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宇航员在太空中是怎样解决吃、穿、住、行等基本问题的？

2024-10-19 64

吃——最容易的事变得复杂奇妙吃饭、喝水对于生活在地球上的人来说，是一件再平常不过的事了，但在失重环境下的太空生活，宇航员的饮食就变得十分复杂而且特别奇妙。可以说，宇航员的营养需求、食品制备、供给和他们的进食方式等都有一定的特殊性，与他们在地面生活的饮食有着很大的不同。航天食品从本质上讲与地面普通食品是一样的，都是为人体提供能量和营养。但为了节省飞船的空间和发射时的有效载荷，宇航员携带的航天食品应尽可能重量轻、体积小。如营养好的干化饼干和干化香肠，吃时用水泡一下，即可恢复到与新鲜食品相近的味道。航天食品除了要能经受住航天特殊环境因素的影响，如冲击、振动、加速度等的考验而不失效外，还必须针对宇航员在失重条件下生理改变的指数对膳食的营养素作适当调整，如肌肉萎缩就要求食品必须提供充足的优质蛋白质；骨质丢失则要求食品提供充足的钙以及适宜的钙磷比例和维生素等。宇航员在航天飞行活动中如何进食，对他们来说是一个不小的考验。在失重条件下，一杯盛满水的杯子朝下朝上放都一样，杯子里的水不会自动飘浮或洒落出来，如果放在桌子上，杯子会连同水一起飞起来。所以说，宇航员在地面上原有的吃饭、喝水习惯到了太空就完全不能适用了。一般来讲，各种食物、零件、用具等都是固定好了的。宇航员从食品柜里拿出食品后，要把装食品的复合塑料膜袋剪开一个小口，把叉子和筷子伸进口袋里叉着往嘴里送。为了防止食品碎屑到处飘飞，影响宇航员或设备的正常工作，这种食品往往都用小包装，制成与口大小相近的方块、长方块或小球状的“一口吃”食品，吃时不必再切开。如果宇航员要喝水，吃汤、羹、汁、果酱时，直接从塑料口袋或牙膏状的软铝管里，一点一点往嘴里挤就可以了。随着火箭技术的发展，宇航员从地面带去的食品可以丰富些了。如湿食品或半湿食品的带汁火鸡、牛肉等，它们的水分含量和地面吃的正常食品相同。现在，宇航员们在太空舱里已经可以使用微波加热器来烘烤食物了。这种微波加热器与地面上使用的加热器有所不同。它上面有一些特制的凹进去的小格。为了防止加热时食物飘浮起来，需要加热的食物都必须固定在这些小格内，插上电源后，一会儿就可以将食物加热到可口的程度。有了它，宇航员们就可以品尝到热烘烘、香喷喷的红烧牛肉、炒蛋、猪排等食物了，其口感与在地面没有多大区别。穿—一件衣服价值千万美元人们对于服装的认识往往只局限于其蔽体、保暖、美观、大方等特点，可是当人类进入太空就会发现，航天服的作用早已超出了传统范畴。因为，太空接近真空的压力环境、极端的温度环境，缺乏生命所需的氧气，空间陨尘、空间碎片和空间辐射的威胁等，都需要航天服为宇航员在太空的生活和工作，提供一个良好的防护和保障系统。航天服按功能可分为舱内航天服和舱外航天服。舱内航天服用于飞船座舱发生泄漏、压力突然降低时，宇航员及时穿上它，接通舱内与之配套的供氧、供气系统，服装内就会立即充压供气，并能提供一定的温度保障和通信功能，保证宇航员在飞船发生故障时能够安全返回。而舱外航天服则更为复杂。它是宇航员出舱进入开放的宇宙空间进行活动的保障和支持系统。它不仅需要具备独立的生命保障和工作能力，包括极端热环境的防护和人体平衡控制、氧气供应和压力控制、服内微环境的通风净化、测控与通信系统、电源系统以及宇航员视觉防护与保障，而且还需具有良好活动性能的关节系统以及在主要系统故障情况下的应急供氧系统。舱外航天服结构上由微流量防护层(外罩)、真空隔热屏蔽层、气密限制层、通风结构和液冷服等组成，犹如一个独立的生命保障系统。一套舱外航天服系统通常比一个健硕的人还要重许多。它的价格自然也不菲，目前研制生产一件舱外航天服要花费上千万美元。谈到航天服，不能不讲一下“太空喷气背包”。这种背包高约1.25米，宽约830毫米，总重150公斤，内装12公斤液氮，共有24个喷嘴。它像一把没有坐位的椅子，安在宇航员的背上。宇航员可以通过扶手上的开关控制24个微型喷嘴，喷射出背包里的压缩氮气，从而形成各个方向大小不同的反推力，实现不同方向的移动。有了这种喷气背包，宇航员就能在茫茫太空中随心所欲地翻筋斗、旋转，向上、向下、向前、向后地自由移动了。住——密舱生活考验技巧宇宙环境是极为恶劣的，对人体有害的主要因素是高真空、高缺氧、宇宙辐射、温度差异等。在这样的环境中宇航员是无法生存和工作的。于是，科学家研制出了一种与外界隔绝的密闭环境座舱用来保护宇航员。供宇航员居住、生活和工作的密闭舱是宇宙飞船上的一个主要部分，是保证宇航员身体健康的环境控制与生命保障系统。生命保障系统最为重要的是供水系统。它的主要任务是供给宇航员生活用水和饮食用水。密闭舱是一个狭小的环境，必须对不断产生的污染物加以净化，以维持舱内空气新鲜，保证宇航员的身体健康。由于失重飘浮，宇航员行动起来不像在地面上那样自如，坐立不稳摇摇晃晃，稍一抬头仰身就有可能来个大翻身，弯腰时又可能翻筋斗，所以一切动作都得小心翼翼。航天飞行中，睡袋一般固定在飞船内的舱壁上。在失重时分不清上和下，站着躺着睡都一样，所以宇航员既可以靠着天花板睡，又可以笔直地站着靠墙壁睡，只要他高兴。为了防止无意中触及开关，他们睡觉时必须把双手束在胸前。宇宙空间中的睡觉姿势很特殊，失重时，身体完全放松会自然形成一种弓状姿势。在空间轨道站上，宇航员已可享受分隔式卧室和床，但他们在睡觉时必须把自己捆在床上，以免翻身时因失重而飘离。另外，在宇宙中航行的宇航员和地球上的人一样，也需要有个人清洁卫生的处理，如刷牙、洗脸、洗澡、大小便等等，但这一切都需要有特殊的设施和技巧。比如在失重时刷牙，牙膏泡沫很容易飘浮起来，水珠在舱内飞飘，会影响人的健康和仪器正常运转。为防止这个问题，美国采用一种特制的橡皮糖，让宇航员充分咀嚼以代替刷牙，达到清洁牙齿的目的。宇航员洗澡时，需要将耳朵塞上，带上护目镜，就像潜水员一样。当人进入浴室，还要穿上固定的拖鞋，这样就不会飘浮起来了。美国“奋进”号航天飞机上装备有一种太空马桶，造价高达2340万美元。这种马桶可贮存处理更多粪便，有独立的尿液分离器，可将尿和粪便分开处理。马桶上的气流导引装置，解决了失重条件下人体排泄的困难。行——防止成为茫茫太空的人体卫星 1965年3月18日，苏联宇航员列昂诺夫离开“上升”2号飞船密闭舱，系着安全带第一次到茫茫太空中行走，开创了人类太空行走的先例。然而太空行走与人们在地面上的行走不能相提并论，其困难程度是常人难以想像的，需要诸多的特殊技术保障措施。由于太空处于真空状态，没有大气层的保护，温度变化也很大，太阳照射时温度可高于100℃，无阳光时温度可低于-200℃，同时还存在着能伤害人体的各种辐射和微流星体，因此在太空行走时，必须身穿特制航天服。同时，由于宇宙飞船、空间站、航天飞机这些载人航天器密闭舱内的人造气压、空气组成基本与地面相同，故人体内吸有一定量的氮气，而航天服内的气压较低，仅为大气压的27.5%，宇航员如果猛然出舱，遇到低的气压后血液供应会较差，溶解在脂肪组织中的氮气游离出来却不能通过血液带到肺部排出而形成气泡，因此可能造成气栓堵塞血管，引发严重疾病。所以宇航员出舱前需要吸取纯氧将体内氮气排出，以免隐患。在太空行走的宇航员围绕地球高速运行时，在广袤的空间中没有参照物，无法分清物体的远近大小、速度快慢，如无保险措施，就可能会丢失在茫茫太空中而成为人体卫星。再加上载人航天器和自己都在运动，宇航员有时会被搞得晕头转向，亦有可能出现危险，所以太空行走需要采取保险措施———身系安全带。安全带犹如婴儿的脐带将宇航员与航天器连接起来，以防宇航员在太空中走失。1984年2月7日，美国的“挑战者”号航天飞机在进行第11次飞行时，宇航员布鲁斯·麦坎德里斯穿着一种带助推装置的航天服，首次在不系安全带的情况下在太空中自由行走了95分钟，捕获了已经停止工作的“太阳峰年”号人造卫星，并对其进行修理，排除故障后又将其重新送回轨道。布鲁斯完成了航天飞机首次捕获卫星的任务。这次太空行走也为人类在太空中的活动开创了新的天地。但为了保险起见，现在宇航员仍被要求系安全带。万一宇航员不能自己走回航天飞机，可以用牵引缆索把他拉回来。太空生活看似有趣，实际上是对宇航员生存技巧的一大考验。看来要做个太空人，享受一下与地球人不一样的生活，还真不是件容易事

如果没有宇航服，在太空中的宇航员可能会被灼伤致死。宇宙中的射线种类十分多，而且强度十分强烈。如果这些射线照射在人体上，那么对人体最直接的伤害就是被灼伤，然后遗传物质将会遭受破坏或者改变。射线中最可怕的就是紫外线了，太阳所释放出来的紫外线直接照射在人体上，那么人体会发生非常严重的灼伤，身体细胞慢慢地坏死，最后死去。这种死法时间比较长，大概需要几十分钟，这个过程是十分痛苦的。其次可能会是缺氧致死。如果在地球上没有氧气，你也许还能多活几分钟。但是如果是在太空中不穿宇航服，那么不但没有氧气吸入，身体内的氧气会因为气压差被挤压出去，只需要十几秒的时间人体就陷入昏迷，最终死亡。美国科学家曾经做过一个实验，一个不穿宇航服的宇航员待在真空的环境下，只需要14秒的时间就昏迷过去了，而这个时间正好是血液从肺到大脑的时间。

星间旅行是指人类在太空中利用各种交通工具，前往其他星球或行星进行探索、研究、居住或其他活动的过程。这项技术目前在许多科幻小说和电影中被描绘，并且已在实际场景中得到一定的实现，例如国际空间站等。实现星间旅行需要超越目前的技术和科学水平，需要掌握航天科技、太空工程、生命科学等多个领域的技术，并且需要克服太空中环境的极端条件，如缺氧、强辐射和微重力等，这对于人类探索宇宙和未来的发展意义重大。