航天员的太空生活

华兴恒

编者按：物理与我们的生产、生活联系紧密，可以说生产、生活中处处有物理。我国“神舟”系列飞船的顺利升空，实现了我们的航天梦，这里面更是应用了大量的物理知识和技术。下面关于航天员的太空生活的介绍，同学们不妨读一读，看看都用到了哪些物理知识，以激发自己学习物理的兴趣。只要有梦想，有努力，将来成为一名航天员或者航天领域的专家，你也能行哟！

“可上九天揽月，可下五洋捉鳖”，这在我国改革开放30年后的今天都成为了现实，“蛟龙号”深潜器的成功深潜已超过7 000米，“神舟”系列飞船成功发射，特别是白我国首位航天员杨利伟乘“神舟五号”成功飞天以后，我国又相继有11人次乘“神舟”系列飞船成功飞天。他们分别是：乘“神舟六号”于2005年10月15日成功飞天的费俊龙和聂海胜；乘“神舟七号”于2008年9月25日成功飞天的翟志刚、刘伯明和景海鹏，翟志刚顺利出舱，实现了我国第一次太空行走；乘“神舟九号”于2012年6月1 6日成功飞天的景海鹏、刘旺和刘洋，刘洋是我国第一位遨游蓝天的女航天员，“神舟九号”还成功地实现了与“天宫一号”的自动交会对接和手动交会对接；乘“神舟十号”于2013年6月11日成功飞天的聂海胜、张晓光和王亚平，王亚平也是我国第二个成功飞天的女航天员，王亚平还进行了太空授课，这是我国首次开展航天员太空授课活动。2016年我国还将发射“天宫二号”空间实验室和“神舟十一号”飞船，进行“神舟十一号”与“天宫二号”的对接。“神舟”系列飞船的成功飞天，不仅表明我国航天事业取得了骄人的巨大成就，也说明我国的科技水平进入了世界先进行列，值得我们骄傲和自豪。大家可能非常关心航天员的太空生活，下面进行简单的介绍。

航天员在太空飞行，与在地球大气层中飞行是完全不同的，这是由于在太空中处于完全失重状态。因为在太空中，物体对它的支持物完全失去了压力，物体可以静止在任何位置上。这导致人们失去了方向感，因而也就无法区分头是朝上的还是脚是朝上的。如果把装有水的桶倒置，桶中的水也不会流出来；松开手后水桶也不会掉下来，而是悬浮在空中。如果你左手拿着一个铁块，右手拿着一根鸡毛，无法感觉出谁重谁轻；若将鸡毛和铁块同时丢到水桶里，令人感到不可思议的事情发生了：鸡毛可以沉入水底，铁块也可以浮在水面上。如果将油与水放在同一容器中，轻轻缓慢地搅拌，结果可能会使你感到奇怪，它们可以均匀地混合在一起。在太空中，还有更不可思议的事情，人们好像力大无比，任何人都可以轻而易举地举起质量为数吨的物体。

密封座舱是载人航天器上最基本也是最根本的生命保护设施。由于太空中存在着强辐射，会严重地破坏人体的组织细胞；即便是受到微流星的撞击，对航天员来说也将是致命的；如果人体暴露在真空中，不仅会导致人因缺氧而窒息，更可怕的是可能导致体液发生沸腾、汽化而快速死亡。因而密封座舱的舱壁，必须要有防止辐射和防微流星撞击的功能，以确保航天员的生命安全。由于密封座舱是航天员在太空生活的空间，为了给航天员提供舒适的生活环境，因此座舱中必须有足够的空气以确保航天员的正常呼吸，而且温度在18℃～25℃之间可以任意调节，湿度则控制在30%～70%之间，舱内空气压力一般与地面保持相同。

由于宇宙空间几乎是一个真空环境，为了确保航天员的生命安全和正常工作与生活，他们必须穿上专门为其制作的航天服。特制航天服实际上是个人的密闭设备，它能有效地防止太空中各种不利因素的影响，如极低压（或真空）、缺氧（或无氧）、高温和低温、太阳辐射、微流星体撞击等对航天员的伤害。航天员在太空几近真空的环境中，体内血液中所含的氧会变成气体，导致体积剧烈膨胀，如果不穿特制的航天服，航天员就会因体内外的压力相差过大而危及生命。航天员穿的航天服是在飞行员密闭服的基础上发展起来的多功能安全防护服。

航天服通常是由服装、头盔、手套和靴子四部分构成。服装又由三部分组成，最外层为防护服，它既不怕火也不容易导热，不仅能适应剧烈的温度变化，而且还能够有效地阻挡宇宙射线的直接辐射，还能有效地抵御宇宙中小陨石的撞击；中间一层是气密服，它可产生0.25×lO⁵Pa～1.0×l0⁵Pa的压强，以维持航天员的身体不至于向外扩张；服装的最里层则是水冷式内衣，是在耐纶纤维层中加入长约200多米的聚氯乙烯细软管制成的，在这些细软管中通入冷却水，软管与人体皮肤接触，收到调节体温的效果。

头盔则是用透明的聚碳酸酯制成，它能确保航天员头部免受来自太阳的紫外线与红外线的强烈辐射，头盔内还有缓冲器，能有效地缓解航天员在呼吸时产生的冲击。航天员的手套不仅耐热，而且还耐磨，还可保证手套内满足适当的压力。虽然这种手套的层数很多，因为做工精巧，可确保手指的灵活性，小妨碍航天员完成各种精细的操作。靴子与手套一样，既耐热也耐磨，对航天员的脚有很好的保护作川。在航天服的后背上还有生命保障装置，它是由氧气瓶、调节器、水箱等组成，这种装置只有航天员到舱外工作时才用得到。

在“神舟”飞船的密封舱中进食，既有情趣，也有风险。如果工作离不开，町将食物和饮料悬在空中，用嘴一口一口地咬或吸食，这样也不会影响双手做各种工作。一旦产生食物碎渣，这些碎渣会到处乱飞，可能会钻入航天员的鼻孔，甚至是飘入航天员的眼睛，有时还会严重地损坏仪器设备。为了有效地解决这个问题，在早期的航天活动中，都是将航天员的食物做成糊状，装在软管中，每当食用时，就像挤牙膏一样向嘴里挤。这种进食方法，由于看不到食物的色和形，也不能闻到食物的香味，难以引起航天员的食欲。现在的航天食物与进食方法，已经与在地面基本相同。只是食物稍带黏性，可以粘在盘子里不飞走，不过盘子必须固定在餐桌上才行哦！

太窄厨房内食品种类繁多，像“神舟十号”中的食品可以根据三位航天员的不同口味定制，并且在他们在轨飞行的l5天时间里，每顿食品基本上不会重复。例如“神舟十号”的三位航天员在端午节这天，与全国人民一样吃到了新鲜的豆沙粽子。这些食品大都装在软管、软袋里，嵌在舱壁上。每到吃饭时，只要把脱水食品加上水，与其他食品一起放进舱壁上的小电炉里加热到80℃即可食用。舱壁上有两块平板，其上面有橡皮带，橡皮带的作用是将食品捆住，以免飘飞。食品直接从软管内吸取。由于淡水存久了会变味，航天员暂时只能以咖啡、茶和果汁等解渴。

目前，航天员的食谱已经发展到百余种，饮料有近30种，可以让航天员在紧张的工作之余大饱口福。食谱都是经过营养学专家精心设计搭配的，足可以保证航天员每天所需的营养和热量，绝不低于地面水平。

航大员在太窄中休息也与地面不同，一是黑白小分，二是睡姿奇异。之所以会黑白不分，是由于航天器在90min的时间里即可绕地球转动一周，航天员缚天会历经16次白昼和16次黑夜，无法遵循地球上的“日出而作，日落而息”的规律来工作和休息，只能机械地按钟点安排工作和休息，不过他们的工作和休息的时问安排基本上与地面同步。睡姿奇异是由于航天员在太空失重的环境中找不到“躺”着的感觉。在地球重力环境中，人们习惯于把地心引力的方向定为“下”，把“天”的方向定为“上”，这也就是人们常说的“头顶蓝天，脚踩大地”。可是到了完全失重的环境中，人们也就失去了“上”、“下”的参照坐标，休息也就没有了“平躺”之说。航天员休息时可以飘在太空舱中睡，也可以挂在舱壁上睡，还可以绑在床上睡，甚至可以吊在梁上睡、靠在桌边睡.睡姿千姿百态，随遇而安。

在“神舟”飞船的密封座舱内行走，非常省力和方便，只要用身体的任何一部分碰一下任何物体，在反作用力的作用下就可以将航天员推向反方向。用四肢划动空气，反作用力也可使人前进。也正是这个原因，才使得刘洋可以在生活舱内连续不断地翻几十个跟头，并且显得很轻松。

然而在密封舱外的宇宙空间行走，则是非常困难和惊险的事情。首先，必须穿上航天服，确保安全；其次，由于舱外活动时航天服内的压强比密封舱内的压强小许多，为了适应从舱内的高压环境到航天服的低压环境而不致产生减压病，航天员出舱前必须吸纯氧气排氮气。这是因为航天器密封座舱中使用与地面同样的大气成分，除了氧气外，主要是氮气。被吸人人体的氮气不会被人体吸收，而是溶解在血液中，当外界压强减小时，就会游离出来形成气栓，堵塞血管。轻者使人头昏、胸闷、呕吐，重者会使人丧生。因此，航天员在出舱前必须吸纯氧气，把氮气排出来。再者，航天员走出座舱后，在空旷的太空中，由于没有任何东西作参照物，也就无法判断清楚运动的快慢、物体的远近及大小，也无法分清方向。常常会将近在身边的小纸片，看作远在天边的庞然大物。

舱外活动时航天服还要增加太空行走装备和通信设备，这就是服装背部的喷气背包和通信背包。喷气背包可以向上下、左右、前后六个方向喷气，航天员就是靠喷气背包的反作用力移动位置的。由于太空几近真空，没有传播声音的介质，因此即便是近在咫尺也要靠背包通信。“主要生命维持系统”背在背上，它可以循环流通航天员的呼出物，排出二氧化碳，补充所需的氧气。

在其他方面，太空中的生活与地球上也不一样。在地球上看似简单的洗脸、刷牙、刮胡子、理发以及洗漱等，到了太空都变成了很复杂、很麻烦的事情。

航天员的洗脸、刷牙比较奇特，为了防止水到处乱飘，一般用湿毛巾擦一擦就算是洗脸r；刷牙时川手指蘸上牙膏在牙上里里外外地蹭儿下，然后冉川湿毛巾把牙齿擦干净，刷牙就算完成了。航大员刮胡子通常要使用电动剃须刀，使用时还必须上分小心，以防碎胡子从剃须刀边漏出来。 如果有细小的碎胡子飘在座舱内，不仅清理起来很困难，还常会飘进航天员的眼睛里，或钻进鼻孔里，给航天员的工作和生活造成麻烦。

太空理发也很困难，因此无论是男航天员还是女航天员，在飞天之前都要把头发剪得短些。即便是这样，如果是长时间的飞行，头发也会长长，怎么办呢？航天员必须找两个人来帮助理发，一个人理发，一个人拿着吸尘器吸走剪下的头发。

最麻烦的事情当数在太空中洗澡。航天员要将脚套在一个同定的环里，不然的话飘浮的身体被水一冲就会不停地翻跟头。失重状态下的水全是一粒一粒的小水珠，很容易呛伤人，严重的还会呛死人。所以航天员在洗澡时，还要戴上呼吸罩和扩目罩。洗完澡后，身体上的污水不会白动流下来，需要开动水泵连同空气一起抽走。洗一次澡，真正的洗澡时问只有卜多分钟，可清理污水和其他准备工作却需要近一个小时。后来科学家对太空浴室进行了一些改进，改成了一个像睡袋一样的装置，航天员洗澡时，袋内有清水和浴液射出，搓洗完毕后，可以打开袋下的抽风机，把污水抽走。

上厕所时，工作舱到对接口的过道上有卫生间，用拉锁橡皮帘隔开，内有真空小便池和抽水便桶。便桶内有带过滤底的塑料盒，排泄物落入，橡皮阀迅速关上此盒，外包几层橡皮袋，投入废物箱，弹到太窄，进人大气层后被烧掉了。

休息时，航天员可以看录像，戴耳机听立体声音乐，通过电视电话同亲人“见面”，透过多个舷窗观赏太空美景……

太空是个充满魅力的神奇世界，在太空生活更是趣味无穷。随着航天事业的发展，人们将不断地取得在失重世界中的自由，这是一个多么美妙的前景！