降溫服，這件降溫服由網(wǎng)眼氨綸材料制成，覆蓋著100米長的微管，4.4℃～10℃的水持續(xù)流過這些微管，幫助散熱；降溫服外面是堅硬的上軀干部分，由多層輕質(zhì)量玻璃纖維構(gòu)成，最內(nèi)層是一個尿烷涂層可充氣尼龍襯底，起到調(diào)節(jié)身體壓力的作用，可充氣尼龍襯底向外分別是滌綸抑制層和抗撕裂尼龍層；接下來向外的5層是聚酯薄膜層，起到保持體溫的作用；再向外是幾層防水防火層；最外層是由3種不同材料制成的白色涂層，有助于反射陽光。

生命維持系統(tǒng)安裝在太空服上軀干部分，包括氧氣罐、二氧化碳過濾器、電池、壓力調(diào)節(jié)器、無線電和其他通信設(shè)備、水箱、泵、冷卻系統(tǒng)、循環(huán)氧氣扇等。生命維持系統(tǒng)中所有電子和機(jī)械組件均通過安裝在上軀干部分的一個顯示控制模塊進(jìn)行控制。

太空頭盔由堅固的塑料制成，與宇航服類似，它有助于提供一個加壓空間。鍍金護(hù)目鏡和遮陽板保護(hù)宇航員免遭陽光直射，同時頭盔的通風(fēng)系統(tǒng)可給生命維持系統(tǒng)輸送氧氣。

壓力服和生命維持系統(tǒng)結(jié)合在一起可充當(dāng)“單人飛船”，允許宇航員進(jìn)行地外勘測或者國際空間站必要的艙外維修工作。壓力服中的上軀干和下軀干部分可以保護(hù)宇航員免遭宇宙輻射和微流星體的傷害，可提供大氣壓，并有助于保持體溫。

由于在太空艙外活動需要持續(xù)幾小時，宇航員在進(jìn)行艙外活動之前需要吃食物和喝水。為了謹(jǐn)慎起見，他們還需要將裝飲料的袋子填滿，并在太空服上附加一個水果棒。宇航員可以依據(jù)自己的需要選擇0.6升或者0.9升的飲料袋，從飲料袋中伸出一根帶有閥門裝置的吸管，放置在頭盔中的嘴部旁邊，當(dāng)宇航員喝水時，吸管閥門會自動打開。水果棒則被可食用的米紙包裹，放在靠近頸部的袖子中，上端延伸至嘴部附近，每當(dāng)宇航員咬一口水果棒，剩余的水果棒將被拉近嘴部。

生命維持系統(tǒng)背包中的兩個氧氣罐可支持宇航員在艙外活動6.5～8小時，具體時間因人而異，取決于個人的身體代謝率，因為每個人的氧氣消耗量和產(chǎn)生的二氧化碳量都不同。同時，艙外航天服的壓力相當(dāng)于地球大氣壓的1/3，在該壓力下，空氣中無法容納足夠的氧氣。因此，對于氧氣罐內(nèi)那些純氧氣，二氧化碳量過濾系統(tǒng)也是必不可少的，它能過濾人體呼出的氣體，并幫助未吸收的氧氣再次循環(huán)。一個附在生命維持系統(tǒng)底座的應(yīng)急氧氣包，可提供大約30分鐘的額外氧氣供應(yīng)時間。

因此，宇航員身穿太空服在危機(jī)四伏的宇宙空間中最長存活時間，取決于太空服所含的氧氣量。目前的太空服僅能提供6.5～8小時的太空探索時間，如果宇航員希望繼續(xù)飛行，則需要返回飛船更換氧氣罐。迄今為止，最長的太空行走紀(jì)錄是宇航員吉姆·沃斯和蘇珊·赫爾姆斯創(chuàng)下的，他們花了8小時56分鐘維修國際空間站。