书城科普必知的航天科技(青少年科技爱好培养)
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第12章 太空探索(3)

现在,科学家已经解决了这个问题。他们给水加定压力,逼着水向外喷,就像用高压喷雾器那样,并根据这个原理设计了一套专门的太空淋浴设备。这是一个圆筒,宇航员钻进筒内,拉上密封拉链、双脚伸进固定在筒底的一双特殊拖鞋内,就可以站得很稳,不至于飘起来。宇航员打开筒顶的莲蓬头,加了压力的热水就会喷出来。但是,水珠在筒内乱飞,很容易钻进宇航员鼻孔里,影响呼吸。所以,想洗澡的宇航员在打开莲蓬头之前,还要把呼吸器套在嘴和鼻子上,防止水珠进入气管。有了新的洗澡设备,宇航员就可以舒舒服服地在太空洗澡了。

在太空中吃饭

同在地球上一样,宇航员在太空中也要定期吃东西、喝水,还要呼吸、睡觉。不过,由于在太空中失去了地球的引力,一切物体都处于失重状态,吃饭可就不那么简单了。如果不固定食物的位置,食物就会飘浮在空间,想吃进嘴里是很困难的。为了避免麻烦,宇航员吃的东西都是膏状的,就像挤牙膏那样把食物挤进嘴里。在太空中,宇航员绝对不能吃粉末状的食物,因为粉末会飘浮在太空舱内,如果宇航员一不小心吸进肺里,就可能造成生命危险。

从20世纪80年代起,随着航天科技的发展,各国开始更为重视宇航员的饮食问题,航天食品也大为改观。压缩食品、脱水食物、软包装罐头食品等纷纷问世。除此之外还设立了专门的简易食堂,不仅使食物更加科学、可口、营养,而且还增添了民族特色。这样,可以有效调节宇航员的情绪,使他们更好地进行工作。

未来太空旅行者的食品

在今后二三十年内的某个时候,人数不多的一批男女宇航员可望进行以火星为目的地的太空旅行,时间长达3年。人们因此提出的一个重要问题是,他们将在太空吃什么?

在奔向火星的长达9000万英里的旅途中,美国航天局几乎肯定会向这六七名太空游客提供各种各样的食品,但食谱中无疑将包括以下食品:小块的胡桃巧克力、“种植园主”牌花生米、“奇宝”牌黄油饼干等。美国航天局负责向航天飞机和空间站提供食品的技术经理维基·克洛里斯说:“这些食品由于有一层包装,一旦融化,也不致被污染。”

食而无味

在航天初期,为不使食品粉末在密封座舱的失重环境中到处飘飞,损坏仪器设备和航天员的身体健康,食品都是糊状的。为了便于食用,还将糊状食品装在软管中,食用时像挤牙膏一样往嘴里挤。饮料同样装在软管中。这样,食品的香气被封住了,颜色看不见了,形状也谈不上了,进餐的情趣就单纯地为了填饱肚子。因此,航天员普遍反映没有食欲。

后来有了压缩方块食品,打开复合塑料膜包装,掰起来放进嘴里食用;还有软包装罐藏食品,就是将蒸煮灭菌后的鸡、肉、鱼片用复合塑料薄膜代替金属罐包装。由于这种食品有一定粘性,打开后放在盘子上不会飘飞,可像地面上一样用刀叉进食。

为了进一步增加进餐情趣,食品专家还研制了脱水食品,就是将食物经冷冻、升华干燥,使含水量减至3%左右,用复合膜包装后,在室温下微生物也难以生长繁殖。备餐者用针管往包里注水,食品可迅速恢复原有的形状和颜色,有的还需加热,然后放在盘中,让大家像地面上一样进餐。

太空如厕

失重作祟,不放过小事。

失重将大小便这样的寻常事变得非常困难,以地面上的方式进行是绝对不行的,那样屎尿飘飞起来,怎样了得!

载人航天初期,多为男航天员,可将尿液直接撒进尿袋中,然后封起来,大便时,将便袋口套在臀部上,再用胶布粘连。

后来有了女航天员,怎么办?这确实使航天科技工作者费了一番脑筋。美国航宇局为在航天飞机上设置男女都适用的马桶,对妇女的小便过程进行了深入细微的研究。研制了男女共用的太空马桶。不过,男人就被女性化,需要蹲坐着小便了。

大小便时,将臀部坐在便座上,马桶盖自动打开,然后将固定带系在腰间,以防止身体飘浮,为保险起见,在马桶的一边还设有把手。小便经导管被吸走,大便则经吸嘴由空气吸走。在把手的下方有一个控制杆,扭动控制杆可调节吸嘴的空气流量,部分粪便进入样品收集袋,经冷冻贮存,最后带回地面,供化验研究之用。屎尿的臭气经过滤器排除。

便后起身,马桶盖自动封闭,里面形成真空,粪便迅速干燥,固体部份定期抛到舱外,让其进入大气层中烧毁,液体部份经再处理后作为非饮用水使用。

太空刷牙洗脸

在地面上,刷牙、剃须、洗脸等是易于反掌的小事,但在失重环境中,是无法像地面上一样刷牙的,那样,在牙刷的摆动中,水和牙膏泡沫会飞溅起来,污染空气,损坏仪器设备。同时,聚集在口鼻周围的牙膏泡沫还会影响呼吸。一般只能用洁牙纸或布擦牙,用牙线剔牙,或许还有其它更好的办法?如像嚼口香糖一样嚼带洁齿剂的胶体。

在失重环境中剃须和理发更不随意,必须使用能自动收集须渣和头发的刀具,否则,须渣和头发弥漫空中,它的危害可比牙膏沫厉害得多,仅仅让它们粘在皮肤上,就奇痒难耐。

在失重环境中洗脸也要受到限制,像地面上一样用毛巾沾水洗脸是不行的,那样会使水珠飘飞起来。一般只能用湿毛巾擦脸。

太空睡眠

睡眠在动物界无所不在,人的一生有1/3的时间花在睡眠上。

人进入太空以后,航天医学专家就利用特有的失重条件,对睡眠进行深入的研究。

由于失重,人的方向感丧失了,所以不管人体处于什么方向,是横还是竖,是正还是倒,都可以飘浮着在空中睡眠。

但是,为了安全应该睡在有防火等功能的固定着的睡袋中,以免飞船加减速时碰伤,或被流动气流推动误碰仪器设备开关。

为了提高睡眠质量,还应创造条件,产生与地面上睡眠相同的感受,如给睡袋充气,或用绷带绑紧,使它向人体施加一定的压力,以模拟地球重力;带上眼罩,不让航天器上快速交替的昼夜节奏影响睡眠,或者用灯光模拟地面上的昼夜节奏;带上耳塞,不让仪器设备和静电产生的噪声干扰睡眠,有条件时,应设专门的消音寝室。

在失重环境中,会产生头、四肢等可转动的肢体与躯干分离的幻觉,以及“灵魂出窍”的幻觉,特别是在朦胧的睡眠中是这样。

航天医学工作者除在技术层面上对失重环境中的睡眠进行研究外,也对睡眠的本质和作用进行研究。如美国曾对“天空实验室”上航天员的睡眠进行过测量,了解到失重环境中的睡眠,与以往的睡眠研究将睡眠划分的6个阶段相符,只是较深度的睡眠阶段(第三个阶段)较长,醒来的次数较少。

现代睡眠研究认为,睡眠的过程是在慢波睡眠和快速眼部活动睡眠两种状态之间切换。对睡眠的作用是休息还是复原,是储存能量还是处理信息,则尚在争论之中。深入对失重环境中的睡眠进行研究,或许能为解开睡眠之谜提供线索。

太空行走

在地面上的行走,原本就是反抗地球重力的活动。失重虽使行走摆脱了地球重力的束缚,但同时也给行走带来了许多天大的困难。

在飞船的密封座舱中,由于失重,人处于飘浮状态,只要用脚、手或身体的任何部位碰一下固定物体,借助反作用力可进行立体行走,到达空间的任何地方。同时,在密封座舱中有空气,划动四肢也可进行立体活动。这里的行走似乎非常随意和惬意。

但在座舱以外的太空中行走,情况就大不一样了。这里不讲吸纯氧排氮、穿舱外活动航天服保障生命安全,仅讲行走本身的蹊跷。

人走出飞船的密封座舱,仍以原有速度与飞船一起作轨道运动,即仍处于失重状态。由于太空为真空,也四处无着,无法靠人体自身的动作产生反作用力来达到行走的目的,只能靠喷气背包代步。但走得多快和走得多远,却无法作出主观上的判断。因在广阔无垠的太空,除同速前进的飞船外,没有什么物体可作参照物,既难以判断速度的快慢,也难以判断距离的远近。同时,对看到的物体,也难以判断它的大小,会将遥远的星星看成是近在咫尺的小石头,而如果眼前飘着一片小小的锡纸片,却可能看作是远在天边的屏障。如果并排前行的飞船在转动,长时间盯着它,更会使人晕头转向。

在失重环境中行走,似乎应该是很轻松的,但实际上却非常累人。1988年12月,法国航天员让·克雷蒂安与苏联航天员亚·沃尔科夫走出“和平”号航天站密封座舱,在太空行走6小时,进舱时克雷蒂安连腿都挪不动了,在沃尔科夫帮助下才返回航天站。

航天运动病

航天运动病又叫太空适应综合症,是人进入太空后头几天经常出现的病症,症状与在地面上晕车、晕船和晕机等运动病差不多。如头晕、目眩、脸色苍白、出冷汗、腹部不适、恶心、呕吐,有的还出现唾液增多、嗜睡、头痛和其它神经系统症状。

最早出现航天运动病症的,是1961年9月苏联第二名上天飞行的航天员格·季托夫。他在绕地球飞行第二圈时开始头晕、恶心和腹部不适。在做头部运动时,这些症状加重。在睡眠后症状减轻。返回地面后症状消失。

据苏联对执行“上升”计划的5名航天员和执行“联盟”计划中的22名航天员的统计,患航天运动病的分别占40%和40.9%。美国在执行“阿波罗”登月计划时,对15名第一次飞行的航天员统计,患航天运动病的占40%。由此可见,大约有40%的航天员在首次太空飞行时会患航天运动病。有了一次太空飞行经历后,患航天运动病的比率会下降。如美国在“阿波罗”登月计划中,有过1次以上飞行经历的18名航天员,只有5人患航天运动病,占27.8%。但也有例外,如美国执行“水星”和“双子星座”计划的所有航天员,都没有患航天运动病,而在“天空实验室”计划中,有55%的航天员患航天运动病,可见航天运动病的复杂性。

太空航行对容貌的影响

在失重环境中,人的前庭器官功能发生紊乱,会导致航天运动病。

其实,失重造成的后果远不止此。如心血管功能紊乱,会使人的面部大改容。

在地面环境中,人的血液和其它液体,在心脏工作和地球重力作用下,总是向下或循环流动。在失重环境中,由于失去了重力,增加了血液和其它液体向上涌的趋势。据估算,有多达1~2升的血液涌向胸部和头部。

这么多血液涌向胸部和头部,最直接的后果就是胸部发闷、面部充血浮肿和下肢缺血。

失重对面部容貌的改变,使任何技术高超的化装师和整容医生都望尘莫及。在这里,失重真正是一面效果奇特的“哈哈镜”,它可使长脸变成圆脸,大眼睛变成小眼睛,额头上的深皱纹变浅,浅皱纹消失,尖下巴变圆,圆下巴变胖,双下巴变成单下巴。

心脏的功能是将血液挤压到全身。由于血液丧失了重力,心脏无需像在地面上那样用力,就可驱动血液。用进废退,久而久之,心肌的张力就会降低。这对一直呆在失重环境中的人来说,是一种适应,但对返回地球的航天员来说,功能减退了的心血管系统,就会出现脸色苍白、出冷汗、血压降低和站立不稳等病症。

失重对身体的危害

失重还会使人体内的钙、磷、镁等无机盐的代谢功能紊乱,不仅吸收减少,而且骨质中原有的无机盐(主要是钙)丧失,从尿中排出。

苏联曾用生物卫星对动物进行实验。在失重环境中生活18天的幼年大白鼠,骨骼的形成率明显地比地面上低。

骨钙丧失主要发生在负重的跟骨、大腿骨等骨骼上。长期太空生活的航天员,跟骨的骨钙丧失量可达3.2%~8.3%。足见这是“用进废退”规律在起作用。

骨质大量脱钙会变得疏松,返回地面后,轻微活动和用力就会造成骨折,特别是脊柱和长骨的骨折。

用进废退规律还会在肌肉上发生,因为在失重环境中,产生力量的肌肉无用武之地了,它便会逐渐萎缩。

生物卫星上的动物实验表明,在失重环境中生活20天的大白鼠,肌肉减少25%~38%。

太空航行会使人体重减轻

航天员从太空返回地面后,除个别人外,一般体重都会减少。如第一名进入太空飞行的航天员尤里·加加林,绕地球一圈,体重减少0.5千克。第二名航天员格·季托夫绕地球飞行17圈,体重减少1.8千克。

体重减少,也是失重捣的鬼。

由于失重,心血管功能紊乱,体液上涌,胸部和头部体液充盈,给感受器官一种虚假的信号:体液过量了。内分泌系统便自动地进行调节,将部分体液以尿排出体外。所以,初入太空的人,口渴感都减少,喝水量减少,而排尿量则增加。常此以往,导致体内的血容量和其它体液减少,使体重降低。

前庭器官和心血管系统功能紊乱,使味觉失调,食欲不佳,进食量减少,造成热量供给与消耗量不平衡,也会导致体重减少。

航天员的工作十分繁重、紧张,体力和脑力消耗都很大,每人每天应从饮食中吸收热值2800大卡以上,但由于失重捣鬼,一般都达不到这个量。入不敷出,只有消耗体内原有的脂肪和肌肉。与此同时,从尿中排出的氮量反而增加了。因此,导致航天员的体重普遍减少。

太空疲劳症

在失重环境中工作,似乎是很轻松的,其实非常累人,加之狭小环境、特殊照明、噪声和高低温的影响,使感觉功能、运动功能和中枢神经功能等都会降低,容易出现疲劳症状,降低工作效率,影响航天任务的完成。