從超重到失重,航天員要進行哪些航天環境適應性訓練?讓人心疼

半桶 發佈 2022-12-01T22:17:25.549899+00:00

本文不討論載人航天工程取得的矚目成就,我們來看看航天員們從火箭發射到進入空間站,從超重到失重這一過程中,他們為此做了多少準備和訓練。

可喜可賀!我國空間站迎來了首次太空會師,神舟十五號乘組與神舟十四號乘組,6名航天員將在空間站內共同生活約5天。

本文不討論載人航天工程取得的矚目成就,我們來看看航天員們從火箭發射到進入空間站,從超重到失重這一過程中,他們為此做了多少準備和訓練。

通常來說,航天員想要執行太空任務,要在地球上進行多個方面的航天環境適應性訓練,比如超重耐力適應性訓練、前庭功能訓練、失重訓練、血液重新分布適應性訓練及其他航天環境適應性訓練等。

1、超重耐力適應性訓練

在神舟十五號發射直播中,主持人提到過三位航天員在火箭升空過程中,要承受大約5g的重力,這個說的就是超重。

由於地球的吸引而產生的力叫作標準重力,加速度為1g,也就是我們常說的重力。如果物體對支持物的壓力大於物體所承受重力的話,我們就把這種現象稱為超重。加速度越大,超重力就越大,對人體的影響和損傷就越大。

你有沒有發現執行太空任務的航天員,在火箭發射階段都是「躺」在飛船的座椅上的,不像平常人一樣挺直腰板坐在上面,而是採取了一種仰臥的姿勢。

航天員為什麼要採取這樣一種奇怪的姿勢呢?這其實就跟超重有關。

我們知道超重會對人體造成影響甚至損傷,而且不同方向的超重對於人體的影響也是不同的。一般來說,胸背向超重對人體的影響要比頭盆向超重輕得多,因此航天員在飛船中多採取仰臥姿勢。

超重對航天員的影響不僅僅體現在身體要承受數倍於自身的重量上,還體現在他們的內臟器官的重量也要增加好幾倍。在這種情況下,超重耐力低的人,會出現暈厥和呼吸困難等症狀。

好在一個人的超重耐力是可以通過訓練來提高,而超重訓練也是航天員必不可少的訓練項目。

航天員超重耐力適應性訓練一般是在離心機中進行。離心機是一種特殊的訓練設備,主要用於訓練航天員的超重耐力以及在超重條件下操縱飛船和通信的能力。

具體方法是讓受訓者半臥或坐在離心機的座艙里,逐漸增加離心機的轉速,這時超重值也會逐漸增加,直到航天員不能耐受,再逐漸降低離心機的轉速。

當離心機按照一定的速度旋轉起來時,可以模擬出載人太空飛行器上升和返回時的持續超重狀態,這時,身處其中的航天員所要承受的最大負荷,即重力加速度,會達到8g。

要是正常人在離心機上的話,達到3g的時候就會頭暈目眩,呼吸困難,可想而知航天員的感受會是什麼樣子的了:這種感覺就相當於在航天員的胸口壓了7個成年人的重量,而且還會持續幾十秒。

2、前庭功能訓練

人們暈車、暈船時,會感到頭暈目眩,噁心嘔吐,這就是前庭功能紊亂引起的,這種症狀被稱為運動病。

相比暈車、暈船,航天員們在執行太空任務過程中的「暈飛船」或者「暈火箭」時的運動病會更加嚴重。在地面上發生運動病一般不會產生錯覺,而航天活動中出現運動病時常常會產生錯覺。

不僅如此,在地面上暈車、暈船會有一個噁心、嘔吐的過程,而在航天航天活動中,運動病常常沒有噁心的先兆,就出現突發性、噴射性的嘔吐,讓人毫無防備,也更加難受。

所以為了防止航天員在執行太空任務時發生運動病,就需要對航天員進行前庭功能訓練。

航天員前庭功能的訓練包括體操、蹦床、旋梯、浪木等器械訓練,還要藉助鞦韆和轉椅進行訓練。這裡的鞦韆和轉椅可不是我們生活中見到的那樣,而是一種特殊的裝備。

比如航天員用的轉椅,普通人坐在上面,立刻會感到天旋地轉,幾圈下來就會兩眼昏花,東搖西擺。而航天員在進行前庭功能訓練時不僅要進行高速旋轉,還要進行前後和左右的頭部擺動,難受程度可想而知。

你可以嘗試一下以下動作:左手抓住右耳朵,低頭俯身,脊梁骨和地面平行,挪動腳步快速旋轉。你試試能轉幾圈?恐怕轉不了10圈你就會頭暈眼花摔倒了。

但這和航天員在「轉椅」上承受的抗眩暈訓練比起來,簡直就是小兒科。航天員坐上電動椅後,用眼罩蒙上眼睛,打開開關,「轉椅」就開始以每分鐘24圈的速度飛速旋轉,而且要一直堅持5分鐘,才算是合格。

在訓練過程中,開始時有些航天員一坐上去就噁心嘔吐,訓練一次後幾天都沒有食慾,還有些甚至看到別人訓練,自己胃裡也會翻江倒海,這都形成條件反射了,航天員們承受的痛苦可想而知!

3、失重訓練

相比航天員升空和返回地球時的超重,失重才是他們執行太空任務時需要長期保持的狀態。比如我國空間站投入正式運營階段之後,航天員需要在軌生活6個月之久,而這6個月時間裡,他們一直都是處於失重狀態的。

剛剛進入空間站的航天員,由於突然進入失重環境,他們體內的血液會被重新分配,頭部血量增多,下肢血量減少。比如我們通過空間站傳回的畫面中可以看出,航天員們的面部都顯得有些「腫」,這就是血液向頭部聚集引起的。

失重的感覺就有點類似我們乘坐電梯時突然下墜時的感受,而且航天員在空間站里會一直有這種感受。即使是在睡覺時,航天員也感覺自己在不斷地往下墜落,大家可以想像一下這是怎樣一種感覺。

義大利航天員拉貝尼曾這樣描述太空失重狀態:「胃裡的食物在向上涌,腦袋也因為充血而暈暈沉沉的。四肢無力地散在軀幹周圍,要不是看上一眼,你都不知道它們正處於什麼姿勢。」

處於失重狀態下,人將迅速失去空間感和方位感,完全找不著北。經過一段時間後,習慣了地面生活的人就會對失重環境產生強烈的恐懼感,甚至失去自我控制的能力。

所以航天員要想執行太空任務的話,尤其是執行長期在軌任務之前,必須要進行失重訓練,幫助航天員了解和熟悉太空中的失重環境,體驗在失重條件下的感覺和反應。

目前在地面上能夠模擬失重環境的設備有落管、落塔、探空火箭、失重飛機和模擬失重訓練的水槽等。但是能夠進行航天員失重訓練的設備只有失重飛機和模擬失重訓練水槽,因為只有這兩種設備能模擬出較長時間的失重環境。

失重飛機進行拋物線飛行時能夠產生15~30秒的失重環境,在這樣短的時間裡,只能對航天員進行失重環境體驗和簡單的操作訓練。所以複雜的出艙活動和作業只能在模擬失重訓練水槽中進行。

訓練時,航天員需要身穿水槽訓練航天服全部浸沒在水中,通過為航天員配重使其在水中受到的浮力和本身重力大小相等,讓航天員的感受與在太空失重狀態下非常相似。

這個訓練過程是艱苦的,航天員們需要在水下訓練執行太空任務時可能要用到的各種動作和操作,每次訓練他們要在水下待4~6個小時甚至更久。

4、血液重新分布適應性訓練

前面我們提到,航天員進入太空後,其體內的血液會重新分布,這會讓他們感到身體不適。為了適應這種變化,航天員們在訓練中也需要加入該項目。

航天員利用旋轉床進行頭低位和頭高位的改變,使血液不斷地向頭部轉移,簡單來說就是讓航天員頭朝下進行各種訓練,以此來提高人體對血液重新分布適應性的訓練。

訓練的時候,旋轉床的床體不斷地變化,床頭一會兒低下,一會兒又抬起,2分鐘左右就要變化一次,就是要這樣不斷地「折騰」航天員。

這種訓練的效果是顯而易見的,航天員剛開始訓練時還會有一些不適感,比如頭暈腦脹等。不過隨著訓練次數的增加,航天員也就習慣了,他們對血液重新分布的適應性增強了,心血管調節能力也得到了改善。

除了上述訓練內容外,航天員還必須要針對在航天飛行過程中所遇到的面臨的噪聲、衝擊、振動和高溫等環境因素進行一系列的適應性訓練。

航天員們付出的艱辛是巨大的,他們為了能順利執行太空任務,日復一日地進行各種複雜的訓練。我國航天員的選拔過程也可以體現出這一點。

一名預備航天員想要執行太空任務,需要進行為期至少3~4年的訓練,在符合所有的要求之後才能執行太空任務。

航天員幾乎要用一生的努力來實現飛天夢,向偉大的航天員們致敬!

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