看看太空,人类付出的代价

来源:http://www.aviodelta.com 作者:澳门威斯尼斯人网址 人气:162 发布时间:2019-11-24
摘要:成为航天员有条件 末来航天活动的参加者 到今天,人类用自己的聪明才智在征服太空、探知宇宙的征途上取得了辉煌的成绩,许多未知的领域都被破解,月球、火星、金星..太阳系一一

  成为航天员有条件

  末来航天活动的参加者

  到今天,人类用自己的聪明才智在征服太空、探知宇宙的征途上取得了辉煌的成绩,许多未知的领域都被破解,月球、火星、金星..太阳系一一都被揭开了一层层神秘的面纱。但是,人类取得今天的辉煌成就都付出了巨大的代价。

  你不能排除在航天站生玻在航天飞行期间,所有航天员的免疫力都会变弱,长期轨道飞行时尤其如此。在地球上,免疫力由反体系统来保证,它保护我们抵抗微生物。在失重状态下,人体所有过程包括反体物质的产生比正常情况时要低。

升空飞行是人类最古老、最美好的愿望之一。千百年来,中国及其他国家和地区流传这许许多多的关于飞行的故事和传说。由于技术的限制,古代人类只能用幻想来表达自己对飞行探索的热爱,但大约在宋元年间,中国便出现了最早的火药火箭。明清时期,中国的火箭技术得到进一步的发展和运用,明代时期,甚至有一个名为万户的人,想利用绑着火箭的椅子使自己飞天,虽然失败了,但这却是人类一定意义上的第一次对航天的尝试,并且鉴于他的勇气,国际天文联合会将月球上的一座环形山命名为“万户环形山”。而在几百年后的前苏联时代,加加林在1961年成为世界历史上第一个完成太空飞行的人,标准这全球范围内载人航天时代的正式来临。

  直到60年代初,有关空间的知识,人们知道得还是很少很少。例如,没有人知道空间环境对人体器官会产生怎样的影响,没有人知道人的头脑在空间能否清醒思考,能否控制自身情绪并采取正确行动,也没有人知道人体能否经得住超重和失重。

  虽然人类踏入太空已有30多个年头,航天员仍然是一种稀有的职业,能进入太空飞行的人实在是太少太少了。

  1970年4月11日,美国航天员洛弗尔等三人乘阿波罗13号飞船升空,开始了人类第三次登月考察的旅程。经过两天行程将抵达月球轨道时,突然间,服务舱的液氧气箱爆炸,飞船失去了稳定。登月途中遇险,情况万分危急!幸运的是航天员训练有素,临危不惧,不慌不乱,沉着冷静,在地面测控中心的帮助和指挥下,靠着他们的知识、经验和勇敢,在狭小的登月舱使用有限的动力、水和氧气,操纵着登月舱绕过月球,中断登月飞行并安全返回了地球。又如1979年苏联航天员尼古来·罗卡维什尼科夫和保加利亚航天员乔·拉维诺夫发现他们处于极端危险之中:当联盟33号飞船接近航天站时,其主发动机发生故障。如果备用发动机也失效,那末他们可能成为宇宙的俘虏了。因为不能机动,他们的飞船靠自然减速要经100天后才能返回地球,而联盟33号飞船只有5天或6天的食物以及3到4天的氧气供应。幸运的是备用发动机工作正常,他们才得以及时返回地球。

  载人航天活动的初期,人员比较少。航天员都经过严格挑选,一般都不会有常见的慢性玻在航天前还采取一些防病措施以保证航天过程中不生大玻例如对航天乘员座舱在飞行前进行清洁消毒,入舱用品要保证无毒无污染;航天食品、饮用水都是经过严格消毒的,井且要经过生物学鉴定;发射前要求航天员尽量减少与无关人员的接触等。虽然如此,在航天站上还是常备一个医药箱,内装各种实用药物诸如头痛、伤风和安眠等药物以及用于处理受伤、烧伤和出血的药物,每个药箱都写有使用说明的目录,一看就明白。

一、前苏联与俄罗斯载人航天工程

  针对这些问题,科学家们为航天员的训练,安排了广泛的科目。航天员的候选者必须有很大的保险系数。

  今天的宇宙飞船和航天站乘员除指令长外,包含飞行工程师、医生和通常精通几门科学与技术的研究工程师。这是由于飞船现今有限条件决定的。随着空间技术的蓬勃兴起,人类终将把生产实践和科学实验的范围扩大到地球外层空间。人类在认识自然和改造自然的历史进程中,将达到一个新的台阶。在地球近地空间会出现庞大、永久性、多舱结构的航天复合体,执行大范围的工作,其中有利用空间特殊环境与资源加工生产某些产品的宇宙或太空工厂、太阳能电站、大气外天文台、空间导航站等。那时,就有必要用能操作这些复杂设备的高素质专家来构成航天乘员组。这样,航天乘员组必须由飞行工程师和上述专家共同组成。他们操纵设备、进行维护修理并在飞行中控制这些设备。

  再如,有一次苏联航天员弗拉基米尔·铁托夫和格拉弟·斯塔拉卡罗夫也面临一次极端危险局面。他们的航天飞船定在晚上发射,每一件事似乎都按计划进行。突然之间,宇宙飞船及其运载火箭被包围在火焰之中,眼看顷刻之间粉身碎骨的可怕悲剧就会发生。幸好在可能的悲剧发生之前,一个专门的固体燃料发动机——紧急营救系统——点火,将返回舱从发射火箭中分离出来并把它喷射到约500米到700米的高度,然后通过降落伞着陆在离发射阵地附近的安全地方。

  然而,不管措施何等周到,在航天进程中航天员免不了要偶尔生玻例如美国阿波罗7号至11号宇宙飞船的乘员中,就发生过鼻炎、胃炎、肠炎、恶心、牙痛等疾病,只是由于病情较轻、飞行时间短,没有影响航天任务的完成。又如1985年11月苏联礼炮7号—联盟T14—宇宙1686航天站复合体指令长弗拉基米尔·瓦休金突然生病,航天站常备药箱中的药不能改善其病情。地面测控中心不得不作出决定中止他的飞行,让他返回地球住院治玻为了保证航天飞行中航天员的身体健康,地面测控中心的医生们时刻都密切注视着他们的身体状况,每天要向他们提出许多询问,并定期用遥控医疗设备给航天员作健康检查。1987年7月和平号航天站乘员拉维金,这个平时身体很棒的小伙子,在长期地面训练中从未发现有什么心脏方面的疾病,现在经过近半年的太空飞行,通过遥诊突然发现他心跳异常。是什么原因?

实际上,苏联在在发射第一颗人造卫星之前就已经开始探讨利用火箭探测月球和实现载人飞行的问题了。1958年初确定了“月球”工程,先后考虑了四个方案,于此同时,利用火箭载人航天的方案探索工作也在进行。苏联在50年代就用P-1,P-2导弹改装成探空火箭进行高空大气研究、生物医学研究和生命保障系统与返回装置研制,为载人太空飞行进行了一些探索工作。苏联的“月球”工程与其载人航天计划有一个有趣的地方,本来为了实现“月球”工程而研制的卫星实际上只是在卫星号运载火箭上面加装了一个第三级,而由于这种火箭曾被用来发射东方红载人飞船,因此被命名为东方红号运载火箭,以至于后世只知东方红载人飞船所创造的历史,而完全忘了这个“月球”工程。

  训练试验奇特而又非常严格,特别是对人体的前庭器官,只有试验中前庭器官稳定而不混乱的人才有可能成为航天员。试验中,要求接受训练的学员自旋转、振动以及坐在离心机中推动并突然停止,还要求你闭上眼睛转动脑袋。你的身体围绕着轴旋转并倾斜着倒下来,你有着一种从吊环中抛出去的感觉。试验中似有人抓住你使你摆动,蒙着你的眼睛振动达16分钟。大约有三分之二的候选者,在振动两分钟后就吃不消而要求停止试验,不想当航天员了。这仅是持续数年训练的第一次试验的一个科目。

  除乘员组外,还有一个研究集体,包括地质学家、海洋学家、气象学家、生态学家、垦荒专家、冰河学家、天文学家。他们是进行空间科学研究的专业人员。

  1967年1月27日,美国肯尼迪空间飞行中心的一艘阿波罗飞船正在进行载人航天飞行的地面试验,充满纯氧的飞船座舱里突然起火,第一批三名航天员被大火烧死。

  一时难以作出解释。为了保险起见,地面测控中心的领导和医生们联合作出决定:拉维金立即返回地球,由另一名航天员亚历山大德罗夫接替他的工作。

苏联载人航天活动在60年代主要是摸索经验,发展基本技术。在这个阶段共发射6艘“东方”号飞船、2艘“上升”号飞船和8艘“联盟”号飞船,掌握了飞船的机动飞行、轨道交会和对接、航天员的舱外活动等技术。“上升”2号飞船的航天员Α.Α.列昂诺夫于1965年3月18日完成首次舱外活动,“联盟”4号与“联盟”5号飞船于1969年1月15日实现首次空间对接。70年代以后苏联载人航天进入实用阶段,安排了大量国民经济、科学研究和军事方面的项目。1971年4月19日,苏联发射了第一艘试验性航天站“礼炮”1号。此后就以“礼炮”号航天站为主体,用“联盟”号载人飞船和“进步”号货运飞船作为运输工具,为航天站轮换航天员和补充燃料、设备及其他消耗品,进行对地侦察和勘测,开展天文观测、空间加工、生物医学研究和技术试验活动,并在保证人在失重环境中长期生活和有效工作方面积累了经验。1961年至1984年底,苏联共发射7个“礼炮”号航天站、完成56次载人航天飞行。1984年2月8日乘“联盟”T-10号进入太空的航天员Л.Д.基济姆、В.Α.索洛维约夫和О.Ю.阿季科夫创造了连续航天时间236天22小时50分的最高纪录。1975年7月15日至21日,苏联“联盟”号飞船与美国“阿波罗”号飞船在轨道上对接,进行了联合飞行。而苏联解体后,其主体国家俄罗斯接收了前苏联航天工程的大部分遗产,却由于经济、政治上的失误逐渐衰败,前苏联遗产之一“和平号”空间站在俄罗斯期间开始与苏联曾经的敌对国美国展开深度合作,而“和平”号空间站退役后,俄罗斯与美国等其他国家展开了国际空间站项目,从此之后,俄罗斯的载人项目主要为用联盟号运载火箭运输各国航天员和国际空间站物质。

  不论是前苏联或美国,航天员候选人是在有熟练飞行经验的空军驾驶员中挑选的。美国规定,空军驾驶员必须具有1500小时空中飞行经验者才有机会候选。到1959年4月,美国从508名候选者中只挑中7名接受航天训练,要求是极为严格的。在空中飞行小时的规定上,前苏联没有美国规定那么高,通常在200飞行小时以上即可。例如,第一个飞向太空的尤里·加加林,作为航天预备队员接受训练时,只具有250小时的飞行经验。

  另外,有必要为上述两类人员提供每天的服务。服务人员应包括厨师、装配工、暖房菜园工等,还应有医疗服务人员。因此,看来酷像一艘研究船的载人航天复合体,其人员组成包括三部分:第一是乘务组人员;第二是科学研究集体;第三是后勤服务人员。

  1967年4月23日,苏联航天员科马罗夫乘联盟1号飞船在轨道上飞行26小时后返回地球途中,由于降落伞故障,飞船坠毁,科马罗夫遇难并成为航天飞行中首先死亡者。

  航天站向着空间容积增大和永久性方向发展,配备的实验仪器多,随之来站工作的航天员也会增多,停留太空时间也会大大延长。空间飞行环境特殊,除了微重力会引起人体生理功能出现一系列变化,如前庭功能紊乱、血液重新分布、心血管功能降低、胃矿盐丧失等外,发病的机会必然会更多。

不得不说,两极格局结束前,苏联是世界上航天领域绝对的霸主,同一时代、同一梯队的美国也从未真正意义上超过它,在航天历史特别是载人航天历史上苏联可以被认为是做出了最大贡献的国家,其在航天领域的创新思想足以在人类历史留下一个巨大的足迹,但前苏联解体后,俄罗斯虽依靠苏联时期留下来的火把在世界舞台上散发着余光,却由于缺乏资金和人才的流失,导致航天工程一再拖延,新项目问题不断,逐渐被中国、日本、欧洲航天局这些后起国家和地区所追赶。

  随着空间技术的改进,对航天员的医学要求和航天员的训练方法也发生了变化。例如,当前苏联的联盟号载人宇宙飞船试验成功后,就不再需要在离心机上进行重力加速度载荷试验;大大减少了返回舱再入大气层经受加速度过载训练;核心舱的训练也放弃了,因为联盟号载人飞船在轨道飞行和返回时有着很舒适的环境。

  在更远一些的未来,人类会进行星际旅行,那时需要人们研究和开发月球、小行星或其他天体,并把它们变成空间科学研究和太空工业中心以及用作燃料加添、维护修理、乘务员换班的中转基地。届时,就会出现一个新的职业,其中有太空导航和领航、空间救援和星际学家。今天还很难说,未来宇宙航行需要什么样的专家。但当宇宙航行成为普通和平常之事的时候,这些就成为从事这些工作的人员每天的职责了。“航天”一词,不再表示一种职业,而仅仅是一种外空活动而已。

  1971年6月30日,联盟11号飞船和礼炮1号航天站对接成功,飞行24天后在归途中由于座舱空气泄漏,帕查耶夫等3名航天员窒息死亡。

  而且有些在球上很容易处理的疾病在太空中却变得很复杂。因此,航天站和星际飞船应有医生及必要的医疗设备,他们会保证其他乘员的身体健康。如果必要的话,他们还将提供医学帮助,包括外科处理。

二、美国载人航天工程

  第一批航天员训练时,还必须单独在与外界完全隔绝的隔离舱室内生活若干日子,试验的目的是要确定一旦和地面失去无线电联系时航天员的心理稳定性,后来这个试验也取消了,因为单人独飞的航天时代过去了。

  未来星际旅行所需生命物质的供应

  1986年1月28日,在美国佛罗里达州纳维拉尔角肯尼迪航天中心39B发射台上,挑战者号航天飞机载着7名航天员升空,进行它的第11次航天飞行任务。飞行60秒,高度10公里,为突破音障航天飞机加速到全速。这时固体助推器突然冒出火焰,飞行第73秒时外挂燃料箱爆炸。挑战者号航天飞机在数秒钟内化成一团火球。从火球和浓烟中散射出的无数碎片像流星雨一样散落在大西洋的洋面上。发射场上数千名观众和地面操作人员以及在荧光屏前观看发射实况转播的广大观众,都被这一突发事件惊呆了。7名宇航员全部遇难,这是人类在飞向太空的征途中,最大的一次航天悲剧。

在人类利用太空时代的早期,,苏联率先跨入航天时代同时说明了苏联当时的运载火箭技术超过了美国,但这并不意味着美国对航天计划掉以轻心。早在1956年,美国陆军弹道导弹局的冯·布劳恩就在探讨继红石和丘比特之后的运载火箭问题(这两种运载火箭均有路基弹道导弹改装而来)。他们具有前瞻性的认识到,要想发展大推力的运载火箭,就必须把火箭与军用弹道导弹区分开,虽然这种想法在现在看来非常正确,但由于美国政府当时没有认识到太空研究的意义,认为大推力的运载火箭对战略导弹的发展没有益处,于是没有批准冯·布劳恩的研究计划。也正是由于这个原因导致了美国在早期的太空竞赛中落后于前苏联。但在NASA成立后,美国开始认真考虑航天运载火箭的规划问题,由于当时美国在政治上同前苏联展开了一场太空军备竞赛,在科学上要发展人造卫星和探空项目,运载火箭成为NASA高度重视的发展项目。在美国不断的创新下,几种强大而又可靠的运载火箭被推出,为后来太空研究的高潮——阿波罗登月计划奠定了重要的火箭基础。

  现在,良好的体力和健康的身体仍是选择航天员的主要条件,但在医学上的条件没有过去那么严格。例如,轻度的视力毛病不会成为候选航天员的障碍。航天员康斯坦丁·菲亚克梯斯托夫和阿列克塞·古巴列夫在航天飞行时就戴着眼镜。任何医学上健康的人都能承受飞行和加速度过载。当然,也并不是所有人能完成空间飞行,即使在遥远的未来,患有心脏病的人要想进入空间旅行仍将是非常困难的。

  在地球近地轨道上运行的和平号航天站,通过航天体系的帮助,由进步号货运飞船定期运送食物、水和空气。未来载人星际飞船的乘员飞离地球数百万、数千万公里时,再通过类似的运输系统进行补给,如果不是不可能,也必定是十分的困难。

  1986年4月,美国大力神火箭在把一颗间谍卫星送上太空时发生爆炸;同年5月,计划把一颗气象卫星送入轨道的三角翼火箭因发生故障而失去控制,被地面控制站引爆。1987年3月,美国发射阿特拉斯—圣托火箭推送美国军用卫星时发生事故而被引爆;同年6月,位于弗吉尼亚州瓦罗普斯岛发射场地的5枚小型实验火箭即将升空时,3枚火箭被雷电击中而自行启动升空,然后坠入大西洋。

从1961年至1984年底美国先后实现了5项载人航天计划,完成46次载人航天,耗费约500亿美元。1959年4月,美国国家航空航天局选拔了第一批航天员,在兰利研究中心开始训练。1961年5月美国第一名航天员A.B.谢泼德乘“水星”号飞船首次完成轨道飞行。1961年9月组建约翰逊航天中心,它的任务是设计和制造载人飞船,选拔和训练航天员。60年代实现了“水星”计划、“双子星座”计划和“阿波罗”工程。通过前两项计划解决了载人上天和返回的问题,试验了飞船的轨道机动、交会、对接和航天员出舱活动等技术,为实施“阿波罗”工程奠定了基础。1969年7月至1972年12月,先后有6艘“阿波罗”号飞船完成了月球航行,12名航天员在月面上进行了科学考察,带回了月球土壤和岩石标本368公斤。“阿波罗”工程耗资约255亿美元,后因实用价值有限而削减经费,减少了飞行次数,提前结束了计划。70年代美国重点实行两项计划:“天空实验室”计划和航天飞机工程。“天空实验室”利用“土星”5号火箭第三级壳体改装成为一艘试验性航天站。1973~1974年间以它作为空间活动基地,先后有3批航天员乘“阿波罗”号飞船上去工作,开展了生物学、天文学、地球资源勘测和生产工艺方面的实验。航天飞机于1972年开始研制,1981年4月首次试验,1982年11月投入使用。此外,美国于1975年7月与苏联合作进行“阿波罗-联盟”号对接飞行活动。而在前苏联解体后,主要以国际空间站为主进行一些载人航天项目。

  但是,航天员在轨道飞行的职责在不断扩大,必须进行的科学、技术和医学实验项目越来越多,工作范围的广阔使得挑选航天员的条件也有所变化。航天员必须具有多个领域的知识。这会变得越来越重要。

  在空间,一个人每天消耗食物、氧气和水,总计可达10千克。如果乘员组只由3人构成,在空间生活一个月,需要消耗1吨的氧气、食物和水;如果生活一年则需12吨;如果飞往别的行星,例如飞往近邻火星探测,则需二年至三年时间,总共需消耗氧气、食物和水多达24到36吨,如果不用运输线保障供给,要带上二至三年的给养飞往其他星球也显然是不可能的。

  1986年12月,苏联海洋监测卫星宇宙—1714号突然失控重返大气层,在澳大利亚上空解体燃烧,剩下的残片溅落入大洋中。

直到今日,美国依旧是世界上在航天领域最强的国家,并且由于私人企业开始投资商业航天领域,加上美国政府的支持,使得一些民营企业的运载火箭技术都十分强,例如亚马逊CEO杰夫·贝索斯(JeffBezos)旗下的蓝色起源公司和美国太空探索技术公司(SpaceX)。这些企业的运载火箭技术甚至能与其他国家抗衡。但,由于两集格局的结束,使得美国没有像冷战事期那样全力发展航天的必要,所以在1972年之后,再也没有登月计划,目前美国的载人航天行动主要是以国际空间站为主的空间实验。

  前苏联在挑选首批航天员时,还有一些其他的严格条件,例如,必须有很好的体形,体重不超过75千克,身高不超过1米75,这是由当时的东方号宇宙飞船的结构条件决定了的,现在这种条件不会再起作用了。

  此外,当飞行时间增加时,在飞船上创造一个舒适的环境,以接近人的通常需要,这个问题就变得非常的尖锐。航天理论奠基人,康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基在世时想到了这些问题,并认为可以通过在飞船上建立温室来解决供应问题,他当时认为这是完全可以实现的。

  西欧阿丽亚娜火箭自1979年第一次发射以来已有5次失败。1986年5月,阿丽亚娜Ⅱ型火箭发射失败,一颗大型国际通信卫星被炸毁。1990年2月,阿丽亚娜Ⅳ型火箭在法属圭亚那库鲁宇航发射中心升空后爆炸,乘搭火箭的3亿多美元的两颗日本通信卫星被炸毁。

三、中国的载人航天工程

  妇女飞向太空是不容易的。第一个女航天员太空飞行的实践和发现,使专家们作出结论:倘若妇女进行特殊课程训练,她们同样能承受航天环境。因此,不论性别,妇女和男人一样,也可以飞向太空,并在那里进行工作。

  在飞船上,他想像飞船把航天使团送到遥远行星,乘务人员会得到新鲜蔬菜、食物和维他命,排除二氧化碳,制造氧气并美化居住舱室。

  太空事故的原因大致可以分为宇航技术和外界条件的影响两种。前者如美国“挑战者”号航天飞机爆炸,因为右侧固体燃料助推器下端的密封装置失灵,美国三角翼火箭失控因主发动机发生故障,欧洲阿丽亚娜Ⅱ型火箭发射失败因第三级发动机点火系统失灵。后者如美国阿特拉斯—圣托火箭被雷电击中而发生事故;卫星遗骸等构成的太空垃极碰撞正在工作的卫星,也将造成事故。

1999年11月20日凌晨,在甘肃酒泉航天发射中心,新建的高达百米的载人发射塔架陆续打开,大型运载火箭和实验飞船露出了英姿。这就是中国在“长二捆”基础上改进研制的CZ-2F运载火箭,而这颗火箭的发射标志着中国进入世界载人航天俱乐部。事实上,早在中国发射第一课卫星“东方红”卫星时,钱学森就提出了中国要发展载人航天的意见,但由于当时的中国国情,并没有技术、资金和人才来发展这样一个浩大的项目,于是研究人员在这20多年来只进行了理论研究,直到1992年9月中央才决策实施载人航天工程并确定了我国载人航天“三步走”的发展战略。在1999年至2002年间,中国成功的发射了4颗无人飞船,为中国接下来的载人飞船打下了坚实的基础,2003年,杨利伟随着“神舟”五号的成功发射成为中国首位登上太空的宇航员,2005年中国第二颗载人飞船“神舟”六号将两名宇航员送入太空,2008年,神舟七号成功发射,将三名宇航员送入太空,翟志刚进行了太空行走,随之成为世界上第三个掌握空间出舱活动技术的国家。而在2011年中国发射了“天宫”一号空间站,并使神舟八号与其无人对接成功。在2012年和2013年中国两次使用CZ-2F运载火箭使神舟九号和神舟十号成功上天,并与天宫一号对接。而在“天宫”一号退役后,中国发射了天宫二号空间站,并用神舟十一号携带三名宇航员成功对接。而在新一代长征七号中型运载火箭和长征五号重型运载火箭研制发射成功后,将于2020年建立一个能长期驻人的大型太空空间站。

  现今的宇宙飞船和航天站,装备着各种计算机和精密仪器设备,妇女一般较细心、有耐心,操纵这些设备更胜任和得心应手,而艰难一些的手工操作由男人完成更合适。专家们认为,今后应该由男、女混合构成航天乘务组。

  科学家们认为在空间建立一个类似地球的生物系统是一项真正的挑战性任务。在这样的系统中,高等和低等植物起着关键的作用。很多专家已经推荐小球藻类作为主要的氧源。这种单细胞海藻在失重状态迅速繁殖,有效地产生氧而不产生有毒物质。虽然小球藻类内含蛋白质、脂肪、碳水化合物和维他命,但它们却很难充作人的食物。有一位专家说,咀嚼单细胞藻类,得不到我们所喜欢的感觉,它有着一种讨厌的味道。

  人类正是在一次次的失败与挫折中总结经验,以大无畏的精神,以百折不挠的斗志,征服太空,探访宇宙,实现着前人的梦想,也将前人未曾想到的事变成现实。

中国作为后起之秀,在航天领域的成就令人瞩目,在国际形势不乐观的条件下成功的发展了一整套太空探索装备体系,为之不易,而随着新一代运载火箭长征七号、长征十一号、长征五号的成功发射,中国虽与俄美有一定差距,但差距逐渐缩小,并领先于除俄美外的其他国家,稳坐于航天领域世界前列。其他也有载人航天工程的国家就不一一列出,如法、日、英、印等。这些国家同样在载人航天领域拥有巨大的成就,但技术自主能力较弱,技术能力一般,虽然欧航局、日本、印度均有重型运载火箭(部分运载火箭甚至较为先进),但航天体系并未完善,技术受限较为明显,所以并不讨论。

  太空挑战者

  科学家们设想用海藻作为动物和家禽的饲料,而它们供给星际飞船的乘员以肉类、牛奶和鸡蛋。人类最好使用高等植物。当初在航天站,航天员曾进行第一批高等植物培育试验,结果令人失望,因为它们在成熟期死亡;但是后来又经过不懈努力,通过一系列试验又产生了希望。最后的结论是,在失重状态下高等植物基本上能通过生长的所有阶段,这对未来的星际旅行有着极为重要和根本的意义。

总结:载人航天工程作为一个拥有超高技术含量的工程,所消耗的财力物力必然较大,并且效益需要很长时间才能看到,但任何一个国家绝不能放弃这样一个高技术领域,中国更是如此,因为大气层的壁垒在未来必然被人类攻破,外太空的财富必然会为人类所用,人类必将进军太空。别忘了,我们的目标是星辰大海。

  尤里·加加林是世界上第一个飞向太空的人。1934年他出生在俄罗斯欧洲部分的斯摩凌斯克地区一个农民家庭,毕业于一所职业学校后成为一名工人,然后又就读于第二工业学校,最后毕业于飞行学校而成为空军歼击机驾驶员,后被选中加入航天员预备组,接受严格的航天模拟训练。除了职业标准外,他以良好的素质、个人魅力、勇敢和超群的勤奋,在竞争者中脱颖而出,被选中为宇宙空间的敲门人。1961年4月12日,它乘东方号宇宙飞船进入轨道,绕地球一圈,历时108分钟,然后安全返回地球。因此,他成了人类飞向太空、拉开空间旅行序幕的第一人。1968年,他在一次飞行训练事故中丧生。

  支持空间生物生命系统的开发工作仍在实验阶段。正在作出的努力是寻找生长植物的最有效方法,例如在人造土壤中植物生长方法。在白俄罗斯共和国,科学家已经发展了一种人造土壤,它看上去像沙,但实际上是由两种类型的专门塑料材料组成的。它充满15种从通常的肥料中提取的营养物。植物生长,要进行光照,土壤也需要浇水。

  瓦莲蒂娜·捷列什科娃是世界上第一个到达宇宙空间的妇女。她 1937年出生,在一个地区小城镇长大,先是在雅洛斯拉夫的一家轮胎厂工作,然后就读于第二轻工业技术学校。她参加跳伞运动,然后又进入飞行学校。尤里·加加林首次太空飞行的消息激发了她要遨游太空的愿望,第二大她便去莫斯科有关当局,要求参加航天员准备组接受培训。出乎意料的是这个请求竟获批准。她在1963年6月16日独自一人乘东方6号宇宙飞船进入空间,绕地运行49圈,历70小时又50分钟,然后安全返回地面,成为人类史上第一个飞向太空的妇女。她的这次首创性飞行是极不容易的。飞行过程中的一些发现,为后来培训女航天员安排特殊训练课程提供了依据。

  使用人造土壤的实验表明,它可能有巨大的实际意义。一平方米菜园在70天可生产1千克小萝卜。与此形成对照的是一平方米人造土壤,21天可生产10千克。这些成果不仅在实验室,而且在某破冰船上试验时获得,那里配备了人造实验菜园。

  列昂诺夫·阿列克赛是第一个在太空行走的人。1965年3月18日,他乘坐双人飞船上升2号绕地运行17圈,历时26小时2分钟。其间,他曾穿上太空服走出飞船座舱,在开放宇宙空间漫步8分钟,然后安全返回飞船。

  科学家还研究空间失重状态下生长植物的其他方法,如溶液培养和电刺激培养。例如,美国洛克希德宇航公司在加里福尼亚州森尼韦尔实验室培育适合太空生长的蔬菜。研究人员将莴苣、胡萝卜和西红柿放进无土壤的培养基中,并在失重条件下培育起来。结果发现莴苣在含水的培养基中生长比在土壤中快2至3倍,并且发现莴苣很难与西红柿混种,只要有西红柿,莴苣便难于成活。原因可能是西红柿消耗的培养液太多,也可能是它对莴苣有毒,有待进一步试验。使科学研究人员兴奋的是用这种溶液培育的胡萝卜大获成功,长出来的胡萝卜味道鲜美,百尝不厌;但胡萝卜的形状怪异:上半部还算正常,下半部却向上弯曲,根须则像卷发一样卷绕在一起。时间将会证明,哪一种植物培养方法更有效。

  阿姆斯特朗是人类第一个登上月球的人。1969年7月16日,三位年龄同为39岁的阿姆斯特朗、奥德林和柯林斯乘阿波罗11号宇宙飞船首航月球。5天后的7月21日飞抵月球。柯林斯在指挥舱里继续绕月球轨道飞行;阿姆斯特朗和奥德林乘登月舱在月球静海着陆。指令长阿姆斯特朗首先爬出舱门,用左脚踏上月面时说了一句意味深长的话:“对一个人来说,这是一小步,但对人类来说,这却是一个巨大的飞跃!”待阿姆斯特朗登上月面之后,奥德林也踏上了月面。他两人在月面停留21小时18分钟后才启程返回地球,成为人类史上第一次登上月球的人。

  航天医学专家说,长时间的星际飞行的生物生命支持系统,只能适应生物特性,别无其他选择。因此,科学家根据自然界的生物链关系,安排这样的周期实验:一组生命或者它们生命活动的产品作为食物,在每一个周期内供给其他的生命。

  1972年12月7日,塞尔南、施米特和埃文斯三人乘阿波罗17号宇宙飞船一起飞往月球。埃文斯在指挥舱绕月球飞行;塞尔南、施米特两人登月后,在月球生活和工作长达75小时,然后,启程返地球,他俩成为在月球生活时间最长的人,而且,施米特是世界上第一个参加太空航行的科学家。

  目前,科学家试图在生物生命支持系统中包括进动物王国的成员。已经考虑,鹌鹑将是第一批空间家禽场的居民,它的肉具有很高的热量。还应指出,它特别能产蛋。现在正在空间飞行中试验生物生命支持系统的不同元素,发展生产动物、植物和整个生物社会的技术。随着时间的推移,将可以回答更多的问题。然而,科学家们相信,在空间建立一个封闭的生态系统是可能的。如果今后能把这个信念变成现实,并建立起这样的生态系统,那末,到遥远的行星或天体进行星际旅行的理想将会变成真正的可能。

  斯·萨维茨卡娅是第一个到开放宇宙空间的妇女。1982年和1984年,她曾两次执行航天任务。1984年7月第二次太空飞行时,她来到了开放空间进行了3小时35分钟太空行走。

  建立空间太阳能电站的前景

  弗·科马罗夫是人类航天飞行中第一个牺牲者。1964和1967年他曾两次执行航天任务。1967年4月23日第二次航天时,他乘联盟1号宇宙飞船在轨道飞行26小时后返回,由于降落伞故障飞船坠毁而遇难。

  煤作为主要能源曾在工业革命中起过主要作用;而作为能源的石油是和本世纪的种种产业成就联系在一起的。可是,随着世界经济的发展,电力消耗日益增快,能源不足的矛盾相当突出。另一方面,更进一步和过分使用煤和石油还可能导致地球自然环境的破环;更大规模发展核电站又担心会构成对人类生命安全的威胁。于是很多科学家不约而同地想到了用太阳能。

  从1961年4月12日人类第一次进入太空,到1990年12月11日美国航天员布兰德等七人乘哥伦比亚号航天飞机归来的30年时间里,美国和前苏联共进行139次载人航天活动,有241名航天员,其中包括14名女性航天员,共419次到太空旅行。其中前苏联东方号飞船飞6次,上升号2次,联盟号8次,联盟(T及M)到礼炮号航天站飞42次、到和平号航天站飞11次。美国水星号飞船飞6次,双子星座号10次,阿波罗11次,阿波罗飞天太空实验室3次,航天飞机飞38次。另外,前苏联联盟号飞船和美国阿波罗号飞船在空间对接一次。

  确实,如能利用太阳能作能源,可以避免上述种种矛盾和担心。太阳能真是取之不尽,用之不竭,亿万年来无私地奉献给了宇宙,也为人类送来了光明和温暖。太阳把辐射到宇宙空间能量的大约二十亿分之一穿过15000万公里的路程投射到地球上。这能量相当于173万亿千瓦的功率,或者说约等于每秒钟把550吨原煤的能量输送给地球。但是,太阳能的散射面很宽,特别是经过地球大气层时,大部分能量被大气层反射、散射或吸收掉了。在宇宙空间,由于太阳光线不会被大气减弱,也不会被大气阻拦,可以直接受到太阳光的照射,因此在那里建造一个太阳能电站,应该是个好主意,好想法。

  除美苏两国之外,通过国际合作选派航天员进行训练并到太空遨游的国家有德国、法国、保加利亚、捷克斯洛伐克、波兰、匈牙利、越南、古巴、蒙古、罗马尼亚、印度、叙利亚、沙特阿拉伯、加拿大、荷兰、墨西哥、阿富汗以及日本等18个国家。

  空间太阳能电站,作为人造天体,在绕地球运行过程中,总有一部分时间被地球挡住阳光,也就是说要进入地球的阴影部份。不过,这时间并不长。如果太阳能电站的轨道选择得好,可以使时间变得很短。例如,太阳能电站若处在赤道上空35860公里的同步轨道上,它绕地球一周的时间为23小时56分4秒,与地球自转周期相同,则太阳能电站对地来说是静止的,一年中仅在春分和秋分前后45天,而且每天至多只有72分钟有被地球挡住的时候,在其余时间内,电站的大面积电池帆板可以受到太阳光的连续照射而把光转变为电。和地面相比,用同样面积的太阳能电池帆板,在同步轨道可多获6到11倍的太阳能。如果把空间太阳能电站建设在圆形日心轨道上,那就不再怕地球挡住阳光,并可获更多的太阳能。

  人类飞向太空已成为常事,今后会有更大数量的人进入太空生括、工作,这是航天科技发展的必然结果。到目前为止,人类在太空活动的杰出成就中,值得特别书写的是前苏联航天员季夫、马纳罗夫在1987~1988年期间创造了在太空一次连续停留一年的记录,以及美国共有七艘飞船21名航天员参加登月飞行,18名航天员进入了绕月运行轨道,并有12名航天员登上月球,成为迄今为止离开地球最远的一批人。

  怎样把太阳能电站的电能传送给空间工业用户和地球,是建设空间太阳能电站的关键问题。早在1968年,科学家就设想,在宇宙空间的太阳能电站,聚集大量阳光,利用光电转换产生直流电,并通过相应的装置将直流电变换成微波,以微波波束的形式传输到太空用户或者传输到地球上,用户接收站又将微波能量再转换成相应的电能,联人用户供电网络。由于微波能顺利通过云雾和烟等,每天向地球输电时间不受任何限制。而在空间没有重力并且真空,太阳电池帆板可以做得很大,微波器件无需严格密封,而微波电能的定向发射和接收,对环境危害较小。虽然微波的放射性也是一种污染,但和煤与石油对大气的污染,以及和核电站可能产生的放射性等类污染相比,几乎可以说是微不足道的。空间太阳能电站的优势还在于它不必使用煤、石油等不可更新的自然资源。

  人在太空的感觉

  1987年,加拿大科学家在渥太华进行了第一次利用微波作飞行动力的微波束传送电能试验。他们用碟型天线传输微波波束。在试验中,发现在波束的聚焦、目标的跟踪方面存在一定的困难。

  人一到太空,最明显、最直接的感觉是环境变了,首先是失重引起人体生理、心理上的一些变化。前苏联太空飞行的经验表明,大约50%(美国经验说约75%)的航天员确实感受到失重效应给身体带来的不适。他们感觉到他们在颠倒着,经受着头晕、行动失去协调以及无食欲之烦恼。这一切影响了他们的工作能力。下面列举一些航天员的回忆。

  前不久,日本京都大学的科学家们又进行了类似的试验。不过,他们对加拿大的微波波束传输技术作了改进,采用相控阵天线技术。利用相控阵天线传送微波波束,聚焦精确,跟踪目标快速,利于实现计算机控制。

  前苏联航天员格·格列奇科描述他初到太空时的感受时说:“你感觉到,就像你的头向下倒立,血液涌向头部,头脑发胀,脸胀得通红,胸腔似乎充满了血液,自我失去协调。”航天员万·雷米也有同样感觉,他说:“一天下来,在镜子里你竟不认识自己胀红了的脸,你的行动失去协调,好像用自己的头不断撞击某物。”

  日本人试验的是一种无机载动力源,长度为1.6米的模型飞机。飞机上既无机载汽油,也无电池,而是靠接收地面的微波能量作为动力,收到的微波能量被转换成电力,驱动飞机螺浆转动,获得飞行动力。这一试验的目的,不是想研究开发一种不带燃料箱的飞机,而是试验微波传能技术,用于未来空间太阳能电站的电力传送。如果这种模型飞机传能试验进展顺利,日本的科学家在1993年把试验搬到高度为220公里的人造卫星上进行,利用相控阵天线及发射机给同时发射升空的另一颗人造卫星传送微波能量。

  医学家们称这种现象为“太空病”。但这不是一种真正的毛病,而是人体器官对失重的一种反应,因为正常的在地球引力作用下的血液循环受到了干扰。

  科学家们预测,不要很久,能产生动力的空间太阳能电站作为实用能源工厂,将为空间工厂提供电力,或者为轨道上的载人飞船和航天站提供能源。再进一步的发展,将会把电力送往地球。

  在飞行阶段,航天员的感觉并不是一样的。一些人能较快适应失重状态;另一些人则较慢。然而,一般来说,这种不愉快的感觉,经历七到十天后更可消失。旅居太空的时间变长,血液在体内的再分配便变得稳定。一些多次进行太空飞行的航天员说,后来的飞行,适应失重过程时的痛苦与麻烦少得多了,经历的时间也短得多了。这一点表明,身体具有“记忆”功能,能记起这种状态,使航天员的身体能较快调节而适应失重。虽然如此,到目前为止,科学家还不能识别在太空中头几小时和头几天期间,在生命组织中发生的所有变化。这是自动适应失重的危险时期。

  据科学家分析,空间太阳能电站的最佳容量是5到10兆瓦,悬挂于地球赤道上空36000公里高度的对地静止电站的质量为5万吨至10万吨。

  航天员的锻炼器械

  最初步的估算表明,空间太阳能电站每产生1千瓦电量的造价会比核电站同样功率的造价高出50%至100%。比水电站高出100%至150%,比热电站高300%至500%。但是,由于使用甚高频微波辐射传输到地球,微波能量实际上不会被大气所吸收,地面接收站接收到的微波能量转变为电能供给用户,其转换效率可高达90%;更由于空间太阳能电站不消耗地球资源,因此工作约5至7年后,其利润将比热电站和核电站高。

  人在空间,必须保持肌肉组织的良好状态,并防止由失重引起的虚脱。失重对人体影响之严重性,是在1970年航天员安·尼可来耶夫经18天的航天飞行才被认识的。这次飞行给许多专家带来了不愉快的经历。在这之前,航天飞行期间较短,他们认为人体必须适应失重,那时,他们被认为在空间要调节到地球重力条件是困难的。

  建造空间太阳能电站的另一个关键问题是运输。计算表明,在5年内回收这样一个电站的费用,它每千克重量的成本不应超过 150至 200美元。此外,运载火箭应有非常大的推力,一次能将500吨的有效载荷送入轨道。在这样的情况下,总计只需100至200次的发射就可以了,所有货物在3至5年内运输到位。

  当安·尼可来耶夫和弗·斯万塔塔诺夫结束航天飞行返回地球着陆时,他们在没有别人帮助的情况下,走不出飞船。航天员既不能站立,甚至连坐也很难。他们的脉搏率和血压都很高。

  到目前为止,还没有这种大推力运载火箭能一次将500吨的有效载荷直接送入同步轨道。现有最大推力的运载火箭也只能将 100多吨的有效载荷送至地球近地空间。因此,要在3至5年内将空间太阳能电站的建设材料运送到位,还必须研制这种大推力火箭。

  航天医学家们不久便知道了问题出在什么地方。他们发现,长时间在失重状态下飞行和缺乏锻炼,削弱了航天员的心脏和体质。在失重状态下,肌肉组织的负荷是不合适的。因此,肌肉开始变弱,力量变小。人体坚硬的骨头在太空中也没有了用处。人体摆脱了它不需要的东西,其结果是钙从骨中消失,骨骼变得很脆。因此航天医学家们不得不考虑采取某种办法,使身体

  所以,怎样大规模开发与利用空间太阳能,还处在设想阶段,还需要若干年才能实现。

  “记忆”起地球功能和抵消失重。这样他们便提出建议建立一个太空器械锻炼室。

  科学家们相信,现在动手建立一个具有发电容量为15万千瓦的空间太阳能原型电站的计划是可行的。在这之后,就可能建造巨大的电站。随着时间推移,太空太阳能电站还应能帮助解决行星的电力供应。

  现在航天站上的器械锻炼室拥有自行车练功器、胸扩展器、跑步练功器以及一些其他锻炼器械。自行车的骑手负荷可以从最轻调节到最重。在后一种情况下,航天员踏两分钟之后会感到犹如已经爬了一座很陡的小山。通常,航天员按规定每日在跑步练功器上跑4至5公里。

  建造月球基地

  体力锻炼室建立初期,还缺乏锻炼的经验和知识,当时航天员必须每日进行的体力锻炼是很艰苦的,因为他们与其说是进行锻炼,不如说是从事某种令人讨厌的工作。

  建造月球基地的可能性

  那时,航天员每天要在太空锻炼器械上操练2.5至3小时。多年实践获得的经验,使现在有可能将这种操练时间缩短为1小时和半小时。

  自从美国阿波罗登月计划完成之后,经过20多年的沉寂,人们又在热烈谈论开发月球的事情了,很多科学家还提出建立月球基地的建议。1989年7月美国总统布什还曾宣布要把月球作为人类飞往火星的基地,并打算于2005年正式破土动工。看来,在未来几十年内,开发月球,建立月球基地是势在必行和一定要做的事了。

  已经发现并证实,如果航天员按照医生规定的办法操练,从太空返回时,他们能很快地使自己重新适应地球。

  空间技术的迅速发展,导致人类外空活动的日益扩大,已经把建造大型航天站、太阳能电站、太空工厂和空间居民点的任务放到了科学家的面前。但是,要实现这些目标,需要大批原材料,如果从地球向宇宙空间运送,费用非常昂贵,终非长久之计。因此,寻找地球外的材料来源,例如从月球和小行星获取材料,以及降低它们的运输费用,就成为发展空间工业生产,建造航天站和太空居民点的关键。

  安·尼可来耶夫和弗·斯万塔诺夫在18天太空航行归来后,花费将近6个月时间才恢复体力。而现在,在持续几个月甚至一年之久的航天飞行之后,重新适应地球的生活,相对来说没有什么痛苦与麻烦。航天员在返地着陆后几天,走路就没有困难了。他们的前庭混乱消失,行动时的协调能力得到恢复。经1个半至2个月时间,航天员们的体力实际上和航天飞行前一样了,如果需要,他们便可再进入太空执行任务。

  远在阿波罗飞船登月的历次航行中,航天员曾从月球带回许多月球岩石样品和尘土。经过分析表明,它们主要由百分之四十的氧,百分之三十的硅和百分之二十到三十的各种金属元素如铝、钛、锰、铁等组成。金属元素经加工后的基本构件可用于制造各大型航天站;硅是玻璃、陶瓷与半导体的基本材料,可用于制造光学和电子元件;氧则供给居民需要。因此,月球确实是地球之外的资源宝库与材料来源。月球的低重力环境又为便宜运送月球材料到空间提供了保证。月球上的重力,仅仅是地球重力的六分之一。把材料运往空间所需的脱离速度很小,只有每秒2.31公里。再加上月球上无空气,不存在空气阻力,所以从月球射离物体比在地球射离容易许多。这就是科学家们提出开发月球,建立月球基地的主要需求背景。

  例如,弗·季托夫和穆·马纳罗夫在太空连续飞行一年之后返回地球,着陆后只几个小时便轻松地走下舷梯。第二天就在莫斯科附近的星城散步。两天后,还用半个多小时回答了记者的问题。航天训练中心的医学专家说,他们除了在支持运动的系统和血液供给方面有一些异常,如不能站立1小时外,健康状况令人满意,自我感觉也良好。

  人类要开发月球并从它获取丰富的资源,还得先建造月球基地;作为先导,很可能不是直接建造为开发资源的月球基地,而是建造月球宇航基地,用以向宇宙空间射离物体以及为人类飞往火星作准备。建设这些基地的材料何处来?如果是从地球运来,其代价是非常高的。

  前苏联卫生部医学生物学问题研究所所长阿·格里戈时耶夫说,这证明他们制定的预防失重对人体影响的方法是有效的。他认为,为了使航天员能很快地适应返回地面后的生活,就不能让他们“过份好”地适应失重。格里戈里耶夫说:“航天员在太空飞行期间,一大作两次运动,每次1小时,不计入8小时工作日之内。这些运动项目有,穿压力服在跑步器上跑5公里,在自行车练功器上骑10多公里,在促进血液向腿部流运的装置上锻炼。他们也服用水——盐增补剂,必要时还用药。”前苏联还为航天员航天飞行后的适应地球生活制定了整套恢复措施,包括传统的按摩、水按摩、俄罗斯蒸汽浴、游泳、看电影、出席音乐会、生活在亲友间等。

  科学家提出,在月球上建造一个宇航循环基地需1000吨水泥,330吨水和3600吨钢筋,若将这些材料从地面运往月球,每吨需耗资5000万美元,显然太昂贵了。材料学家对月球岩样进行分析和试验后认为,只要把氢带上月球就可把月球上的岩石变为最理想的建筑材料。月球表面钛铁含量极为丰富,这些矿物被加热800℃后与氢结合会产生铁、钛、氧气和蒸汽。在此过程中产生人类生存所必需的水和氧气。月球岩石可精炼成轻型和坚固的水泥,剩下的铁矿可用来冶炼钢筋。这种月球岩石同其他小行星的组成物质相似,已经在茫茫宇宙中存在了许多亿年,不但能抵挡太阳射线对其粒子的辐射,还能经受极大的温差考验。材料科学家利用航天员带回地面的月球岩石样品制成了一块目前世界上无法同它相比的最强硬、最坚固、最富弹性的混凝土。这种混凝土是唯一能在气候异常的月球屹立的建筑材料。在月球上生产每千克这种品质的混凝土只需氢3克,而且只要具有总重量约200吨的机械钻探设备就可投入月球物质的挖掘。化学科学家设计了许多从月球岩土中提取纯净元素的方案,包括利用太阳能加热月球物质的物质分离法以及利用氢氟酸之类的试剂从氧化物中取得氧、硅和金属的化学分离法,每个加工厂设计成能循环使用试剂和废料的齐全生产单位。一个只有1吨重的小小的试验性化工厂,每年可将十几吨月球物质加工成氧、金属和玻璃。因此,科学家认为,建设月球基地的基本材料不必从地球运去,可以就地取材。待月球基地建成后,可以大规模开发月球,建造月球工厂,并把大批材料通过宇航基地射离月球,输往地球轨道和太阳系空间,用以建造各种大规模航天站,并为太空工业提供原料,为太空居民城镇建设供应建材。

  航天员在航天站的生活

  月球上的尘土确实非常有用,用它还可烧制房屋的砖、瓦和管道;利用尘土覆盖航天员居住点和月球实验室,可使他们免受宇宙射线、太阳耀斑的侵害,近2米厚的月球尘土可使航天员获得与地球相同的对宇宙射线的防护机制。开发月球,建设月球基地不仅是可能的,而且是人类在地球外开拓疆域必然要做的一项工作。

  在航天站和飞船上,航天员的工作和业余生活,一般由计划专家们安排。他们既要考虑航天员进行尽可能多的实验项目,又要保证航天员有维持健康状况和工作效率所必需的医学条件。

  开发月球还能使它成为人类未来从事科学研究的前哨阵地。在那里,科学家不仅能够直接研究月球的种种特性及其演化过程,而且也可能是唯一揭开地球早期历史奥秘的地方。例如,研究它的矿物构造过程,可以和地球比较。利用月球无空气、低重力、自转速度慢和环境幽静的特点,有可能在物理学、化学、生物学和其他科学方面进行唯一性实验;在月球上进行天文学与天体物理的研究比在地球上更具优越性。对人类社会来说,开发月球会使它显得日益重要起来。

  载人航天飞行初期,飞行计划安排到每一个工作日。要考虑到白天、黑夜条件所进行的各项实验、通信期和其他因素。飞行计划或详细计划列出每天必须完成的各项工作。但是,应该指出,在长时间轨道飞行时,预见每一件事是不可能的。因此这种详细航天计划后来逐被放弃。现今,对长时间轨道飞行只用一个总的计划,列出主要事情,诸如运输飞船的发射、着落以及接待航天人员、进入太空、进行的主要实验、休息日和医疗日。航天员带着这种计划进入轨道。然后预先4天制定每日计划,列出适应弹道和白天、黑夜条件的所有工作,并制定和地面及海上测量站的通信时间。

  发展月球基地的关键

  在航天站上,工作日从上午8时开始(地面莫斯科时间),晚间11时结束。然而从医学角度来考虑,航天乘员醒着的15个小时里,用于研究观察和维护设备时间不应超过6到8小时。实际上,航天员并不恪守这些规定,有时一天工作达10到12小时。

  月球基地能否迅速地发展取决于是不是有可能将开采的材料大量射离月面。这里需要一种称为物质驱动器的月球物质高效率发射装置。物质驱动器在不到160米长的轨道上将有效载荷加速到可摆脱月球引力的速度,即每秒2.31公里,连续不断将有效载荷射高月面,然后使脱离轨道的载荷朝着一定的方向准确地飞往空间某一位置,也就是月面上空60820公里,称为地月体系中的拉格朗日平衡点的地方。在那里再由一直径约9米的圆柱形接收器将其截获。停留平衡点的物质接收器可以耗能最少地进行工作。被截获的月球物质然后被缓缓送入地球轨道的各用户。普林斯顿实验室曾做了这种物质驱动器的模型,利用它,运载工具被加速到1100个重力加速度,是航飞机能达到的最高加速度的100倍。除了轨道长度和运载工具的质量外,模型和实物同样大小。导轨仅用一段,只有半米之长,是由20个驱动器圈组成的。启动后,运载工具从静止状态开始运行,以400公里/小时的速度飞出半米长的导轨。

  为了便于和地面设备同步,航天乘员使用地面时间,每日的生活尽可能跟随地球。和地球上一样,他们每周休息两天。通常利用其中一天清扫航天站,另一天休息。每两周,航天员洗一次澡。航天员进入带有防水拉链的聚乙烯舱内,水和暖空气打入其中。洗澡时使用海绵和肥皂。在失重状态,肥皂泡沫自由漂浮,为阻止泡沫进入嘴巴、鼻子和眼睛,航天员通过软管进行呼吸并载上护目镜。个人卫生属另一类,航天站乘员洗、擦用的餐巾纸、毛巾被充塞在一个专门的机构内。和平号航天站上还设有盥洗盆。设计师将它放在一个透明帘布之下,保证落水不会在舱内漂浮。帘布上有用于放手和头的洞。牙膏是一个专门的不起泡的类物。电动剃须刀带有一个空气吸力器。

  已有设想要用一种类似汽车装配中的机器人那样的自动复制机,经过两年左右时间生产100多台月球物质驱动器,每年能把10万多吨的材料运输到空间工厂和各大型航天站。这样,在未来太空,将会出现一个全新的产业,人类将逐渐摆脱地球的羁绊。

  在航天站,一名航天员每天约消耗0.8千克氧气,0.7千克食物和3千克饮水。此外,用于洗脸、洗手、洗衣和洗澡的水平均每天约6.5千克。这样3名航天员在航天站生活工作一个月,共需消耗1吨重的氧、食物和水,它们由航天货船从地面运送到站。因为这些生活所需消耗量较大,长期并完全依靠地面运送,实有困难,所以部分靠自力更生解决。例如,部分供水是通过再生式供水系统从航天站空气中采集,用过的污水和小便也经过过滤、蒸馏或杀菌消毒后循环反复使用。又如,通过特殊的电化反应,可从航天员呼出的二氧化碳中提取氧气,使氧也能循环使用。科学家现在正在研究一种办法,要从人的固体排泄物中经过处理回收可供循环使用的食品,但目前技术上还做不到这一步。

  建立月球基地还要求研制一种能将人员和物资送往近地轨道以外太空去的轨道间运输飞船,它将在近地轨道和地球同步轨道间往返运送有效载荷,并将有效载荷运送到通向月球、小行星和行星的特定轨道上。 1986年 3月至 月期间,前苏联的联盟7   T—15号飞船曾在和平号和礼炮7号两座航天站之间进行过往返穿梭飞行,进行人员和仪器设备的运输。但是,这仅是低轨道之间的空间运输。美国的航天飞机所能到达的高度也只限于近地轨道。所以,建造轨道间的运输飞船是将人员和货物送往空间站以外的先决条件。

  航天站生活区的温度在18℃到28℃之间,航天员可根据意愿调节。至于睡觉和休息,站上拥有单间,航天员可以单独休息。总的说来,航天站的生活舒适程度是一个经济问题,而不是技术问题。尽管长时间轨道飞行,积累了许多有价值的经验,但是在航天站上最佳的工作和学习、生活日程表还在继续研究和探索着。

  人类建立月球基地的计划

  航天员的睡梦

  虽然月球物质驱动器和空间轨道间运输飞船两项关键技术还在努力解决之中,科学家们却已经在拟定月球基地的发展计划了。

  当有人问航天员,他们在航天站睡觉做什么样的梦时,他们说,只做地球上的梦。航天员万·列勃捷夫说:“总的来说,不论是在航天站,还是在地球,我从未做过关于太空的梦。”这位航天员曾在航天站执行过211天的任务。在太空停留过237天的列·开兹,弗·苏洛伏夫和奥·阿托科夫也是这样说的。在航天站他们梦见亲人、朋友、故乡和家中的事情。

  早在 1979年,为了对各国在月球和其他天体上的活动进行组织和管理, 12月 18日联合国通过了月球条约。

  在航天站睡觉并不是一件容易的事。一些航天员发现自己很难在失重状态下睡着。最初几个晚上,特别是第一夜,可能是因为全身都发生变化以及过于兴奋,所有航天乘员的睡眠都是断断续续的。睡一两个小时便醒过来,换个姿势再睡一两个小时。有的航天员要靠吃安眠药丸方能够睡着。

  1987年10月在国际宇航科学院的会议上,来自50多个国家的近1000名科学家和工程帅联名提议建造国际月球基地。提议中的建造计划大致分四个阶段。

  然而,以后生活逐渐变得正常起来。他们的睡眠,就像其他任何健康人经过一天艰苦工作后一样,睡得很香。

  第一阶段的目标:在2001年前建造一个载人月球轨道航天站。到目前为止,人类已经先后建立过若干地球轨道上的航天站,例如和平号航天站。

  从生理上说,在地球上或太空中,睡眠的功用是同样的,就是让大脑休息并为它提供氧气。在失重状态下,血液涌向头部,头脑发胀,血流加快。通常在航天站睡眠时间持续不长。虽然工作日程表规定8小时睡眠,实际上航天员睡6小时就感到很好了。

  第二阶段目标:在2010年前在月球建立研究实验室,其中在2003年至2005年期间,由6名航天员首批登月,组成基地站;从2006年至2011年,基地人员增至30人,建成研究实验室。

  在航天站睡觉不用床,航天员睡在用带子系紧的睡袋内。一些航天员宁愿睡在天花板上,因为那里有更多的空间。当然,在失重状态下,地板和天花板之间的区别是相对的。在早期航天站飞行期间,睡觉时两臂自由摆动,它们会自动交会在胸前并“飘浮”。因此,像包扎婴儿一样包住自己是最好的办法。这就是航天站航天员睡觉用睡袋的原因。

  第三阶段目标:发展主要生产设备,并且每年向地球同步轨道和其他地方输出10万吨产品而继续扩大有关设施。这可能要相当一段历史时期。

  航天员的饮食

  第四阶段目标:到21世纪末建成具有高度生产能力的月球基地。

  航天员的饮食从一开始就是一个问题,没有经验。当时没有人知道,在失重状态下航天员是否能吃干物或流体,或者要吃什么样的味道。早期的航天飞行,饮食的选择范围很小,只有不多的几种液状和胶状食物。这些食物的味道离航天员的要求很远。当然,从那以后已发生了很多变化。

  此外,科学家的联名提议,还要求建立相应的国际月球基地开发机构。它的主要作用应包括诸如召开规划会议,讨论建造月球基地的政策和法律等等有关问题。当这样的国际月球基地开始建造并变成现实时,可能会出现一些全新的问题。例如国家的意义,国家的边界和人类的相互关系,有可能需要重新探索和认识,或者说,至少会赋以新的含义和内容。

  现今航天站上航天员的食谱包括大约70多种花色。保加利亚专门研究宇航食品的低温生物学和食物液化科学研究所以给前苏联提供宇宙食品而闻名于世。美国国家航空航天局的宇航中心也曾多次派专家去索非亚,考察用保加利亚的宇航食品为美国航天员提供给养的可能性。这里的食品用专门工艺加工而成,具有长时间保留味道和特性的优点。航天员最推崇的食品是酸奶黄瓜露。航天员在航天站进行长期的轨道飞行,判断食品味道的好坏会发生实质性变化,医学上目前还无法解释这一点。然而人们发现了这一事实后,酸奶黄瓜露以及其他酸奶制品便被吸收到航天员的食谱中来了。这是因为,如果航天员长时间不吸收含有丰富钙的奶制品的话,他们的骨骼就得不到钙的补充,牙齿也会变蓝。

  科学家们建议的国际月球基地,其最终目标是拥有高度生产能力,显然是一座月球城镇,离我们还相当远。而第二阶段目标已经就在眼前,规模不会很大,科学家们也研究得比较具体。他们认为,早期的月球基地应包括一个检测月球物质、监测基地成员健康状况和生活食品的试验舱,一个生活舱,一个不加压的储藏舱,一个加工月球物质的小小化工厂,一个带观测室和气闸门的连接舱,以便出入月球表面,两辆月球运输车。这种基地的成员可包括:指令长、机械师、机械技师、医生、地质学家、化学家和生物学家。基地成员,每两个月轮换一次。每次通过在低月球轨道上会合的轨道间运输飞船和月球游览车交换3至4个基地工作人员。

  这70多种宇航食品都是从没有受到任何污染的天然植物中提取的。除了酸奶黄瓜露外,还有各种各样的汤、肉食和干果。例如管装蔬菜汤、罐头肉和鱼,咖啡和茶以及草莓、苹果、杏、蜜瓜、桃等做成的干果,甚至还有辣椒酱。有些食物用专门方法纯化,如果把水加进这些食物,它们就会恢复成原来的样子。现在有定期货运飞船给航天站运输货物,就更可以增加各种饮食、新鲜水果、蔬菜,甚至还有经纯化的最可口芥子以及通常的听装食品。

  在这之后,人类将可利用小小化工厂生产的产品和建筑材料,在月球上建造固定的、坚固的宇航基地,为今后把开发出来的月球物质送往空间各用户和为人类飞往火星做出发地。

  相当长一段时间,航天员进餐只能选择一份完全的配额,无权自己选配食谱。从这一点来说是不自由的。营养学家们认为,个人对食物的偏好可能会导致饮食的不平衡。在航天站,医生规定对食物的选择应保证热卡和维他命含量的平衡。大夫们还规定航天员每日四餐:第一早餐、第二早餐、中餐和晚餐。他们认为这样安排最有利有于人的身体组织吸收营养。热量消耗每日为3200卡路里。这里列出一天的菜谱,作为一个例子:

  建造太空居民城镇的构想

  第一早餐:冷烤猪肉、糊状土豆、富麦面包、榅桲茎和咖啡;

  伴随着空间工厂的生产,太阳能电站的建造,月球和小行星的开发以及其他形形色色的大规模空间活动的发展,必然有越来越多的人到宇宙空间去工作、生活。因此,需要建造一种适于人类在宇宙居住的场所,即太空中居民的定居区或城镇。

  第二早餐:奶酪、船型饼干、苹果汁;

  为了使未来的太空居民能够像地球上那样长期工作和生活,太空城镇一方面应具有防护外部宇宙射线以及微流星袭击的设施;另一方面与要创造类似于地球上的重力、大气、日照与昼夜变化等环境,必须有充足的水、食物和能源,必须设置住宅、街道、公园、学校、农场等区域,用以保证居民的生活需要。

  午餐:胶状鲟、粟色汤、焖牛肉、面包、葡萄和梨子汁、李脯;

  经过多年的设想和构思、讨论,科学家们提出了五花八门,各具一格的空间城镇建设方案。美国科学家格拉尔得·凯·奥耐尔(Gerard·k·Q’neill)提出的,在今后一些年代内营建巨型太空殖民地方案,具有代表性。听起来,既有科学幻想的成分,更具有现实性的味道。太空居民点的建设是绝对必要和可能的,然而,是否就是这位科学家设想的这种样子,今后太空实践会给出正确回答。

  晚餐:带蛋猪肉汉堡包、含坚果干酪、黑面包、甜食和茶。

  他提出的这个太空殖民地将是一个巨大的圆柱形地球轨道站,其长度为3到30公里,直径达1至6公里。设想,这样一个空间结构能够容纳20万到2000万人。这个圆柱体不断旋转着并且在外壳内壁产生人造重力。在圆柱体内不仅有供人居住和办公的房子,而且还有山丘、森林、湖泊及河流。美国科学家相信,这种计划方案是可行的。前苏联的科学家对这个巨大的空间殖民地构造方案发表评论说,他们没有询问美国科学家的计算技术,但是相信美国人的技术和力量,相信这种计划是可行的,可以看作是太空居民城镇的一种可能的解决方案。

  但是,后来还是允许航天员吃他们喜欢吃的东西。现在每个航天员可选择它们最喜欢的食物吃了,不受限制。这可能是由于宇航食谱已经很丰富的原因吧!

  不论太空城镇将会按何种方案、布局建造,一定会伴随太空工业的兴起同时建设;开始规模也许较小,随着空间工业规模不断扩大,居民区也同时会发展。

  在航天站停留时间达60至80天后,许多航天员食欲减退,胃口变小。这是由于新陈代谢的变化和身体组织的改变所致。另外,他们对某些食物厌烦了。任何一个吃罐头食物的航天员都这样说。实际上,在太空和地球上的旅行者也面临同样的问题。现今有许多研究人员仍在努力探索和研究这个问题。

  由于外层空间存在大量的资源,随着月球和小行星的开发,空间会出现大批工业产业,人类依赖地球资源的程度下降,建设大规模太空城镇将不是现在人们想象的那么玄乎。

  航天员的穿着

  考察火星

  他们不穿时装。一天10到12个小时,航天员穿“企鹅”棉花轨道服。这种衣服的某些部位塞进弹性带,能对肌肉施以外部负荷,用以补偿地球引力。每个航天员还配备一套契比斯(Chibis)真空服。穿这套衣服的目是能使血液在往身体低部位流动时产生一个附加的流动力。真空服穿在身上,看起来有点怪。可以想象,和金属鞋及起皱的裤连在一起的真空服穿在身上,像一个小桶围住身子,其内壁有一个橡皮紧身衣,紧贴着人的身体。当空气从衣服中抽掉时,下部位的空气比上身更稀薄,这样血液往身体低部位流动时就获得附加流动效应。这个效应人们早就知道,并在医学上获得应用,例如冷冻处理。在降落地球之前,航天员穿着真空服能调节他们的血管系统去适应地球引力。

  考察火星的原因

  每个航天员还配备一套到航天站开放空间工作的宇宙服。这是一套精巧的太空服,是一个可以压缩成最小的模块。它内部装有生命保障支持系统,保障人的氧气供应、收集二氧化碳并排除过剩的热量。生命保障系统是极其复杂的,能保证航天员工作在高真空、强辐射和白天黑夜间温度从—150℃到150℃的急剧变化条件之中。穿上这种宇宙服在开放空间可连续工作6~7小时。航天员在宇宙飞船进入轨道进行对接和再入大气层期间,他们穿另外一种轻型太空服。这种轻型太空服能保证航天员免遭减压事故。

  火星是一颗最富传奇色彩的行星,也是多少年来人们思想上经常联想到地球以外可能具有生命的行星。火星上是否有过生命形态存在,科学家们争论了好多年。考虑到火星上有生命存在的可能性也有一些理由。火星上有稀薄的大气,少量的水,它的温度时常升到冰点以上。

  航天员的空间活动

  为了拨开人们对火星认识上的迷雾,美国和前苏联都多次发射火星探测飞船,拍了很多照片,分析了大气,化验了火星土壤。可是迷雾层层,拨开一层又出一层,并没有足够的证据回答火星上到底有没有生命存在过。

  宇宙空间的环境极其恶劣,人到开放空间活动是很危险的。但这是研究和探索空间必不可少的部分。1965年3月18日,前苏联公民阿·列昂诺夫穿着宇宙服第一个出舱来到开放空间时,用绳子和飞船连接在一起,空间自由漂浮结束时,借助这根绳子才能回到飞船,否则他可能成为宇宙的俘虏而回不了飞船。现今先进的太空服带有背式发动机,航天员出舱活动可以不用绳子和飞船连接了,漂浮远了,可启动背包式发动机飞船舱。

  例如,除陨石坑、火山环形山和裂隙外,水手9号飞船还观测到类似于干枯河床、峡谷和沙丘的外表特征,有坚持说某些河床和峡谷仅仅由流动的水才可能形成。虽然目前火星上不可能存在液态水,但可以有大量的冰潜藏在火星表面下,或许几百万年以前的条件与今十分不同。有人提出说类似地球上的冰河和间冰河期的长期气候变化可能使极冠冰周期性地全部蒸发。这将提高大气中水气和二氧化碳的压强。这样的大气会更像地球大气,液态水能够存在甚至还能形成雨,以至产生了所观察到的河床。水手9号也发现火星极冠区有时是明带有时又是暗带,这就增强了周期性气候变化的假设的可信性。这些带被解释为处于交替的冰河和间冰河期内的不同表面层。按照这样解释,火星现在处于冰河期,这时大部分二氧化碳和水仍然冻结在极冠处。但在间冰河期火星较暖,大气较密,表面也湿润。这些设想提高了对火星上存在生物可能性的关注。

  在列昂诺夫之后,就不断有航天员离开飞船的开放空间停留并工作。截至1987年10月1日,共有59个航天员外出到开放空间活动。后来又有更多的人到开放空间执行任务。现在可以说,航天员离开飞船到开放空间活动已是极平常的事了。

  由过去的资料看,火星具有太阳系内,除地球外,最少有害于生物生活的条件。有些预言已由海盗号探测飞船的探测所证实。轨道飞行器拍的照片,分辨率从100米到1000米,照片上确有很多类似河床的外形,表示火星早期历史上有几次洪水。但也可作另一种解释,过去曾有巨大的冰川覆盖着火星大部分地区。冰川流过障碍物也能产生类似河床的外形特征。

  航天员需要到开放空间去,就像海员必须学会游泳一样。开始,人离开飞船到开放空间是想弄清楚,是否可能在舱外作业。人进入开放空间的计划也是小心翼翼的,在舱外停留时间也是缓慢增加的。从 1965年列昂诺夫第一次来到开放空间起,直到1968年,前苏联航天员进入开放空间的总计时间不超过8小时,然后在开放空间逗留时间迅速增加。由于在开放空间逗留时间增长以及在工作上积累了经验,航天员在开放空间可以检查飞船、更换有毛病的设备以及试验各种系统。1980年开始,航天员已开始在开放空间进行复杂的装配工作了。例如航天员列沃尼特·砍什和弗拉基米尔·索洛伏夫曾在开放空间修复礼炮7号航天站的推进系统并安装附加的太阳能电池帆板。现在,这类帆板的安装已经变成规范化的操作过程了。类似的工作,其他航天员在和平号航天站也进行过。

  但是,海盗号飞船的轨道飞行器和着陆舱进行过12次试验,每次都直接或间接与生命研究有关。在分子分析实验中,把火星土壤的两个标本加热到摄氏500度,烧掉了任何含碳的有机分子。然后对气化后的物质作化学分析,证明火星上存在任何由碳构成的生物是极不可能的。这个结果曾使很多人失望。前苏联的科学家对此也有不同看法,认为火星土壤取的是两个火星偶然点,而且试验方法不完善,要下结论否认火星上有生命存在的可能性为时过早。

  1984年到1986年两次航天飞行期间,前述两位航天员进入外层空间的时间也增长了8倍,在航天站外工作共达32小时。1984年7月之前,开放空间的工作只有男人承担;在这之后情况改变了,妇女也大胆进入开放空间。斯维特拉诺·萨维茨可娃是第一个进入开放空间的女性航天员。当时她和另一名航天员在舱外试验一种新的切割、锡焊、熔焊金属板以及镀膜的多用途工具,共工作3小时35分钟。

  人类对火星的探测,取得很多资料信息和成果,包括它的地形、地貌、土壤成份、大气构成和确实存在水等;然而火星上到底是否存在或存在生命形态,还处在迷雾之中,而这正是人们最关注的事情。它继续吸引着科学家并激起人们的幻想。如果人类能亲临火星登陆考察,可以直接解开火星是否有生命形态存在的奥秘,那时科学家之间有关此事的争论才会结束。

  航天员在开放空间所取得的成就,和太空宇宙服生命保障系统抗强辐射、适应剧烈温度变化、供氧工作、收集二氧化碳、排除过剩热量等方面所取得的进步分不开。

  科学家估计,到21世纪30年代,可望实现航天员在火星登陆,这将把航天科学推上新的高度,是一个重大里程碑。这是一个多么美丽和光彩夺目的事业,正等待着青少年朋友们去创造。

  人在开放空间活动对未来航天事业有着重要的意义,它为在宇宙空间装配所有各类轨道结构物奠定了基础,为空间工厂和开拓人类太空居住地铺平了道路。

看看太空,人类付出的代价。  为什么不现在就飞往火星

  航天员的医病方法

  美国和前苏联早在十多年前就用深空探测飞船对火星表面实现了软着陆。按理,下一步应是人类登陆火星考察。可是为什么至今不去登陆呢?

  人不能排除在航天站生病。在航天飞行期间,所有航天员的免疫力都会变弱,长期轨道飞行时尤其如此。在地球上,免疫力由反体系统来保证,它保护我们抵抗微生物。在失重状态下,人体所有过程包括反体物质的产生比正常情况时为低。

  专家们认为,按照人类目前掌握的航天技术,已完全可以飞往火星。现在不进行这种飞行的原因有两个。

  载人航天活动的初期,人员比较少。航天员都经过严格挑选,一般都不会有常见的慢性病。在航天前还采取一些防病措施以保证航天过程不生大病。例如,对航天乘员座舱在飞行前进行清洁消毒,人舱用品要保证无毒无污染;航天食品、饮用水都是经过严格消毒的,并且要经过生物学鉴定;发射前要求航天员尽量减少与无关人员的接触等。虽然如此,在航天站上还是常备一个医学箱,内装各种实用药物,诸如头痛、伤风和安眠等药物以及用于处理受伤、烧伤和出血的药物,每个药箱都写有使用说明的目录,一看就明白。

  首先,失重对人体的生理影响是主要障碍。由于引力减少,人体内的心血管系统、肌肉组织和骨骼中化学成分都会受到影响。在地球上,人类的心脏习惯于克服重力把血液输送到全身各处,而在失重状态下,心脏不必费力地工作;同样道理,肌肉在太空工作时所付出的代价也大大低于地球上从事同样的劳动;另外一些研究表明,人在太空飞行时,组成骨骼的主要矿物质——钙会逐渐减少。研究报告指出,在太空飞行一个月,人体骨骼中钙质要减少0.5%。飞行时间短,航天员上述生理障碍还比较容易克服,如在飞行中多吃些含钙的丰富食品,加大肌肉锻炼量等,回到地球后再辅以多种仪器和药物治疗,生理机能就可能逐渐恢复。然而,要在太空进行几年的长期飞行就困难了。航天医学界人士认为,到目前为止,还未找到很适当的途径来阻止或减少失重对人体的影响。当然,经过20多年的航天飞行经验积累,前苏联和美国,特别是前苏联,已经制定了在长期飞行中预防失重对人体生理影响的措施,取得了重大进展。航天员季托夫、马纳罗夫甚至已经创造了在太空一次漫游一年的记录。但是,为了人能飞往火星,科学家还得作出更大努力来对付失重对人体的影响。

  然而,不管措施何等周到,在航天进程中航天员免不了要偶尔生病。例如美国阿波罗7号至11号宇宙飞船的乘员中,就发生过鼻炎、胃炎、肠炎、恶心、牙痛等疾痛,只是由于病情较轻、飞行时间短,没有影响航天任务的完成。又如1985年11月前苏联礼炮7号—联盟T14—宇宙1686航天站复合体指令长弗拉基米尔·瓦休金突然生病,航天站常备药箱中的药不能改善其病情。地面测控中心不得不作出决定中止他的飞行,让他返回地球住院治病。

  第二,人类飞往火星,往反一次需2到3年的时间。一个航天员在太空生活和工作,每天要消耗氧气、食物和水约10千克。目前在近地轨道上的航天站,航天员的给养由航天供应线的进步号货运飞船定期输送。当人类飞向火星时,要飞出地球9000万公里,按照现在的补给供应线的供应周期,载人飞船在到达火星前的途中就需要补充给养若干次,而这是不可能的。因此,不再可能利用天地供应线的货运飞船输送补给。同样不大可能的是,航天乘员启程飞往火星时带足乘务组人员2至3年的给养。这里不仅要有氧气和水的循环再生使用系统以供应航天员氧气和水,而且需要成熟的生物生命支持系统来帮助飞行期间他们的食品供应问题。

  为了保证航天飞行中航天员的身体健康,地面测控中心的医生们时刻都密切注视着他们的身体状况,每天要向他们提出许多询问,并定期用遥控医疗设备给航天员作健康检查。1987年7月和平号航天站乘员拉维金,这个平时身体很棒的小伙子,在长期地面训练中从未发现有什么心脏方面的疾病,现在经过近半年的太空飞行,通过遥诊突然发现他心跳异常。什么原因?一时难以作出解释。为了保险起见,地面测控中心的领导和医生们联合作出决定:拉维金立即返回地球,由另一名航天员亚历山大德罗夫接替他的工作。

  上述两个问题获得解决后,人类飞往火星的时机就成熟了。科学家们相信再经过二三十年科学摸索,人类将会解决这些问题。由此看来,21世纪人类有可能成为火星的外星人;

  航天站向着空间容积增大和永久性方向发展,配备的实验仪器多,随之来站工作的航天员也会增多,停留太空时间也会大大延长。空间飞行环境特殊,除了微重力会引起人体生理功能出现一系列变化,如前庭功能紊乱、血液重新分布、心血管功能降低、胃矿盐丧失等外,发病的机会必然会更多。而且,有些在地球上很容易处理的疾病在太空中却变得很复杂。因此,航天站和星际飞船应有医生及必要的医疗设备,他们会保证其他乘员的身体健康。如果必要的话,他们还将提供医学帮助,包括外科处理。

  俄罗斯拟定的飞往火星的计划

看看太空,人类付出的代价。  航天员的业余时间

  前苏联的科学家一直在准备着下世纪初人类飞往火星。除了航天技术的发展外,在空间生命科学、航天医学,特别是在对抗失重对人体生理影响方面都取得了卓越成绩,这些都是为了飞往火星这一目标做准备。不仅如此,前苏联科学家已经制定出人类飞往火星的三阶段研究计划。苏联解体后,俄罗斯可能会继承这个计划并付诸实施,但在进度上有作出某些修改的可能。

  即使是长时间轨道飞行,航天员也没有很多空闲时间。通常,大部分时间用来观察地球及其大气。航天员们说,从太空看地球,地球是非常漂亮并变幻无穷,观看地球非常像看电视节目,看生动的图画或在戏院看戏,感到是一种“艺术”享受。他们处在离地球300到500公里的空间,可以看到地球的弧形边缘。由于常常看,他们对五大洲大陆的颜色也熟悉了,例如,非洲是黄色,那里有着大片沙漠;美洲则是绿色。美国的深谷、中国的长城、大河也收入他们的眼底。

  第一阶段,1991年至1996年:试验登上火星表面的技术;试验获取火星土壤样品的方法和装置;获取火星土壤化学成分的全球数据和火星表面详细图片、温度和湿度分布、沉积构造厚度、岩床和冰晶层的深度;进行火星磁场和重力调查,为科学选择未来人类飞往火星登陆点和保证安全获得全部需要的信息。

  航天员在业余时间特别爱欣赏日出、日落的壮观和瑰丽影象,玫瑰色、浅蓝色、蓝色交织在一起,活像一幅精美油画,且天天有变化,不会重复。夜间,万里无云,航天站从欧洲上空经过,黑色巨毯的背景上撒满大大小小的“夜明珠”,这是城市的灯光,好看极了。

  为完成上述任务,要发射一个火星轨道器,它装备有大量的光学设备、光谱仪、质谱仪、雷达和等离子设备及仪器。

  业余时间,航天员还看录像、听音乐和下棋以及进行体育锻炼;地面也定期将新闻广播、消息传送给航天员;货运飞船还送邮件、新闻报纸、杂志给航天员读。当然,和地面相比,空间娱乐是有限的,然而是合适的,因为可以帮助避免紧张情绪,对航天员产生有益的心理影响,从而使他们能保持良好的精神状态。

  在所选的火星表面位置,下降舱带着小型火星表面车从卫星中分离出来,下降时又从中分离出一个气球,同时释放出着陆器。气球将在火星大气中离火星表面高度2至6公里飞行约6到10天(晚上它着陆火星表面),飞行路线将长达几千公里。火星表面车装备土壤取样装置、土壤分析仪以及电视摄像机。电视摄像机摄取全景图并用于检查采集火星岩样以提供最佳火星位置的信息是否正确。

  航天员远离故乡和亲人,长期生活在环境特殊的密闭舱室里,活动范围很小,难免会产生某种孤独和寂寞,严重时可能产生心理障碍,影响航天员的健康并影响空间任务的完成。为预防这点,地面测控中心设有专门的心理支援小组。每天晚上,该小组要和航天员通话一次,报告航天员的家人情况以及同事中的新鲜事儿。地面有时还安排航天员和知名演员、喜爱的作家和诗人进行天空和地球之间的双向电视座谈。每个星期日则安排他们和家人进行电视约会,可以交谈一切他们想谈的事情,包括孩子学习情况以及家庭琐事,大大缓解航天员的思亲之苦。这种可谈、可望而不可及的约会倒真还有一种特别的情趣呢!

  第二阶段,1996至2005年:火星岩样返回地球,以便对它们进行详细的地质化学和生物学分析。

  航天员睡不着时还可随时和地面测控中心的工作人员交谈,缓解睡不着觉时的烦躁。

  为此,同时向火星发射轨道器和下降装置。下降装置带有大型火星表面车,它对火星土壤样品初步分析后,将样品藏在容器内,后又自动传送到起飞舱,起飞舱起飞并进入火星轨道,然后和轨道站宇宙飞船对接,容器被送到再入大气层火箭带回地球。火星表面车服务寿命达5年,它拥有电视综合体,能用不同方法取样,也就是钻取火星表面以下若干米深,从大量岩片中获取样品,用返回振动着陆器采样。

  航天员的心理问题

  第三阶段,2005年至2015年。现在,人飞往火星最可接受的方案,是带有能使航天乘员组直接动态再入大气层的轨道着陆方案。飞行复合体包括:一个火星轨道飞船,为4到6名乘务员提供生活和工作条件18至24个月;一个登陆飞船,输送2至3名航天乘员和设备到火星,能为他们提供生活和工作条件1个月;一个再入舱,它具有第二宇宙速度,能从低空轨道再入地球大气层;能保证全部星际和轨道的动态运行所必需的电源和推进系统。

  对于长时间的轨道飞行,航天乘员之间的心理相容性是必须考虑的最重要因素,因为在航天过程中,他们执行任务的能力,取决于这种心理适应过程。但是在执行短期航天任务时,这点并不如此重要。

  美国飞往火星的计划

  因为空间任务并不是经常的,专家们相信相互不喜欢的人构成一个航天乘员组对短期航天应是允许的,甚至是有益的。这里最重要的是他们能完成工作计划。但是对于一次长时间航天任务,这样选择航天员是不能允许的。一个由2人或3人组成的航天乘员组,在和外部世界隔离的情况下得生活和工作在一起。航天员也是普通人,他们各有其个人的倾向和弱点,各有其思想和信念的背景。他们并没有像老师或心理学家那样受过专门训练,因此他们的相互关系,无论在地球或空间是由不能预见的因素决定的。例如 1968年,美国阿波罗7号宇宙飞船的航天任务快近尾声时,航天员们产生了一种神经衰弱综合症。他们不仅相互之间开始争吵,而且还和地面测控站的操作员争论。对各项指令满不在乎的所有航天员,解下他们记录心理数据的传感器,拒绝和地面测控中心讨论事情。

  美国前总统布什在1989年7月20日举行的阿波罗飞船登月20周年纪念大会上宣布,要把月球作为人类飞往火星的基地,在21世纪初叶把人送上火星。因此,美国也有一个人登上火星的三阶段计划。

  太空可以使航天员变成一个完全不同的人。在太空的头几天可能感觉不到什么变化。但是过了一段时间就可能开始感到神经质。本来在地面相互之间相当友好的航天乘员,对于同一个进程会有不同想法。有的航天员在地球时是以有自控力著称的,谦逊和平静,在太空会失去自控力并高度紧张。当然航天员本身也自觉和这种神经质作斗,缓解他们的分歧并在行动和行为上忘记分歧进行和解,而且,往往在很多方面取得成功。

  第一阶段:1992年9月16日至10月6日期间,用大力神3号运载火箭,发射名为观察者的火星飞行器,它以每天13圈的运行速度在火星太阳同步轨道上运行,带有8种仪器设备,确定火星地形、火星引力场、表面元素和矿物特征、磁场以及大气环流结构;绘制火星的四季气候图,为未来载人和不载人飞行选择着陆区。

  心理相容性是由很多因素决定的,诸如性格、对世界的认识、文化内涵以及年龄。考虑所有这些因素,专家们提出了选择航天乘员组的建议及相应的专门测试。由于在如何组成航天乘员组方面的科学努力,航天乘员的相容性得到了较好解决,出现了很好相容的实例。例如,前苏联在1984年和1986年的两次长时间的飞行中,列·砍什和弗·索洛伏夫在礼炮7号以及和平号航天站共同度过362天。虽然他们在空间一年,并没有影响到他们之间的关系。

  第二阶段:要解决火星上是否存在危害人类的有毒物质和敌对生物的问题,确定何处是人类安全着陆地方。计划从2001年起发射名为漫游者火星机器人取样返回飞行器。在2001至 2011年期间,要发射几批机器人,每批 1至 2个。漫游者机器人将在2000年投入运行的自由国际航天站上发射。

  尽管在选择和构成航天乘员组方面作出了专门努力,也并非所有航天飞行都那么好。地面心理相容试验并不能总是保证在太空航天乘员之间的良好关系。

  第三阶段:发射载人飞船到火星登陆,有几种实施方案。其中之一,2002年在月球上建立永久性居住基地作为前哨基地。2015年发射载5名航天员的宇宙飞船到火星,在那里停留 30天; 2018年再发射一次载人飞船,在火星工作更长时间。

  有时你可以非常喜欢一个人,然而长时间单独和他在一起,总会产生一些摩擦,问题是不要让这种摩擦发展成为严重的冲突,并破坏计划项目的完成。

  在人类实现载人宇宙飞船登陆火星的目标中,美俄两国的具体实施计划各有特色,在互相竞争的同时,必定会进行一些合作。既竞争又合作,是双方的需要。不仅如此,日本和欧共体凭借经济实力也一定会在某种程度上参与登陆火星的国际合作。我们中国也是一个有相当实力的航天国家,如果在本世纪末或下世经初能把自己的航天员送上太空,就完全有可能参与登陆火星的行动。

  太空任务

  人类飞往火星采用的运载工具

  航天飞行时间本身并没有一个终点;人们也不是为了创造太空逗留时间的记录而增加航天持续时间。一个空间航天站是一个多功能实验室,在那里可以进行广泛的研究、实验和进行长周期的例行观察。经济因素起很重要的作用。航天飞行时间越长,研究成本也就越低,因为可以用较少的航天发射。反之,经常调换航天站乘员,功效就低。此外,没有持续几个月的空间任务,整个航天事业的进步也是不可想象的。

  根据美俄两国计划,人类登上火星之前还有二三十年时间,在这段不算短的时间里,科学家们估计,运载技术还会有突破性的进步,这将非常有利于登陆火星计划的顺利实施。

  载人航天初期,并没有长时间轨道飞行。航天任务的持续时间是逐步增加的,人类表现出小心翼翼的谨慎态度。当然这里谈的是前苏联的情况,因为只有它有20多年来连续不断地进行长时间载人航天活动。第一次长时间任务持续18天,然后是23天,其后持续时间增加到63天、96天、140天、175天、185天、211天、237天、326天和一年。执行长期航天任务的航天员们知道,他们之前的一次航天时间比本次短。返回地球后,每个航天员都要接受医学测试,测试结果为大家知晓,目的是为其他航天员对人体的巨大潜力产生信心。实际上每次航天时间的增长,也意味着人体在空间的一次适应试验。

  科学家们说,未来的星际火星航行载人复合体的电源和推进系统的类型及其技术特性,将决定整个登陆火星计划的费用以及所需复合体的总重量。这里有几种不同的可能选择。虽然液体推进火箭发动机在美俄两国的空间技术活动中已经得到最充分的试验。但使用它们会使在地球轨道上的载人复合体具有太大的总质量,可能达2000吨,同时还遗留下严重的科学技术问题,包括发射和空间装配以及要在起始轨道长期储存低温燃料。

  展望未来,人们清楚意识到人类期望的星际旅行为期不远了。从技术角度看,没有什么问题是不可解决的;然而,关于人体的能力,主要是适应太空的能力还有很多未知数。例如,火星离地球平均约9千万公里,在顺利条件下,人到火星去旅行并返回需要两年时间。那末,人能不能在没有重力的情况下生活这样长的时间?因为现在空间飞行生理学和心理学的研究已经指出,在载人空间飞行中,对航天员构成严重威胁的,与其说是宇宙辐射,不如说是失重,对于未来的长时间载入空间飞行,必须预先研究遗传的演变。在长期失重下飞行,人的机体组织会不会经历不可逆的变化而使他不可能再生活在地球上?为克服这种后果,是否应该用专门产生人工重力的装置,或能对抗宇宙飞行中的失重效应和其他不利因素的装置来装备宇宙飞船?人们认识到,今日逐步增加长期航天的时间,也是为未来的星际旅行铺平道路。

  发展核能推进系统将使得有可能大量减少在起始轨道载人火星飞行复合体的总质量。用核推进系统,复合体重量约1000吨,同时火箭速度会得到极大提高。 1992年1月 13日开幕的国际核能会议上,俄罗斯科学家说,他们研究核动力推进系统火箭已有几十年历史,取得重大进展,可望将人类未来飞往火星的星际旅行时间缩短一半。目前已经进行了这种火箭的地面点火试验。同一天,美国政府也公布了为实现载人宇宙飞船火星探测飞行而研制的核动力太空火箭的一些情况,人类飞往火星所需来回星际旅行时间,在用液态氢的情况下大约需500天,如采用核动力火箭,则可以缩短到300天左右。

  长时间航天会逐步积累经验,能让医学专家们去解决在地球上难以对付的问题,诸如处于长期失重后骨组织中钙的减少,心血管系统状态及其内部变化和血液成分的变化,等等。

  发展核电推进系统,火星复合体总质量只有500吨,因此,发展核电推进系统是最可取的,而且其未来应用能显著地简化星际运输系统的开发,以帮助扩大在空间活动的范围。

  太空飞行,特别是第一次太空飞行的人,其准备周期是很长的,通常要数年。这是因为航天员必须吸收大量信息,必须获得操作宇宙飞船和进行成打实验的技能。这是一种只有用长期飞行采集并传送到地球的大量信息形式作补偿的投资。为获得这种可靠信息,最好用同一些人重复试验、检验统计结果。这样做是必须的。需要技术周期长的实验不能在短期航天中进行。例如,在航天站进行生物实验,从种子培育成植物进而开花结果,需要苦干时间。

  太空核电源在人类未来飞向火星的过程中,可能也会扮演重要角色。1987年发射的前苏联两颗专用宇宙号卫星上试验了一种新型太空核反应堆。这种核反应堆采用热离子技术,以铀作燃料,重约5至10吨,可产生10千瓦电力。其中一个在轨道上工作了3年半,另一个工作了一年,结束使用后被推入更高的安全轨道。

  一个人发现自己处在不熟悉的环境下,在他能有效工作之前需要时间来适应它。在失重的头几天,许多航天员得“运动病”(motion sickniss)且极易疲劳。在长期航天中这点不重要,因为经一周到十天时间航天员会恢复他的正常工作能力。但是,他需要时间去学习太空工作,去进行复杂的实验和观察地球、海洋和其他研究项目。例如,为学习分辨地球表面的研究项目诸如断面、环形结构、污染面积、浮游生物范围、冰块漂移或评价田野和森林状况以及大气特征和大气现象,需要航天员花一到两个月的时间。况且,在长期航天中研究结果也更有效,因为航天员会不断改善他的技能并成为真正的研究人员。他总会寻找机会去重复一个实验。他能分析所获得的结果,修正和改进他的研究方法并认真调整仪器。此外,航天乘员组能展开集体工作,在短期的航天任务中航天员没有时间去做这些。最后,长时间的定期航天获得的经验,对在航天站上进行不间断研究或工业生产是极为重要的。

  人体失重状态

  前苏联的长时间空间飞行已经显示,人在失重状态下停留的时间还未达到临界极限。在这些飞行中航天员的身体状况很好,感觉也良好。航天员们重新适应地球的状况也令人满意。

  回顾1977年,当时前苏联专家说,航天员持续半年的航天飞行很快会变成现实,那时世界上很多科学家还半信半疑。1984年前苏联专家又预言,人在太空的航天飞行将会持续一年甚至一年半,这时并没有使任何人惊异或不相信。1987年到1988年期间,前苏联航天员季托夫和马纳罗夫已经实现了在太空一次连续漫游达365天22小时39分钟的一年记录,使人相信人在太空逗留时间还可能更长。现在已经有十多名航天员在空间留驻200天以上。尤利·诺曼尼科的三次航天飞行共持续430天。列·砍什,弗·索洛伏夫和万·罗敏等几位航天员各自在太空生活总计有一年。美国也有3名航天员曾在他们的天空实验室逗留过84天。

  1978年,弗·柯万尔诺克和阿·伊万钦可就曾首先越过一个非常重要的极限。他们经历了一次血液中的红血球的完全改变。红血球平均寿命为 120天。他们在航天站4个月后红血球已全部再生。倘若失重在形成和生长红血球时产生完全相反的效应,那么两个航天员会变成真正的宇宙生物了。回地球后彻底的医学检查表明,他们的血液成分没有发生可逆变化。

  自1961年以来,飞向太空的人越来越多,太空停留时间也越来越长,航天载人发射次数更趋频繁。虽然如此,失重仍然是一个巨大的谜,是长期航天的主要威胁,目前仍有许多问题需要解答。为解决这些问题,还需要作出重大的努力和收集有价值的统计材料。例如,目前仍不清楚骨骼中钙盐的失去过程在长期飞行中会不会停止。1979年在175天的航天飞行期间,航天员弗·利亚可夫和万·罗敏失去钙盐的8%。科学家相信,如果这种失落超过20%,可能会危及航天员的生命。

  研究者们猜想,失重影响人体组织的细胞存在过程。医生和生物学家目前还不能回答关于人在失重状态停留时间的极限问题。

  谈及这一点,前苏联航天医学专家、医学博士格·泊夫沃诺夫说道:“关于最长太空飞行持续时间以及在航天站工作最佳持续时间的问题,仍然是应广泛公开讨论的问题,我是乐观的,就目前遗传密码来说,显示出失重并未造成任何飞行持续时间的限制。无论如何,很多数据表明,细胞和它的生长与重力无关。”

  发射生物卫星

  在频繁的载人航天活动的同时,科学家一再发射搭载动物的空间飞行器进行试验。在谈到这个问题时,前苏联航天医学权威专家之一奥列格·盖柯曾说:“在生物学、生理学存在着的大量问题,用动物做试验可以避开人固有的主观感觉。通过生物卫星获得的发现能有效地帮助解决太空生物学和医学方面面临的许多问题。”

  虽然载人航天已经提供了大量信息,科学家还是搞不清楚在太空头几个小时和头几天里,生命组织发生的所有变化。

  从1973年到1978年前苏联把8个载有动物的生物卫星送入地球轨道,其试验成果帮助确立了为保护航天员抵抗失重的反效应方法。人造重力实验是在生物卫星上进行的第一批实验。卫星装备小型离心机,为白鼠、龟和鱼创造实验室人造重力。离心力产生的效应和地球重力相似。动物很好地承受了这种条件。1983年末,在生物卫星宇宙1514上的实验产生了有趣的结果。它搭载了怀孕长尾巴鼠,它们的胎儿部分时间是在失重条件下成长的。卫星回收后,返回地球的长尾巴鼠生下了健康的小鼠,后来它们又顺次产生了另一代。

  为了探索和试验动物在失重适应期间,前庭和血流动力学对失重的响应,宇宙1514,1985年发射的宇宙1667和1987年发射的宇宙1887搭载猕猴进行了实验。

  猴子阿白来卡和彼洪的第一次飞行已经证明,某些通常想法是错误的。例如,航天员是从具有稳定前庭的人员中选择的。尽管如此,他们中某些人比其他人容易承受失重,有些则不然。这在灵长类动物中也证明是真的。阿白来卡第三天就对失重适应了,并开始执行分派给他的任务;但是,彼洪直到它的飞行结束,感觉还不太好。这意味着有机组织对失重的适应不单与前庭器官有关。其他还有什么重要因素?将来的研究会帮助解决。

  在宇宙1667飞行期间,科学家记录并评估了前庭器官功能的定量变化。他们获得流入大脑和流出大脑的血流关系的直接信息。类似的研究在宇宙1887生物卫星上也进行过。它搭载猴子焦曼和娅沙,不过这时的研究计划更广泛。除猴子外,生物卫星还搭载果蝇、鱼、两栖动物、水藻、细菌、单细胞组织、高等植物、蚯蚓以及飞虫 (直翅目类昆虫)的卵。

  通过生物卫星进行的另一研究项目是人体辐射安全研究。科学家们正在研究宇宙射线的特征,宇宙射线对物体单细胞结构的效应。这将帮助改进航天站及飞船上的辐射监督方法并研究辐射防护系统。

  通过生物卫星获得的主要发现成果使人能排除空间因素对其组织的令人讨厌的效应,这些因素仍然是广泛向宇宙空间渗透的障碍。

  航天员飞行中的印象

  广阔无垠的宇宙,自古至今都充满着神秘的色彩。飞向太空领略一下空间的奥秘,肯定是每一个人所向往的。那么,还是先了解一下航天员在太空的直觉吧!

  凡是到太空去过的航天员都说,即使是一个简短的轨道飞行,也会令他们终身难忘。人在太空看到的现象在地球上是无法想象的。例如,在太空日与夜快速交替。航天员环绕地球只一小时半,这意味着航天员每天可以 16次看到太阳升起。这里是航天员维·西万斯特亚诺夫的描述:

  “当飞船在地球背影部分并逐渐迫近到白昼与黑夜之间的分界线时,使可看到黎明时的彩色。首先看到深红新月状。然后它上面的空间快速变亮,深红色扩大并成为桔红色和黄色。空间破晓时的主彩色光谱开始形成。出现了白昼和黑蓝色,然后是紫色、深紫色及其以后的近似黑色的黑影部分。这时能看到天空的星星。”

  尤利·格拉次可夫说:“地球的彩色光谱,北极地区的冰和赤道上的夏季是不相同的。你可观察到密林光亮的绿色,地球颠峰的白雪和蓝色的海洋,整个彩色使你眩目。看到的一切是一幅令人陶醉的不能不赞赏的地球奇异的自然图景。”

  斯·萨维茨卡娅指出:“地球,不仅亮的一边,背影的一边也极其漂亮动人。当飞船处在地球背影部分,我们在飞船舱外的开放空间度过了一些时候。有两件事给我留下了不可磨灭的印象:多云的地雷暴轰鸣;在黑暗背景衬托下电光闪烁和彩色狂舞,确是像梦幻般的仙境。各种灿烂的效应展现地球自然界充满了魔幻。”

  “不管人们可能说些什么,”阿·菲利辛可说道,“空间最令人惊奇的还是失重。虽然在实验室专门经过训练和飞行,失重还是首先把你制服了。你会感到某种力量将你倒了过来,你被倒悬在空中,同时每一样东西从你身边飞过。”描述自己的感受时,弗·库巴索夫指出:“你经受的完全没有身体的感觉,恰似在梦中,所有你必须做的事情是伸开你的双臂去飞翔。但是你得当心,别撞着飞船的墙。如果你不小心擦着边缘,产生痛觉,那时就使你记起物质的存在了。”

  回忆起自己的感受时,阿·拉维金说:“回想起空间飞行,不得不指出最美丽和印象最深的一事,即太空行走,当阳光射进充满空气的太空航时,它涌向每一样东西,我们的灯光似乎变暗。这是一个可爱的时刻。我们注视着美丽的地球,真无法想象在太空能感觉环绕地球自由飞行的可怕速度,它确实难以置信!”

  着陆地球同样是无与伦比、激动人心的奇观。初始,人们经受的东西连科学幻想作家都未想到过,神话故事里也未听到过。航天员坐在返回舱内以极高的速度冲入大气层,冲向地球,剧烈的摩擦点燃了飞船的外壳保护层表面,产生了几千度高温,构成一个燃烧着的等离子流星,他们就从这个火星内部向外观察,就像坐在巨大的火球中心而安然无恙。尤里·加加林第一个透过飞船小孔观察火焰流涌和听到飞船保护层燃烧时的爆裂声。他说,未保护的天线着火,就像一根火柴燃烧,当仪器舱从返回舱分离出来时,发生同样景观。

  叶·克鲁诺夫对飞船着陆是这样描述的:“当着陆速度迅速增加时,我们的身体似乎被压进了座位;燃烧的火焰狂怒着、包围了整个着陆舱,并模糊了观察孔的视线。当速度和高度减小时,返回舱颠簸得像马车行驶在鹅卵石的道路上,这意味着速度已降到声速了。在大约离地10公里高度,我们感受到被强烈地用力一推,接着又是一次,力度较前次小些。这表示打开了第一个减速降落伞,然后是主降落伞打开。最后是一个冲撞使我们知道,我们已经回到了地球。”

  由于每个航天员的个人倾向和性格,各人的回忆因人而异。把他们的上述感觉和印象相对照,便会获得一个太空飞行奇观的印象。太空飞行是何等美妙、神奇而充满神秘。

  在太空看地球景物

  从350公里的高空用肉眼观察地球,有时有可能区分出奇特的细节。例如,可见到城市街道,甚至看得见自己熟悉的房子。航天员飞越非洲上空时清楚看到村中小房的屋顶。许多航天员说,他们看到从大洋下面冒出来的山脉。从理论上说这是不可能的,因为太阳光渗透到水下深度不到一公里。然而,奇怪的是水下山脉竟在航天员讲的地方被发现了。古时候,人们认为只有天上的神仙能眼见千里,现在常人到了太空,他的眼睛竟也神奇起来!

  又如夜间晴空,观察城市就更容易更清楚了。航天员在飞船经过莫斯科上空时,从天上往下俯视:它美极了,成片的住宅灯光放射出银色光辉,在银色的背景上串串路灯形成的黄色线条四通八达。可以分辨出列宁大街、花园环街……等街道。路灯组成的黄色线条还向外辐射,伸向远方,这是通向其他大城市的公路。有一次航天员拉维金用望远镜对着夜间莫斯科搜索,找到了自己家所住的那栋大楼。外层空间肉眼观察地球不仅显著扩大了由普通摄影、电影和电视摄影机所采集的信息,而且在某些情况更有效。因此,目视观察估计农作物状况是很有用的,可以用小的误差预测出作物产量。

  万·列勃得夫曾在空间飞行211天,其间他应科学家的要求,对农业区状况进行估价;在春天和夏天对克拉斯诺达尔地区的土壤腐蚀区定位;和其他航天员一道鉴定了通过彩色标度确定谷类作物生长阶段的可能性,并使用同样的技术诊断谷物的病虫害。

  根据统计学,火灾使 2%的森林受损,因此森林科学家对从空间观察森林火灾的报告特别感兴趣。来自航天站的报告能使他们确定火灾面积、火灾蔓延的方向和灾害程度、灭火的最好形式。

  科学家从大量的事实中确认,空间确实改善了人的感觉和视觉,但是还不能解释其中道理。

  有人提出了一个假设,原始人能区分的颜色范围是很小的。例如,他们不能区分天空蓝和海洋蓝以及绿色,只是通过不断的实践和比较,人们才学会区分这些颜色。或许,人从外空间对地球的观察是人进一步区别颜色和对自然界具有更细微感觉的另一个台阶。这仍是一个悬而未决的问题。科学家还不能令人信服地解释,为什么人的眼睛和视线在太空变得那么敏锐。但是,从航天站目视观察获得的结果,已经把这个问题放到科学家面前并引起他们严肃的思考。

  人类飞向太空的危险

  在太空,用“我的家是一个城堡”这样一句话来表达可能再确切不过了。航天站被隔热层包住。专门的系统使其内部维持一个舒适的温度和正常成份的空气。航天站还有抗辐射的保护能力,当太阳活动令人讨厌地增加时,航天员可使用一种能帮助人体增加抵抗宇宙辐射效应的药物。当然只有当其他保护办法用尽时才采取这种措施。但是据说,载人航天以来还未出现过这种需要,因为平均辐射实际上未接近过最大允许值。

  航天飞行的另一个重要问题是要避免受流星之害。如果尺寸为火柴盒大小的一个流星以每秒70公里的速度撞击航天站,将会招致不可避免的灾难,然而,这种碰撞概率是很小的,可以忽略;大约在50年到100年的时间之内可能出现一次这种情况。不过经常会有不服从这种规律的意外。例如,前苏联向火星发射的火星1号探测器,在它离地球2000万里以外的空间飞行时进入了陨石流;而美国水手4号探测器更不走运了,它遇到两次陨石流。第一次冲击是在1967年9月,在7分钟之内受到17次撞击;三个月后它遇到严峻的考验。当时它遇到一个大的陨石流并在其中飞行了若干天。由于陨石撞击,最后水手4号爆炸成数百块碎片散布在空间。水手4号的高度控制系统被破坏,和地面的通讯也随之中断。

  为了防止流星的侵害,保护航天员和航天站的安全,在设计航天站时采用多层屏蔽防护。如果有流星撞击它的最外层时,流星会立即获得极大的热量并瓦解为较小的碎片。第二层则保护航天站在较小质量的速度粒子撞击时免受损害。

  载人航天发射是最紧张的时刻,确保航天员的安全是面临的又一重要课题。通常的解决办法:如果发射失败,马上有精确的营救过程跟上。那时载人飞船会立即分离,飞到安全距离后跳伞着陆。

  飞船返回地面着陆是相当重要的一个环节。如果自动着陆系统失效,怎么办?不过也不用慌。航天员可以用手控定向系统并启动回复火箭发动机。降落伞系统和着陆发动机能使航天员再入大气层的舱进行软着陆。即使这些发动机也失效,降落速度在最不利的降落气流条件下不会超过每秒6米。当然,如果出现这种情况,返回舱撞地是强烈的;但是可以放心,不会有危险,因为航天员坐在吸收冲击力的紧凑支座上。返回舱设计适用着落和溅落两种情况,溅落是指落入海洋。

  尽管设计师们采取了种种周到措施,航天飞船和其他设备一样仍有可能出故障,造成不安全。由于系统变得越来越复杂,这是必然结果,不能完全排除不安全的可能性,这是现代经验所证明了的。例如,在挑战者号航天飞机灾难性事故后,又有大力神、德尔泰火箭爆炸,1986年5月欧空局阿利亚娜火箭失败,同年8月美国阿利士火箭发射时流产,1987年4月前苏联的量子号天体物理实验室接近和平号航天站时对接不上等等。但是,从失败中可以吸取教训。现代航天飞行器的设计师们,总是不遗余力地坚持以简单可能的解决办法,去保证各阶段航天飞行的安全为最大设计准则。

  宇宙空间的污染

  斯德哥尔摩国际和平研究所1987年的年鉴说,在宇宙空间的人造碎片总数不断增加,意味着空间碰撞危险的可能性也相应增长,呼吁认真考虑防止太空进一步污染。

  的确,在地球的近地轨道上,人造物体的数目每年在增加着。它们之中有脱落的运载火箭级和抛弃的燃料箱、转移舱、舱盖以及其他飞船零件。在再进入稠密大气层并烧毁之前,它们在轨道上会持续很长时间。据估计,每天有5至20个人造物体脱轨。这种空间废弃物也不是完全无害的。

  1983年挑战者号航天飞机带着龟裂接受舱返回地球时,查明这裂纹是它和人造碎片碰撞的结果。

  1991年9月15日发射的发现号美国航天飞机,在太空飞行中又险遭不测,差一点与前苏联在相近轨道运行的火箭碎块相撞。当时双方相距约2.74公里。空间安全规定,禁止宇宙飞船同其他轨道上任何碎片的距离小于5至8公里。这些火箭碎块是前苏联1977年9月发射的宇宙955号飞船所用火箭的上端部分,有微型汽车那么大,在空间以每小时约25125公里的速度运行。当时发现号航天飞机位于约566公里的高空,速度为28163公里。一旦相撞,其损失不小于1986年挑战者号航天飞机的爆炸,为了防止悲剧的发生,发现号不得不把高度降低16公里。这一事故得以避免应归功于美国的北美防空体系,它在发射当天提前5小时向发现号航天飞机发出警报,发射推迟几分种。如果没有预警,很可能发生机毁人亡的惨祸。

  网球大小或更大的物体是特别有害的,专家们估计,目前大约有40000个左右这种物体在近地轨道上。部分废弃物是空间飞船破裂的产物或是它们受外力损坏的结果。1961年美国空军导弹爆炸后,仍然大约有200个碎片在近地轨道空间。反导导弹和其他武器试验可能将数百个,或许数千个碎片送入近地轨道。

  高轨道空间也是100多枚使用过的火箭的寄身之处。有的火箭也许还有残余燃料,这些燃料会蒸发和爆炸。而任何爆炸和碰撞将造成更多的碎片。甚至小小的涂料粒,其速度比子弹快许多。如果它撞上高轨道通信卫星,完全可以使卫星穿孔而受到损害。

  假如说,飞船和陨石相撞的概率比较低,可以忽略:那么对比之下,飞船和人造碎片相撞的概率要高2至5倍。日前近地轨道的人造碎片还没有构成对载人航天的严重威胁;可航天站与人造碎片的碰撞概率是存在的,对载人航天的危险也是存在的。高轨道碎片对通信卫星的碰撞机会,相对地说少一些,因为那里的人造碎片较少。

  随着航天科技的快速发展,人类外空活动急剧增加。在不远的未来,在空间将会出现各类生产空间特殊产品的工厂、天文台、太阳能电站和太空居民站。伴随而来的是在宇宙空间必然会有更多的废弃物出现。而人造碎片无节制的增长,碰撞空间人造结构物的概率也会增加,对人类空间的活动迟早会构成不能忽视的威胁。为了人类在外空活动中的安全,空间人造碎片的增长已经引起科学家们的关注和忧虑。

  欧洲航天飞行中心的空间废弃物专家沃尔特·弗卢里说,他相信,若干年内将达成一项国际协议,把所有过期失效的卫星都转移到被称之为“坟场”的轨道上。当前,这项转移工作已由空间国家和国际通信卫星组织自愿进行。例如,300千克重的气象卫星2号,已在它10岁高龄时退役,由更现代化的气象卫星接替它在轨道上的工作。1991年12月,欧洲航天飞行中心的操作人员通过遥控发出指令点燃了卫星上的小火箭,把它转移到了“坟场”轨道上。

  过期失效卫星一旦转移到“坟场”轨道后,就不存在撞击电视和通信卫星而中断电视节目的危险了。

  人类飞向太空的挫折

  遗憾得很,人类航天虽然是无限美好的,但也伴随着风险。在短短 30年载人航天活动过程中,曾出现过不少次危机,也发生过悲剧和灾难。对未来的探索总是伴随着危险的。甚至可以说,这种危险是不可避免的。对航天事业来说尤其是如此:现代载人航天飞船和航天站是高技术系统,极其复杂,由成百个单元和装置构成,功能上要一个问题不出是不可能的。例如,1970年4月11日,美国航天员洛弗尔等三人乘阿波罗13号飞船升空,开始了人类第三次登月考察的旅程。经过两天行程将抵达月球轨道时,突然间,服务舱的液氧气箱爆炸,飞船失去了稳定。登月途中遇险,情况万分危急!幸运的是航天员训练有素,临危不惧,不慌不乱,沉着冷静,在地面测控中心的帮助和指挥下靠着他们的知识、经验和勇敢,在狭小的登月舱使用有限的动力、水和氧气,操纵着登月舱绕过月球,中断登月飞行并安全返回了地球。又如1979年前苏联航天员尼古来·罗卡维什尼科夫和保加利亚航天员乔·拉维诺夫发现他们处于极端危险之中。当联盟33号飞船接近航天站时,其主发动机发生故障。如果备用发动机也失效,那么他们可能成为宇宙的俘虏了。因为不能机动,他们的飞船靠自然减速要经100天后才能返回地球,而联盟33号的飞船只有5天或6天的食物以及3到4天的氧气供应。幸运的是备用发动机工作正常,他们才得以及时返回地球。

  再如,有一次前苏联航天员弗拉基米尔·铁托夫和拉弟·斯塔卡罗夫也面临一次极端危险局面。他们的航天飞船定在晚上发射,每一件事似乎都按计划进行。突然之间,宇宙飞船及其运载火箭被包围在火焰之中,眼看顷刻之间粉身碎骨的可怕悲剧就会发生。幸好在可能的悲剧发生之前,一个专门的固体燃料发动机——紧急营救系统——点火,将返回舱从发射火箭中分离出来并把它喷射到约500米到700米的高度,然后通过降落伞着陆在离发射阵地一些距离的安全地方。

  无论是在美国,或是在前苏联,在30年的载人航天活动中都发生过很多次危险。其中有不少情况是幸运的,如上述例子转危为安,摆脱了险境;但也有些情况不那么走运,变成航天发展史上的悲剧。人类飞向太空不能不付出沉重的代价。

  1967年1月27日,美国肯尼迪空间飞行中的一艘阿波罗飞向正在进行载人航天飞行的地面试验,充满纯氧的飞船座舱里突然起火,阿波罗登月探险计划未出师先失利,第一批三名航天员被火活活烧死。

  1967年4月23日,前苏联航天员科马罗夫乘联盟1号飞船在轨道上飞行26小时后返回地球途中,由于降落伞故障飞船坠毁,科马罗夫遇难并成为航天飞行中首先死亡者。

  1971年6月30日,联盟11号飞船和礼1号航天站对接成功,飞行24天后在归途中由于座舱空气泄漏,帕查耶夫等3名航天员窒息死亡。

  1986年1月28日,在美国佛罗里达州纳维拉尔角肯尼迪航天中心 39B发射台上,挑战者号航天飞机载着 7名航天员升空,进行它的第11次航天飞行任务。飞行60秒,高度10公里,为突破音障航天飞机加速到全速。这时固体助推器突然冒出火焰,飞行第73秒时外挂燃料箱爆炸。碧空传来一声巨响,航天飞机与地面的无线电联系骤然中断,挑战者号航天飞机在数秒钟内化成一团火球。从火球和浓烟中散射出的无数碎片像流星雨一样散落在大西洋的洋面上。发射场上数千名观众和地面操作人员以及在荧光屏前观看发射实况转播的观众,都被这一突发事件惊呆了。没有一个人愿意相信眼前发生的这一可怕情况是真的;在人类飞向太空的征途中,发生了最大的一次航天悲剧。

本文由澳门威斯尼斯人网址发布于澳门威斯尼斯人网址,转载请注明出处:看看太空,人类付出的代价

关键词:

上一篇:中国四大古典名著之一,吴承恩简介

下一篇:没有了

最火资讯