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王二超:【家長課堂】航天員的太空生活(2)

第三,宇宙輻射、真空和高低溫。太陽風暴導致很多帶電粒子轟擊到地球上來,但在地球上的同學們不用擔心,在地面還是很安全的,因為地球受到了大氣層和地球磁場的保護,可以屏蔽掉一些輻射粒子,臭氧層也會吸收抵御紫外線。

在太空中的空間站則沒有這層保護,完全暴露在太陽的輻射之下。因此,航天器的結(jié)構(gòu)材料會快速老化,電子器件會加快失靈。更重要的是,航天員的健康可能會受到嚴重損傷,使機體分子、細胞、組織結(jié)構(gòu)受到損害,失去原有的生理功能。所以,雖然我們看到的太空很美,但潛藏的威脅無處不在,除了輻射,還有流星體等。

另一個不利因素是真空和高低溫。太空中沒有空氣,屬于真空環(huán)境,人無法在其中直接生存,另外,因為沒有大氣壓與人體內(nèi)部氣壓平衡,內(nèi)臟器官會向外膨脹,直至破裂。高低溫,指太空中背陰的一面,也就是沒有太陽照射的一面,與太陽直射的一面相比,溫差超過200℃。航天員在訓練時會進入到低壓艙,進行低壓測試,以提高對太空環(huán)境的適應(yīng)能力。

在空間站內(nèi),航天員可以得到很好的保護,出艙后保護航天員的是航天服。航天服相當于一個小型的沒有動力的航天器。航天服的設(shè)計蘊含了較高的科技含量,營造出適宜人體生活的微環(huán)境,可為航天員艙外活動提供至少4小時生命安全和工效保障。目前生產(chǎn)航天服的國家非常少,包括中國在內(nèi)只有幾個國家能生產(chǎn)航天服。

第四,微流星和空間碎片。相信很多小朋友在晚上看星空時,都看到過流星劃過。有時會覺得很美麗,甚至會許個愿望,但是如果在空間站中接觸流星的話,是非常危險的。第一宇宙速度是7.9km/s,但流星在太空中的飛行速度遠遠超過第一宇宙速度,如果它要迎面撞到空間站上,破壞力是非常大的。

雖然我們見到的流星和落地的隕石不是很多,但據(jù)統(tǒng)計,其實每年都有4~6萬噸的地外物質(zhì)降落到地球上,相當于每年都有三萬輛小轎車降落在地球上。其中大多數(shù)是微小的宇宙塵,看不到實體,較大的就成了流星或是隕石。

這里簡單介紹一下微流星的大小與分類。如黃豆般大的流星體,會形成流星光芒劃過。比黃豆還要小的流星體,其熱量會在與空氣的摩擦中散失,從而不會產(chǎn)生光芒。如核桃般大的流星體,進入大氣層后會產(chǎn)生火流星現(xiàn)象。一般要達到蘋果大小的流星體,才不會在大氣層中燃燒殆盡,其殘余物質(zhì)落在地面,形成隕石。

按化學組成的不同,可以把隕石分成三類,一是鐵隕石,二是石隕石,三是石鐵隕石。其中,石鐵隕石比較漂亮,是鐵鎳合金以及硅酸鹽的融合物。用燈照一下橄欖石的切片,能透過光芒發(fā)亮的部分就是鐵鎳合金。

最初沒有發(fā)射衛(wèi)星之前,太空中是肯定沒有空間碎片的。隨著航天器的發(fā)射,到目前為止有數(shù)億顆毫米以上大小的空間碎片在地球軌道中運行,總質(zhì)量達到了幾千噸。地面有專門的監(jiān)控來監(jiān)測大的碎片,預測其軌道,以提前規(guī)避危險,而針對小的碎片,就要靠航天器在設(shè)計上對結(jié)構(gòu)進行防護了。

(二)溫馨的太空家園

雖然太空中的危險無處不在,但是空間站或航天器給航天員提供了一個溫馨的太空家園。

下面簡單介紹一下天和核心艙。天和號長16.6米,直徑4.2米,給航天員提供了更大的生活和工作空間。其中,尾段是資源艙,有燃料推進,對接的是天舟貨運飛船,貨物要從這里運輸;前部是節(jié)點艙,有很多對接口,可以對接神舟飛船;中間是生活控制艙,大柱段是實驗和工作的區(qū)域,小柱段是生活和休息的區(qū)域。與其他國際空間站相比,天和號空間較大,功能也屬于比較先進的。且后續(xù)會添加新的艙段來完成更復雜的任務(wù),增添更多的功能,進行更多的實驗。

在中國科技館西大廳放置了天和核心艙1:1結(jié)構(gòu)驗證件。這是用來進行結(jié)構(gòu)驗證的。在正式制作之前,先要進行仿真實驗,進行原理驗證,看看設(shè)計是否合理,有無改進空間等。

空間站上的機械臂是怎么運動的?機械臂有個特色,能像蟲子一樣爬行,它的兩頭都有標準的對接模塊,可以從一個固定點移動接力到另一個固定點,并再原路倒回。這是非常先進和實用的設(shè)計,極大提高了機械臂的適用性。

三、太空中的生活和工作

(一)飲食

現(xiàn)在大家能看到很多航天員在太空中吃東西的場景,甚至能看到新鮮的水果,可以說,現(xiàn)在航天員在太空中的飲食條件有了很大進步。早期,航天員只能吃到牙膏一樣膏狀的食品,這是受技術(shù)所限,一方面要保證食品方便保存和易于處理,另一方面也要保障航天員的營養(yǎng)。雖然膏狀的食物不易到處飄殘渣,但具體口感肯定沒有現(xiàn)做的飯菜可口。

隨著技術(shù)的進步,尤其是在專門的航天食品領(lǐng)域的研究下,航天員可以吃到真空包裝的牛肉片和各種小菜,甚至可以在空間站中開派對。飲食變得越來越方便和可口了。這一方面源自火箭的運載能力提高了,可以運輸更多的物資到空間站中,另一方面在于食品的保存手段提升了,可以把新鮮的食物帶上太空,供航天員品嘗。

雖然我們在地球上吃飯很簡單,可以把食物、餐具放在桌上,平穩(wěn)地坐下吃飯,但在太空中如果不好好處理的話,食物會飄得到處都是。為了克服這一點,航天器中設(shè)計了專門的餐桌和餐盤,可以吸附在固定的位置上。食品包裝袋也可以通過松緊扣固定在餐桌上?,F(xiàn)在航天員已經(jīng)可以吃到地面做好的菜品了,比如宮保雞丁。另外,也有很多脫水食品送到太空中。脫水食品就是利用技術(shù)手段將新鮮的食物脫水,這樣食物就會變得很輕,利于保存。等到航天員食用時再將水注入,食物就又回歸到新鮮的狀態(tài)了。

(二)鍛煉

失重環(huán)境下,人體會出現(xiàn)骨質(zhì)疏松和肌肉萎縮。為了保持良好的體能狀態(tài),開展各項工作,航天員們需要不斷鍛煉。我國航天員每周至少做兩到三次高強度運動來保持體力。國外航天員在國際空間站中,會依靠橡皮條一樣的固定裝置將自己固定在跑步機上進行鍛煉。我國航天員也是通過把自己固定在設(shè)備上來進行運動的。中國空間站中很多附屬的布條、布套,都相當于工作位,航天員通過把自己固定在不同的工作位上來完成不同的工作。

中國空間站上的航天員在跑步機上鍛煉,用拉力器進行擴胸運動,工作間隙也會做比較方便的運動,來保持肌肉力量,維持良好的身體素質(zhì)。

責任編輯:范璧萱校對:劉宇同最后修改:
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