为维持人体各器官组织在太空中的正常“运转”,国际空间站的宇航员们必须每天进行体育锻炼,如骑自行车或蹬“移动地毯”。由于没有地球引力的束缚,宇航员在太空的运动也不像在地球上那样自如。他们需要用绳子将自己固定在空间站的设备上,再穿上特制的裤子,使体内的血液从头往脚循环,以求取得同在地球上锻炼一样的生理效果。这些运动可以基本维持心脏、动脉等器官的正常“运转”,却不能防止骨头的萎缩。据统计,宇航员在一次太空旅行中将损失1%至10%的骨架,这部分骨头在地球上再生的周期通常比在太空中的时间长许多。正常情况下,宇航员每天至少要坚持两个小时的锻炼。
宇航员在太空中长期的失重生活会导致骨质恶化。
失重状态下,人体骨骼不用实现支撑体重这一基本功能,但这样对人体并不好,由此宇航员很容易患骨质疏松症。在国际空间站的宇航员必须要考虑到日常的身体锻炼,通常宇航员每天至少要参加两小时的锻炼。
空间站主要包括脚踏车、跑步机等有助保持体形的器械,这种跑步机必须有绳缆将宇航员拉向传送带的方向,尽可能地使宇航员像在地球上410一样地运动。
太空体育锻炼
目前,对抗失重引起的生理变化的主要办法是加强体育锻炼。不过体育锻炼项目仍要受到失重和环境狭小的制约。单杠、双杠、举重、哑铃等靠反抗重力的项目达不达锻炼的效果;各种球类、游泳、滑雪、滑冰、越野、爬山等则受失重和场地的双重限制无法进行。目前,失重环境中的主要体育锻炼项目有如下一些。
踩自行车练功器。锻炼者坐在固定的车架上,身体用安全带固定,以免飘浮,双腿套在弹力带上,克服弹力带的弹力蹬动车轮,所作的功由记录器记录下来。美国“天空实验室”和苏联“礼炮”号航天站上的航天员,规定每人每天需作功390-440千牛米。迄今规定未变。
在微型跑道上跑步。锻炼者站在皮带式滚道上,双腿套上弹性带,以模拟人在地面上的体重,迈步时,一般需克服约490牛的弹性带拉力。苏美都规定,每次在微型跑道上跑步的距离,应达到3-4千米。在太空连续生活326天的苏联航天员罗曼年科,在微型跑道上共跑了1000多千米。
拉弹簧拉力器。弹簧的弹力与重力无关。在失重环境中拉弹簧拉力器,与在地面上一样费力,可以达到锻炼的效果。一个弹簧拉力器一般有5根弹簧,每拉长03米,需用力1078牛。
作徒手体操。这是短期航天的主要体育锻炼项目,每天两次,每次30-60分钟。作体操时也要当心失重的捉弄。曾有航天员在做头部运动和甩动四肢时,感到头好像在脖子上360度地转动、四肢好像离开了躯体。
穿负压裤子。这是一种准体育器材。穿上后将裤子中的空气抽掉,造成下身负压,促使体液流向下身。
此外,平时和锻炼时都可穿“企鹅服”。这是苏联科学家为航天员设计的服装,因外型像企鹅而得名。它具有弹性,能给穿着者的肌肤一定的压力,对失重给予一定的补偿。
体育锻炼对抗失重影响的效果是非常明显的。如在太空生活326天的罗曼年科,虽在后期因疲劳而逐渐停止了工作,但仍依照专家制订的体育锻炼程序,每年坚持锻炼,使脉膊、血压始终保持正常,体重、骨钙和肌肉虽有稍许下降,但都在正常范围内。返回地球后3小时就能自主活动,比10年前飞行96天后归来的情况还好。另一名航天员瓦柳明,在完成175天太空飞行后8个月,又进行185天太空飞行,由于坚持体育锻炼,体重还增加45千克。
宇航员在太空的生活:
1、在太空上也可“躺平”睡觉
空间站处于微重力环境中,航天员可以站着睡、躺着睡、横着睡、竖着睡甚至可以飘着睡。但为了保证睡眠效果,舱内通常要划分出单独的睡眠隔间,每个睡眠隔间都有灯,航天员可以读书,也有可以关闭的侧板,以营造一个相对私密的私人空间。航天员睡觉时有睡袋,睡袋的样子像蚕茧,固定在睡眠区里面。如害怕打扰,飞船上还有眼罩和耳罩,保证宇航员第二天的工作生活都能“元气满满”。
2、在空间站里也能唠家常
在以往的载人航天活动中,天地通话是“传统项目”。在空间站里,设计师们会给航天员预留一条私密语音通道,航天员可以在这里和家人打电话、拉家常,分享在太空生活的心情和感悟,以解离家数月的思乡之情。
3、在天上也要做运动达人
在太空为了抵抗肌肉萎缩,做运动是必须的。一般的运动器械有拉力器,主要用来锻炼上肢力量和腿部力量;还有一种是骑自行车。另外航天员还可以做翻跟头比赛,打太极拳等等来锻炼身体。
4、太空上也有私人“浴室”
3个月的太空生活,个人卫生一定要护理好。航天员虽然不能享受和地球上一样的淋浴和泡澡,但每个人都能够在一个“包裹式淋浴间”里,手持喷枪把自己擦拭干净。
5、120种美食可供选择
提起宇航员食品,是不是你脑海里会自动浮现出压缩饼干、牙膏管一样的容器挤出来的食品?这在“神十二”航天员的菜单上已经过时啦!据中国载人航天工程办公室主任助理季启明介绍:“空间站配置了120余种营养均衡、品种丰富、口感良好、长保质期的航天食品。就餐区域配置了食品加热、冷藏及饮水设备,还有折叠桌,方便航天员就餐。”
其一是踩“自行车练功器”。自行车的车架是固定不动的,只有车轮可以转动。为了不使身体飘浮,需用安全带固定起来,然后双脚克服弹性带的弹力蹬动车轮,数字记功仪表通过传感器所做的功记录并显示出来。美国“天空实验室”和前苏联“礼炮”号航天站上的宇航员每次踩自行车练功器做的功不得少于4万到45万千克力米(392~441千牛米)。
其二是在“微型跑道”上跑步。所谓“微型跑道”,只不过是一个皮带式的滚道。名为跑步,其实身体的直线位;置是不变的,人站在滚道上,为了跟进滚动的滚道,需要克服50千克力(490牛)左右的皮带的拉力。这是模拟人在地面上的体重。人在地面上跑步,正是骨骼÷肌肉系统克服地心对人体的引力而达到锻炼的目的。在“微型跑道”上跑步,皮带拉力造成的负荷,可以使骨骼一肌肉系统得到锻炼。美苏都规定,每次在“微型跑道”上跑步的距离应达到3000~4000米。前苏联宇航员罗曼年科在11个月的太空飞行中共跑了1000多千米。
其三是拉“弹簧拉力器”。大家知道,弹簧的拉力是与重力无关的力。因此,在失重环境中拉“弹簧拉力器”,仍然需要用力气。太空中用的弹簧拉力器与地面上用的相同,一般有五根弹簧,每拉长03米要用11千克力(1078牛)的力。
此外,体操也是太空体育锻炼的一个主要项目。在载人航天初期,飞行时间短,座舱中没有配备体育锻炼器材,体操几乎是唯一的体育锻炼活动。前苏联早期的“联盟”号飞船宇航员,每昼夜作两次体操,每次30分钟。”随着航天时间的延长,每次体操的时间也延长到印分钟。
还有一种“准”体育器材,就是“负压裤子”。这种裤子可以密封,穿上后将里面的空气抽掉,造成下身负压,使在失重环境中往上涌的血液流向下肢,以避免下身病变。
纵观上述太空体育活动,与襁褓中的婴儿一样,只是原地伸伸胳膊动动腿而已。而负压裤子恰似真正的襁褓,连手脚都不用动了。但是,太空中的体育锻炼要求是很严格的,因而也是十分艰苦的。美国“天空实验室”上的宇航员,每昼夜需进行三次体育锻炼,每次的时间分别为30、60、90分钟。前苏联“礼饱”号航天站上的宇航员,每昼夜也是三次体育锻炼,其中两次各75分钟,一次30分钟。地面指挥中心通过遥测系统对宇航员的体育锻炼情况进行监督和监测。
地面指挥中心不仅对宇航员的体育活动进行监督,而且对宇航员的整个身体健康状况进行监督和监测。如地面指挥中心通过遥测系统可以监测座舱环境参数和宇航员的生理生化指标,通过电话询问和电视观察了解宇航员的自我感觉和神态表现。
飞船座舱里还设有测量心电图、血压、心音、心震、脉膊、体温、皮肤电阻、呼吸和分析语言的传感器,有睡眠分析器,地面指挥中心可随时得到有关数据。另外,自行车功量计上的数据可以反映宇航员的新陈代谢机能,下身负压装置上的数据可以评估心血管的调节功能。地面医生分析所有数据后对宇航员的功能状况作出“正常”、“过度”、危险”的判断,从而调整宇航员的作息时间和作出驻留久暂的决策。
1969年,美国“阿波罗”飞船在登月飞行过程中,地面指挥中心的医务监护人员,通过各种先进的遥测手段收集宇航员的生理生化指标和询问、观察,发现宇航员有鼻炎、胃炎、肠炎、流感、呼吸刺激、胃部不适和恶心呕吐等多种病症,及时通知宇航员采取既定的医疗措施,成功地进行了治疗,保护了宇航员的工作能力和身体健康,保证了登月任务的胜利完成。
1987年2月8日,前苏联宇航员拉韦金和罗曼年科乘“联盟皿-2”号飞船进入“和平”号航天站,按计划两人同时在太空飞行一年时间,但拉韦金不幸中途生病,地面指挥中心决定让他在7月30日提前返回。另一名宇航员罗曼年科,由于感觉疲劳,地面指挥中心不断地减少他的工作时间,由开始的每天85小时,逐渐减少为65、55、45小时,直至最后停止一切工作,使他创造了在太空飞行326天的纪录。
齐奥尔科夫斯基说,地球是人类的摇篮,那么,刚刚离开地球而步人太空的宇航员,就是刚刚走出摇篮的幼童了。上述情况正好说明了这一点,进入太空的宇航员,处处需要地球上“母亲”的照料。
航天员的生活简要介绍:
空间站配有完备的厨房。储藏柜和冰箱里储备着特制的太空食品,烤箱加热即食。此外,还有鱼香肉丝、宫保鸡丁等“太空外卖”。
随着科技的发展,航天员在太空中的食物越来越丰富,用餐环境越来越好。但他们在享用食物时,还是需要把自己固定在椅子上,防止吃饭时身体乱飞。
1上厕所:
在太空中上厕所是一项高难度动作。因为没有重力,如果排泄物不小心飘出来,将是一场“灾难”。为了在空间站里顺利上厕所航天员还需要专门训练如何使用太空马桶。
航天员的小便大有用处。再生式生命保障系统可以把航天员的汗液、尿液等收集起来循环利用,实现氧气、水和食物的循环再生。
长期生活在微重力环境下,航天员的骨质和肌肉会逐渐丢失、萎缩。因此需要经常锻炼来保持身体健康。在失重的环境下,常规的举铁达不到锻炼效果,航天员需要借助拉力器、动感单车等器械来锻炼身体。
2锻炼:
长期生活在微重力环境下,航天员的骨质和肌肉会逐渐丢失、萎缩。因此需要经常锻炼来保持身体健康。在失重的环境下,常规的举铁达不到锻炼效果,航天员需要借助拉力器、动感单车等器械来锻炼身体。
3洗澡:
空间站里是干净无尘的环境,只有自身代谢的皮肤角质需要清洁。航天员在特制的洗浴袋里用免洗的浴液搓洗全身,再用特制的毛巾擦干,把水分吸走回收再利用。
航天员的“卧室”是单人单间,能够享受独立的睡眠区,确保睡觉不受干扰。入睡前要带好眼罩、耳塞,阻挡光线和噪音。睡觉时,要把自己塞进睡袋,牢牢捆好固定住,防止睡着时飞走。独立的睡眠区能够让航天员更放松,享受相对高质量的睡眠。
据悉,空间站核心舱上已经植入了WiFi,这可以大大提高航天员工作生活便利性和舒适度。空间站系统副总设计师朱光辰介绍,核心舱采用的情景照明技术和WiFi通信技术。
可以让航天员轻松便捷地使用“手机APP”来控制照明设备开关、查询站上物资存储情况。通过天地通信链路和视频通话设备,空间站还可以实现与地面的双向视频通话和收发电子邮件。
宇航员的不同
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,这些不利因素会对人体产生严重伤害。在这种环境中,航天员是无法生存和工作的。面对严峻的宇宙空间环境,怎样才能保证航天员的生命安全呢?我们的科技人员为其研制了一个基本与外界隔绝的密闭环境即密闭座舱,用来保护航天员。
人们长期的生活习惯是“日出而作,日落而息”,睡眠一般都安排在夜晚。飞船在航天飞行中的昼夜周期和我们在地球上的昼夜周期是不同的。地球上的一天是一次日落日出,并定为24小时。空间飞行时的一次日落日出,周期长短不一,因为它和飞船绕地球飞行的轨道高低相关。轨道高,昼夜周期就长;轨道低,昼夜周期就短。飞船航天飞行期间的昼夜周期,白天和黑夜时间长短是不一致的,白天时间长,黑夜时间短,90分钟一个昼夜周期,最长的黑夜仅仅是37分钟。飞船由地球阳面进入阴面时,就如同由白天进入黄昏黑夜一样。航天飞机速度很快,太阳出来时好像“迅雷”似的一跃而出,太阳落山时也如“旋风”一样迅速地隐去。
一个航天员曾经这样描述宇宙间的一天:早晨,计算机控制的钟唤醒我们起床。醒来拉开窗帘看宇宙空间,阳光灿烂,天色真美。可是不大一会儿,太阳没有了,天暗下来了,黑夜来临了,我们想又该睡觉了吧。真是有趣极了,一会儿是早晨,一会儿是黑夜……
站着睡躺着睡都一样
在宇宙空间最特殊的就是睡觉姿势,失重时,身体完全放松会自然形成一种弓状姿势。航天专家认为,在太空中睡眠,身体稍微弯曲成弓状,比完全伸直平躺着要舒服得多。
航天员在太空飞行中,睡袋一般固定在飞船内的舱壁上,如果不这样,飞船内的姿态在发动机开动时,就可能跟舱壁碰撞。所以,航天员一般还是喜欢将睡袋紧贴着舱壁睡觉,这样就像睡在床上一样舒服。在失重时,反正分不清上和下,站着躺着睡都一样,所以,航天员既可以靠着天花板睡,又可以笔直地站着靠墙壁睡,想怎么睡都是可以的。
由于人在失重时飘浮,航天员行动起来会感到困难和不方便,动作都不像在地面上那样协调。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从事。
航天员在宇宙飞行中可以遥望地球景色,这也是他们太空生活的一大乐趣。自古以来,飞向太空就是人类最美好的遐想。航天员在飞船上看到的地球漂亮极了,它是一个绿色的球体。白天你仔细看去时,地球大部分是浅蓝色,密密的森林带看起来更是蓝色的,惟一真正的绿色地带是中国的西藏高原地区。一些高山湖泊看起来是明亮的并且呈鲜绿色,好像硫酸铜矿地区颜色。温度很低又没有云彩的地区,如我国喜马拉雅山那样的高山区域,就能很清楚地看到那儿的地貌。航天员能看到的最令人目眩神迷的奇景,要算是伊朗的卡维尔盐渍大沙漠,这片大沙漠看上去像木星,中间有一个红色、褐色和白色的大旋涡,这是因为盐湖经过一代又一代的蒸发之后而留下的光辉耀眼的痕迹,它像绿宝石一般闪闪发光。
离不开体育锻炼
航天员生活在太空当中,同样离不开体育锻炼。它除了增强体质外,还有其特殊意义:增强对失重及其他航天环境的适应能力,减少航天飞行中不良环境对航天员的有害影响。在长期航天的空间站内,都设有专为航天员体育锻炼的“小型体育场”,设置一些特殊的航天体育器具供航天员使用。这些器具有自行车功量计、微型跑道、弹簧拉力器及负压筒等。
在宇宙中航行的航天员和地球上的人一样,都需要有个人清洁卫生的处理,如刷牙、洗脸、洗澡、大小便等等。失重条件下处理清洁卫生及废物非常复杂,需要有特殊的设施和技巧。
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。飞船中的航天员不能采取地面上的刷牙工具和方法。那样做,说不定在哪一环节把水泄漏出去,水就会飘浮起来,所以,航天员只能采用比较简单的方式来刷牙。美国采用的是一种特制的橡皮糖,让航天员充分咀嚼以代替刷牙,达到清洁牙齿的目的。航天员洗脸,其实是取一块浸泡有清洁护理液的湿毛巾擦洗面部。随后,把毛巾铺在按摩刷上用来梳理头发。
航天员若在空间站上长期生活,还需要洗澡。长期的载人空间站上,就配备有航天工程技术人员设计制作的航天浴室设施。这种浴室,只不过是一个强力尼龙布浴罩,浴罩上下有固定的框架,上连天棚下连地板,成为通天式密闭浴罩,平常折叠着固定在生活舱的顶棚上。顶棚上还设有圆形水箱、喷头、电加热器,洗澡用的水箱,有管道跟大水箱相通。
洗澡前,先把废水回收净化装置中的净化吸附剂配好,准备用来回收和净化洗浴时的污水,然后清理给水管道、抽水装置和过滤净化装置(除去杂质和不良气味),并将卷在顶棚上的尼龙罩放下,直到底框并固定好,形成一个连接天棚地板的圆桶,就好像一个完全透明的大玻璃缸。启动电加热器,把水箱中的水加热到合适温度,这时人可脱去衣服进入浴室。圆筒底下有一双固定的拖鞋,人穿上它后就不会飘浮起来。在打开水龙头之前,应先将呼吸器戴好,呼吸器同一条通到外面的软管相连接,航天员可呼吸舱内空气,避免洗浴时的空气、水汽混合物吸入呼吸道发生危险。航天员洗澡时,还要将耳朵塞起,带上护目镜,就像潜水员一样。一切准备好之后,就可打开水龙头,一阵阵细细的水流喷在身上,形成一层夹着无数气泡的水膜,必须用毛巾或吸水刷将水吸走。失重时水不会自动流出,水箱中有气加压,水就会源源不断地流出来。
飞船上航天员大小便的处理也有其相当的科学性。尿盆是特制的,抽水马桶同一个塑料套相连接,大便后快速关闭橡皮阀,大便通过气流落入透气的大便收集袋里,然后用密封袋密封投入便筒,便筒装满后会自动弹出舱外。
这就是航天员特殊的生活起居,是不是真的很奇妙?
航天员在太空中可能会遇到的危险有:
1、密封舱或(太空行走时)宇航服被太空垃圾击破,导致氧气泄露。
2、太空舱出现故障,导致航天员无法维持生命且等不到救援。
3、发射返回过程中,运载火箭或飞船故障,导致发射或返回失败(飞船解体、爆炸、降落伞没有打开、没有发射到预定轨道出现重大偏离无法返回。)
4、不排除被宇宙高等级生命体攻击。
5、可能会遇到宇宙辐射。这方面最大的威胁来自太阳的耀斑爆发。这是太阳大气局部的剧烈爆发现象,会瞬间释放电磁辐射,能在几分钟到十几分钟内释放1020~1025焦耳的巨大能量,相当于上百亿颗巨型氢弹同时爆炸。
保障健康:
失重是航天员遭遇到的最大考验。中国航天员科研训练中心航天环境医学研究室主任何新星说,在空间轨道的失重环境,血液往头部、上肢转移,人体体液的调节会发生变化。紧接着是心血管可能会出问题。在太空,航天员行走不是靠双脚,而是用胳膊用力飘浮过去。这会导致肌肉的萎缩,也会造成骨质疏松。
在飞行过程中,地面支持团队将综合利用医学询问、基本生理指标检查、尿常规检测等手段,定期实施健康状态评估;注重加强舱内微生物控制,并配置了预防治疗药品和有关医疗器械。此外,本次任务首次建立起天地远程医疗支持系统,通过天地协同会诊,解决航天员在轨“看病”问题。
同时,专门为航天员打造了一个“太空健身房”,配备了防护装备和锻炼设备,尽可能降低失重带来的不利影响。比如使用套带,防护飞行初期出现的头胀、鼻塞等不适反应;通过使用拉力器和自行车功量计锻炼、穿着企鹅服工作,对心肺功能下降、肌肉萎缩和骨质丢失等情况进行综合防护。
所谓“企鹅服”其实也是一种锻炼工具。在太空失重状态下,人的肌肉会失去重力的刺激,发生萎缩。穿上“企鹅服”,可以给人一个对抗的力,维持对肌肉力量的持续刺激,防止失重引起肌肉松弛和骨质丢失。拉力器增加了下肢和腰背肌群的锻炼。航天员系统专家说,一般来说,航天员在太空每天会花一个小时进行锻炼。
地面支持团队也会在飞行中观察和评估两名航天员的心理状态,并提供心理支持。尤其是中后期,对航天员的情绪、疲劳程度、人机互动、天地互动和两人彼此的互动,都会重点观察和记录。
黄伟芬说,这次飞行任务中,地面团队为航天员提供了一个基于虚拟现实技术的心理舒缓系统,通过这个系统,航天员可以看到家人、家里场景、熟悉的环境等。改进了天地信息交流系统,航天员可以随时和地面沟通信息、传递邮件,与亲朋好友进行音视频交流。
航天员自己也随带了感兴趣的歌曲、视频等,包括家人的照片。一天忙碌之后,在晚上自主支配的大约1小时休闲时间里,可以拿出来听或者看看。这也是一种心理上的放松。
A、当没有重力时,人可以用很小的力举哑铃,起不到锻炼的作用;
B、没有重力时,身体不受重力的作用,跳绳起不到锻炼作用;
C、没有重力时,不影响用力拉弹簧,所以可以用拉力器进行锻炼;
D、没有重力时,身体不受重力作用,用很小的力就可做引体向上,得不到锻炼的作用;
故选C.
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