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第42章 空间技术(9)

月球车按乘坐两名航天员设计,质量208千克,由电能驱动,最高行驶速度13千米/小时,最大行程72千米,承载能力490千克。月球车通过其上的高增益天线可以直接与地面控制中心通信。月球车上装载有在月面上使用的各种工具,包括收集月球样品用的铲、耙、管、锤、钻机等,还有样品采集箱,用于装载航天员在月面上采集的岩石等样品。月球车上安装由地面控制中心直接控制的电视摄像机和由航天员操作的35毫米摄像机。在“阿波罗15号”、“阿波罗16号”和“阿波罗17号”登月中,航天员还使用月球车。

轮胎。月球表面的引力只有地球表面引力的1/6,月面又遍布一层尘埃,为使月球车能够行驶自如,在轮胎的外表面包裹了一层金属丝编织成的网,以增强轮胎与月面的摩擦力。在轮胎的上方设置了防止航天员碰到活动的轮胎并避免扬尘飞溅的装置。

设备。为了获取更多的信息,又不给航天员增添工作量,在月球车上安装了由地面控制中心直接控制的电视摄像机,可以根据需要自行操作摄像机拍摄图像。另有一台航天员自行操作的摄像机,置于航天员面前。月球车的后部是月球样品收集工具箱和科学实验设备放置处。

天线。为使地面控制中心实时获知航天员的情况,在月球车前部设置了一台伞状高增益天线,航天员通过此天线可以直接与地面控制中心人员通话。航天员面前还有另外一个低增益天线,在高增益天线未展开时使用,与在环绕月球轨道上运行的阿波罗指令舱内航天员通话,或通过指令舱沟通与地面联系。

月球车拓展了活动范围。阿波罗15、16、17号登月航天员由于配备了月球车,航天员驾驶月球车在月面上自由驰骋,有效地扩展了活动范围,累计月面活动行程849千米,是前3次总和的15倍,收集的月球样品总计282千克,是前3次的28倍,拍摄了区域广泛的图像,取得了丰硕成果。

人在太空中怎样行走

太空是一个真空、失重的世界,在那儿没有氧气,没有流水,也没有地面,太空行走实际上是脱离飞船在太空中飘浮。早期的太空行走,用钢索和氧气管将宇航员与飞船连接,就不用担心宇航员离开飞船太远而不能返回。技术改进以后,宇航员可身穿装有氧气供应、无线电联络和喷气动力系统的宇航服,在太空中自由自在地飘浮了。第一个在太空中行走的人是苏联宇航员阿列克谢·列昂诺夫。1965年3月,他乘坐“上升2号”宇宙飞船起飞,进入太空轨道后,离开飞船在太空中飘行了10分钟。当他接到回舱指令回舱时,却碰到了意想不到的情况。在宇宙真空状态下,充氧的宇航服严重膨胀,以致无法进入闸门舱。列昂诺夫沉着地将气压降到了原来的1/3,才一点点地挤回了飞船。

航天员在太空中的行为与地面有何不同

载人航天器在太空的飞行环境决定了人在太空的生活和工作与在地面有着显著的差异。航天员在太空的行为与在地面有相当大的不同,产生这些不同的主要原因是失重。

飘浮状态。由于失重,航天员在太空一直处于飘浮状态,不能够像在地面那样使用腿脚利用重力产生的摩擦力来行走,行走的功能由手臂抓取物体产生的反作用力使身体飘浮移动来实现,腿脚似乎成了多余物。无论在什么地方工作,必须将自己固定在航天器上,否则工作时产生的任何作用力都可能使航天员移动位置而无法工作。睡眠不再需要床,在任何地方、以任何姿势都可以睡眠。由于舱内空气在风扇作用下不停地流动,如果航天员睡眠时飘浮,就可能随气流飘动,或者由于自己的某些动作产生作用力,使身体运动,在不知晓的情况下,与设备发生碰撞,损坏设备或身体受伤,或偶然撞击关键危险开关。因此,睡眠时航天员必须将自己固定在舱壁上或其他结构上。

航天员的杂技。由于没有了重量,再重的物体也可以轻而易举地搬动,地面上的大力士在太空没有了用武之地,其所能举起的重物,小孩子也照样能举。航天员表演的高超杂耍,令地面上技艺再高的杂技艺术家也望而生畏。由重力方向判别的上下方向感消失在地面上由重力方向判别的上下方向感消失,各方向的感觉是一样的,只有依靠四周墙壁不同的颜色和所摆放的设备来辨别哪里是“上”、哪里是“下”。移动四肢不需要用力克服手脚的重量,不需要用力来支撑手脚停留在某个位置,当闭上眼睛的时候,会产生不知道自己手脚在什么地方的感觉,只有在胳膊、腿动作时,才感觉到它们的存在。

水不会从盛水容器中流出。在太空喝水不能使用水壶和杯子,因为失去了重力作用,水不会从盛水容器中流出,也不会老老实实地停留在杯子里等待人去受用。只能将水或饮料封装在塑料袋内,通过吸管吸食。在饮用饮料或进食时不小心吞咽进气体时,由于气泡不一定在胃的上部,不能像在地面那样用打嗝的方式将气体排出。

长发不再下垂。长发不再下垂,而是膨胀飘逸在头上,与在地面触摸静电球时的效果相像。身体出汗时,汗液不再向下掉落,而是在皮肤上积累起来,越积越厚。如果像在地面那样大小便,不但排泄物会四处飞溅,航天员身体也会在排泄过程中产生的反作用力的作用下,游动和翻滚,后果难以设想。

航天员在太空如何入睡

在太空睡眠与我们在地面上习惯的睡眠有很大不同,造成这种区别的因素主要有:失重、昼夜规律变化和噪声,其中以失重影响为最。航天员在太空睡眠没有了往日躺在床上的感觉,总是觉得身体下面没有支撑,常常有坠落的感觉,使睡眠不踏实。航天器15小时就环绕地球运行一周,经历一次昼夜变更,对航天员的睡眠也是一种干扰。航天器内空间狭小,仪器设备工作产生的声响在舱内构成不小的噪声,对睡眠也产生干扰。载人航天的开创时期,座舱空间非常狭小,在整个飞行期间航天员只能躺在坐椅上。随着载人航天器规模不断扩展,座舱空间随之增大,航天员睡眠条件也逐步得到了改善,每位航天员都有一个睡袋,甚至有了睡铺和个人睡眠间。

睡袋。航天飞机上的睡眠条件又得到了进一步改善,有了睡铺和小睡间。每位航天员都有一个睡袋,睡袋用两个拉链与柔软的支撑垫相连。两条可调节松紧的带子用来束缚睡袋内的身体,带子使航天员身体与支撑垫和舱壁贴紧,使后背有压力,航天员产生类似于在床上的感觉。枕头置于支撑垫的上端,利用束缚装置可以将头部靠在枕头上,以此来模仿地面睡眠情况。睡袋上有用于透气的小孔。睡袋的双向拉链可以从底部到顶部全部打开,以方便航天员进入睡袋。在两边都有一个手臂孔,可以将手臂从孔中伸到睡袋外面。除了睡袋外,每位航天员还有一套个入睡眠设备,包括遮光眼罩(遮蔽舱内的光线和每40多分钟一次的“白天”所产生的光亮)、耳塞(降低主要由风机、抽吸泵和舱内设备产生的噪声,有的舱段噪声在60分贝以下,有的在60分贝以上,还有的舱段有时达到70分贝以上)。

睡铺。在航天飞机中舱内沿纵轴方向放置4个睡铺,每个睡铺长18米,宽075米,形成一个小睡间。睡间包括一个睡袋、个人物品设备;一盏灯、提供氧气的通风进口和出口(当睡间的滑动门关闭后使用,空气进口设在航天员头部附近,风向可以通过风向钮调节,出口则设在脚部附近)。灯的亮度可以用旋钮调节。睡间可以起到降低光亮和噪声的作用。如果航天飞机上7名航天员需要同时睡眠,就在储物柜上临时固定3个睡袋。

睡眠间。在国际太空站上,有两个睡眠间,睡眠条件相当舒适。睡眠间内不但有睡铺、灯,还有计算机。在睡眠间内,可以听音乐、看书,可以做自己喜爱的事情,可以同家人联络。还有一个大舷窗,航天员可以观望太空。睡眠时,可以关闭房间门,隔绝外界的光亮和噪声,提高睡眠质量。在太空,当身体完全放松时,会自然构成弓形姿势。所以,睡眠时身体稍微卷曲一点比伸直要舒服。每位航天员要能够在座位上睡眠,能够在睡袋内睡眠,能够在“铺位”上睡眠,或者简单地将自己用绳索固定在航天器的壁上睡眠。

航天员在太空中如何工作

航天员在太空的工作十分繁忙,一般为双轮班制,一半航天员工作,另一半休息。在太空工作的效率无法与人类熟悉的地面相比,在地面很方便完成的工作,在太空就不那么容易。在太空中工作,航天员的动作比较缓慢和小心谨慎。在地面训练时,航天员是在水中进行训练,水是稠密的,有阻力,可以减缓航天员的运动速度。在完全是真空的太空中,如果航天员按在水中感受的动作去做,他的身体可能立即失去控制。比如去旋紧一个螺栓,在水中训练时航天员很容易做到。在太空中没有水支撑身体,如果用力不当,反而是航天员整个人绕着螺栓旋转。航天员在太空工作中需要不断地适应,不断地练习,才能适应太空环境,完成所赋予的任务。

舱外工作。舱外航天服是加压的,压力不到海平面大气压力的1/3。但是在太空中,这个压力会使整件航天服鼓胀起来,大约和地面一个足球的内外压差相当。就像很难弯曲一个充足了气的足球一样,太空中的航天服也是很难弯曲的。为了解决这个问题,航天服上设计了各种关节。在膝盖、肘、肩、手腕等地方都有可以活动的关节。但是这些关节提供的活动空间很有限。在穿上航天服之后,操作范围仅仅只有距自己30厘米远处1米见方的区域。航天员必须在航天服提供的活动空间内完成工作。

航天员使用工具。航天员使用的工具是特殊设计的适用于失重环境的工具,其最大的特点是尽量减少反作用力。例如锤子,在地面使用锤子向下锤物体,物体对锤子产生的反作用力被重力抵消一部分,人身体的重量能够很容易地将剩余的反作用力抵消。在太空,这两种起抵消作用的因素都已不存在,反作用力会对航天员的工作构成相当的影响。为此,锤头做成中空的,腔内放置一些钢珠,锤物下落时钢珠处于空腔上部,弹起时钢珠落向下方,起到减弱反作用力的作用。

对地球进行观测。对地球进行观测是每个航天员都喜欢做的事情,每次飞行都要拍摄数千张照片,40年来这些照片真实地记录了地球陆地和大气的变化,为研究提供了很好的资料。在太空能够大尺度地看到地球大气、海洋被污染的情况和陆地被侵蚀的结果。每块大陆都有自己的不同特征,都有不同的颜色区域。例如,澳大利亚为微红色,非洲的沙漠地带为黄色,雨林为明亮的绿色。

舱内搬运物体。航天员在太空站上的重要工作之一就是搬运物体,这些物体有需安装的设备,更换的设备、货运飞船和航天飞机运送来的供应品(水、食品等)等。在太空搬运物体与在地面有很大差别,抓握物体和移动身体都依靠手,脚起不了多大作用,再重的物体也“轻飘飘”,移动起来比地面方便得多。

太空医务工作如何进行

在载人航天器上设有航天员的医学监测和监视设备,在飞行的关键时段和每天的规定时间对航天员的身体状态进行监测。监测的参数主要是心电、呼吸、体温、血压等,这些参数将实时传送到地面控制中心,由控制中心的医学专家进行航天员身体状况分析。监视设备则向地面控制中心提供航天员面部表情和身体动作情况,同样为了解航天员身体状况提供依据。航天员都要接受一定程度的医学培训,掌握一定的医学知识。众多的航天员中,要有一位比较熟知医学的航天员。在航天器上设有药箱,内有各种常用药物,航天员身体有不适时,可以使用。航天员在舱外活动(太空行走和月面活动等)时,携带有功耗小的小型遥测系统,将航天员的重要生理信号,经航天器转发至地面控制中心,以实现地面控制中心对航天员的实时医学监督。大多数航天员进入太空后都会由于失重引起体液的遗失而体重下降,航天员的体重测量不能使用在地面使用的磅秤,而是依据质量与弹簧振荡频率之间的关系,专门为失重环境中测量体重研制了体重测量器。

人类航天史上发生了哪些遇险与营救事件

航天员在上升段和返回段飞行中,因出现意外事件而面临险情的概率比运行段高,针对可能出现的各种险情,设计了许多营救措施。在上升段的地面和海上航区设置了应急救生区,配备了救生力量和设备,一旦出现航天器故障航天员逃逸时降落在救生区内,救援人员及时开展救援。在主着陆场、副着陆场配备了直升机、车辆(或军舰),航天器着陆后,救援人员能够迅速到达着陆点,对航天员实施救援。

座舱进水。1961年7月21日,美国发射载有格里索姆中校的“水星4号”飞船,进行第2次载人亚轨道飞行,历时15分37秒。返回时,返回舱溅落在大西洋海面。由于电路短路,座舱门突然开启,当航天员打开应急出口时,海水已进到舱里。航天员用力挤出舱门后,由于航天服上的氧气进口阀门未关闭而进水,使航天员沉入海里,喝了很多水。5分钟后,他被直升机紧急救到船上,返回舱沉没海底。

误操作。1962年5月24日,美国发射载有卡彭特的“水星7号”飞船,绕地球飞行3圈,历时4小时56分,在大西洋海面回收。由于航天员过度地调整飞船姿态,在人工控制系统工作时又忘记关闭自动控制系统,使姿态控制能源消耗过多。返回时,由于姿态控制气体耗尽,飞船大幅度摇摆,险些无法返回。

出舱遇险。1965年3月18日至19日,苏联航天员别列亚耶夫中校和列昂诺夫少校乘坐“上升2号”飞船绕地球飞行17圈,列昂诺夫进行了世界上第1次出舱活动后,在返回气闸舱时遇到了麻烦。在太空高度真空中,航天服膨胀得很大,超过了气闸舱舱口,无法返回到气闸舱内。最后只好释放掉一些航天服内气体,使其压力下降,列昂诺夫才勉强进入气闸舱,返回到飞船内。

降落伞破损。1971年7月26日,“阿波罗15号”飞船顺利完成登月任务,返回地球后,开始返回地面程序。制动、进入大气层一切正常。在展开降落伞时,出现一些故障,降落伞提前开启,且3顶降落伞中有1顶破损,失去作用,指令舱依靠2顶降落伞下降溅落在中太平洋水域,虽然溅落速度比正常情况高了12米/秒,航天员安全无恙。

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