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宇航员到底是怎么在太空中上厕所的?| 展卷

2021-10-12 08:13分类:医美预约 阅读:

“吾认为,这个国家答该致力于在这个十年终结之前实现人类登月并坦然返回地球的现在的。在这期间,异国任何一个空间项现在会比这个现在的给人类留下更深切的印象,或对太空的永久追求有更主要的意义,也异国任何一项义务会如此艰巨和腾贵。”这是美国第 35 任总统约翰·F. 肯尼迪(John F. Kennedy)于 1961 年 5 月 25 日在国会发外国情咨文时所说的话。云云的宣言既大胆又激动人心,自然在有些人眼里,也显得很愚昧。当时,立博博彩公司以 1000:1 的赔率赌肯尼迪的宣言不会成真。

1969 年,美国宇航员成功在月球外观走走并坦然返回了地球。人类迈开了大步。

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本文经授权节选自《BBC宇宙入门:怎样看待这个世界》(江苏凤凰科学技术出版社)。点击文末“浏览原文”可购买此书。点击“在看”并发外您的感想至留言区,截至2021年10月17日正午12点,吾们会选出2条留言,共赠书2本。 

撰文 | Adam Hart-Davis, Paul Bader

翻译 | 邵鑫

太空科学

宇航员在太空站做什么?他们把一片面时间花在生活上——睡觉、做饭、吃饭、锻炼——剩下的大片面时间都在做事:维护、修缮仪器,做生理健康检测,进走科学实验等。

其中一些科学实验是为了验证某一理论。比如,阿波罗15号义务终结时,戴维·斯科特(David Scott)站在月球上同时扔下了一把锤子和一根羽毛。在地球上,由于空气的阻力,羽毛会徐徐落下。但在异国大气的月球上,它们一首坠落,同时撞上了月球外观。这外明,只要物体坠落时不受空气阻力的影响,重量就不会影响物体的坠落速度。伽利略在1590年就外达过这一不悦目点,亚当也曾从比萨斜塔上扔下差别大小的西红柿来验证这栽不悦目点。美国航天局开展过遮盖面专门广的生命科学钻研项现在,该项现在中宇航员会钻研各栽内容,既包括失重对本身身体的影响,也包括动植物在太空中的滋长情况。对于植物和小型动物,科学家们期待起码始末不悦目察完善的两代,来追踪它们的滋长发育情况,不悦目察微重力或零重力环境对它们的滋长会造成怎样的影响。实验外明,这对无脊椎动物犹如并异国影响,于是接下来的实验对象就是小型哺乳动物和鱼类了。

有待回答的题目还有很多:失重对内耳传感器和大脑会有什么影响?小动物肌肉缩短及骨质流失的程度和人类相通吗?零重力状态下植物能平常滋长吗?植物的哪些片面对重力敏感?能种植有余的食用植物行为宇航员的食物来源吗?阿波罗-联盟测试计划、天空实验室和之后的空间站都让规划者不得不面对在短期和永久太空飞走中会遇到的题目和挑衅。最先是发射起飞过程中由于加速造成的超重状态,益在原形表明倘若宇航员的身体能够得到固定并有良益的撑持,超重就不是一个大题目。

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宇航员戴维·斯科特在月球上为数百万的电视不悦目多演示锤子和羽毛实验。

原料档案丨太空实验

国际空间站上的这位科学家正在监测零重力环境下植物的滋长情况。太空中也开展了一些蛋白质晶体的滋长实验。科学家们期待在不受重力影响的环境下,能够更益地理解蛋白质的结构。当细胞处于失重状态时,构造培育过程也能够会展现转折。从太空不悦目测地球则有看在全球变暖、荒漠化等方面挑供有效新闻。

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失  重

失重,也能够称为零重力。在地球轨道上,宇航员并不是真实的失重,重力也不为零。实际上,航天器一向在向地球坠落,它的内部也不破例。由于着落加速度是相通的,宇航员和航天器的“地板”之间不会产生任何相互作用。这就相通你在蹦床上弹跳时,跳离蹦床的所未必间里处于解放落体或失重状态。想象一下,当你在跳离蹦床的期间想把水从一个容器(最益是塑料的)倒进另一个容器时,你会发现这相等难得。这就是清淡所说的失重或零重力,也就是宇航员体验到的感觉。

在零重力环境中,物体倘若不被固定住就会飘浮首来。你不克平常地在“地板”上走走,而必须要用上尼龙搭扣或磁性靴子之类的东西。你也不克把东西放在桌子上或者架子上,而必须将它们固定住。失重往往导致宇航病,这栽病和晕船相通,都是由于大脑授与到的相关上下方位的信号产生了冲突。当耳朵中的半规管在重力作用下做事时(相等缓慢),你的眼睛能够通知你程度方位在那里,从而区分哪个倾向是向上,哪个是向下。零重力状态下,耳朵十足异国体面过来,就连眼睛也往往分不净程度方位在那里,由此带来的生理响答便是凶心。很多宇航员都经历过主要的宇航病,不过幸运的是相关症状犹如两三天就以前了。此外,长时间匮乏锻炼会造成肌肉缩短,于是空间站配备了健身脚踏车、波动健身器等器材。不过这些器材都是经过改造的,能够把宇航员固定在上面。

处于零重力状态下一段时间后,人体内的血液量也会缩短。在太空中,宇航员不会有太多不适的感觉。但是当宇航员返回地球后,加上肌肉缩短和重力恢复,人会感到专门不适。在飞去火星的远程旅走中,这能够会造成一些麻烦,由于宇航员在抵达火星的时候必要保持高度警觉和健康的体魄。另外,在太空中,由于四肢撑持身体重量的做事量大幅缩短,身体会认为骨骼不必要那么雄壮,因此骨骼中的钙也会大量流失,流失速率能够高达每月1%。倘若长时间在太空中止的话,就会带来专门主要的题目。

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国际空间站的宇航员们在共同体验零重力的过程中拉近了彼此的距离。失重一路先是很益玩,但其实也会有诸多未便。

原料档案丨人工重力

科学家们想出了各栽手段来产生人工重力。在电影中,吾们看到航天器的环形片面始末旋转就能在外部产生人工重力(左图),但在实际中是不容易做到的。一栽能够的解决手段是将航天器分成两片面,一片面安放发动机,另一片面行为生活区。两片面由电缆相连,让它们围绕共同的重心旋转。

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医疗危险事故

当宇航员实走义务的时间越来越长,生病、受伤或只是牙痛的能够性都会越来越大。因此,大无数义务都会有别名能够处理此类危险情况的大夫随走,并且一切宇航员都必须批准急救以及各栽技能的培训,以便随时接手任何失踪平常走动能力的友人的做事。不过还有另外一个棘手的题目, 男士眼部整形倘若有人物化在太空中该怎么办?接下来几个星期也不克一向把尸体留在行家身边,那他们会把友人直接“埋葬”在太空中吗?

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空间站中的宇航员必须坚持每天锻炼几小时,以避免肌肉缩短和骨质流失。太空辐射

离地球越远,辐射带来的危险就越大。在地球外观,大气中的臭氧能够拦截大片面来自太阳的紫外线,地球磁场也能拦截大片面有害的宇宙射线。但到了环绕地球的轨道上,尽管紫外线照样无法穿透太空船,但是其他辐射带来的风险却增大了。倘若宇航员登上火星,紫外线辐射能够是一个更主要的题目,由于火星异国臭氧层,其外观从早到晚都十足袒露在紫外线的辐射下。宇航服必须能拦截紫外线,否则宇航员会被主要烧伤。

宇宙射线的危害比紫外线更大,最益用含有大量氢原子的原料来阻隔。微妙的是,最浅易的聚相符物之一——聚乙烯,在这方面的外现相等不凡。航天器周围30厘米厚的聚乙烯墙能接收30%的辐射。但照样有很多射线会进入到舱体中,为了最大限度地缩短其危害,其中一栽手段是让宇航员补充大量的维生素C和其他富含抗氧化剂的食物,这些食物能够消弭身体内因辐射产生的有害离子和解放基。

太空食物

食品和饮料必要稀奇处理。零重力状态下,食物不会稳妥地呆在盘子里,饮料也不克放在杯子里来喝。较早的时期,一切东西都是用铝管装的。1961年,苏联宇航员戈尔曼·季托夫(GhermanTitov)的餐点是一管蔬菜泥、一管肝酱和一管黑加仑汁。现在的食物,不管是俄式的罐装食品,照样美式的脱水食品,都要美味多了,而且品栽也很雄厚。宇航员们进餐时会操纵磁化的刀、叉和勺子,云云就能够将它们吸附在桌子上,或者放在固定于膝盖的托盘上。

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以前没人会把汉堡包和失重相关在一首。图中,一顿晚餐从国际空间站上一位宇航员的手中飘了出去。

食物本身是装在罐头或小包装里的,兑上水后会产生必定的黏性,能够黏附在勺子或叉子上。饮料装在塑料挤瓶里,能够直接对嘴喝。宇航员们必须要专门仔细,不克撒出任何东西,不然飘浮在太空舱内的碎屑和液滴会造成很多麻烦:它们会阻滞仪器和空气过滤器,也能够会进入宇航员的眼睛。出于某些因为,宇航员在太空中清淡吃得很少,回到地球后体重会减轻5%旁边。在某些情况下,这会对宇航员的身体健康产生不良的影响,于是那些看上去清晰消瘦的宇航员会被鼓励多多进食。你本身也能够买点太空食物尝尝。有几家公司推出了宇航员吃的同款食品,并宣传说这是野营旅走的理想选择。

零重力厕所

从艾伦·谢泼德第一次进入太空最先,如厕就一向是个题目。早期的宇航员们是穿纸尿裤的(美国航天局含蓄地称之为“亲昵接触装配”),但倘若飞走时间超过几个小时,这些纸尿裤就不足用了。天空实验室安置了一套新的废物管理编制——废物搜集器(WCS),它用一块很质朴的帘幕为操纵者做遮盖。

WCS由一个高约80厘米、宽约30厘米的圆筒构成,长得有点像老式的旋转烘干机。圆筒的前部像真空吸尘器那样会伸出一根柔管行为男女通用的尿液搜集装配,柔管着末装有一个三角形的橡胶搜集口。但男女的排尿手段有别,于是这个搜集口谁用着都担心详。另外,由于WCS的真空吸尿性能做得不是很益,搜集口在上一小我用完后总是有点湿湿的。

想上大号的时候就把裤子脱下来坐在圆筒的顶部,脚踩在筒外侧的脚镫上,然后在大腿上套一双弹力收敛带。要记住,你现在是失重的,你答该不会想在方便过程中飘首来吧。完善这些步骤后你就能够滑开圆筒的盖子如厕了。下一个题目,零重力。在地球上,粪便会向着落;在零重力的环境下,渗透物因其黏性而难以顺当脱落。这个座位装有11个管道,能够从各个倾向向上吹气,从而让渗透物能和你的屁屁“说重逢”并落入圆筒中。不过,从管道吹出来的空气酷寒刺骨。粪便一旦进入圆筒就被旋转到外观冻干,免得碍事。操纵WCS绝对不是什么喜悦的体验,至稀奇别名宇航员在实走整个义务中什么都不吃,就是为了尽能够避免操纵它。倒霉的是,即使不进食,身体也会产生渗透物,效果是尽管挨了饿,这套装配照样还得用。

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这款零重力厕所样机和WCS相通。操纵气流将渗透物吸入一次性容器中干燥。倒霉的是,WCS里的粪便由于过于干燥,首先会呈片状脱落,在太空舱里四处飘扬。而宇航员们又喜欢用花生互弹对方,于是他们只能凭味道分辨出到底是花生照样粪便碎片。心境挑衅

此外,还有一系列与太空飞走相关的精神压力。最先是长时间待在“金属盒子”里能够产生的幽闭恐惧症。阿波罗号的宇航员3人一组,相互之间挨得专门近,基本上不克转折位置或膨胀四肢。尽管国际空间站有更大的空间,但也不克溜出去独处哪怕一分钟。你永世是和别人待在一路的,逃都逃不开。你只能祈祷友人异国口臭或脚臭,倘若有,也只能为了义务孜孜不倦地一向忍着。你的友人也许嗓门很大,或乐声很逆耳反耳,或喋喋一直,或喜欢打嗝,或不喜欢听别人言语,或者有其他一些让人难以忍受的小民风。

远隔家人和至交能够会让人感到孤独,也能够会感到枯燥和懊丧,尽管在实践中,宇航员抑塞的情况犹如不像潜水艇艇员那么主要。这也许表明地面控制中央给予了宇航员们有余多的声援,以防他们患上抑塞症。枯燥时能够用电影和游玩来打发时间。实走在轨义务时也能够给家人打电话,但对于更远距离的义务,打电话就没那么容易了。哪怕只是在月球上,交流也会有3秒钟的延时,这使得谈话变得极其难得——等你听到一个题目的答案时,已经又想到两个新的题目了;而在火星上,这栽延时大约是45分钟,当时就只能用电子邮件交流了。有些题目能够不容易事先预料到。一栽是异味。一些维可牢尼龙搭扣(Velcro)曾被送到国际空间站用来固定物品。但在封闭的空间里,它稀奇的气味会在人的喉咙留下一栽难闻的味道;于是下一趟航天飞机来的时候就把它带回去了,但这个过程也消耗了益几周的时间,而空间站又异国窗户能够让宇航摇下来透透稀奇空气。

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这是一个让人备受煎熬的环境——矮重力,走为受到控制,还得学会与人赓续相处几个星期到几个月。——尼克·卡纳斯(NickKanas)空间心境学家

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人物档案丨尼克·卡纳斯

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以前15年间,加州大学旧金山分校的心境学教授尼克·卡纳斯一向从事宇航员心境健康方面的钻研。他照样空间生物学和医学学科委员会(Committee On Space Biology and Medicine Discipline)人类走为方面的顾问。他稀奇钻研了美国航天局与和平号空间站宇航员的群体走为——他们是如何与其他宇航员、地面控制中央以及家人交流互动的。

乔治·奥尔德里奇(George Aldrich)是美国航天局的气味行家,被誉为“侦探猎犬”。以前这些年,他已经对起码700件物品进走了气味测试,而且这个数字还在赓续地增进。和其他处于压力下的人相通,宇航员的懊丧往往也会传递给别人。就相通倘若你在单位被老板骂了镇日,回到家后你能够会对你的伴侣大喊大叫,或者给猫来上几脚。当宇航员在太空船上情感抑塞时,他们能够会冲着地面控制中央大喊大叫,或发生更为糟糕的事——回家后把情感发泄在家人身上。

俄罗斯人和美国人在太空中的走为十足差别。倘若一个义务有差别文化背景的人参与,除了难以避免的误解,还能够展现预料之外的主要局面。不过,一个多元文化的整体也能够专门高效。空客A380在图卢兹工厂制造时,团队成员来自法国、德国、西班牙、英国等差异国家。团队领导人在通知中挑到,固然批准的工程培训是相通的,但他们会从差别角度解决题目,这栽手段往往专门有奏效。

宇航员当中不该该展现小批派,不然有人能够会被孤立、对立或是戏弄。在和平号空间站上,当1名美国人加入到2名俄罗斯人中时就发生了云云的事。于是不该该让1名美国人和6名俄罗斯人,或者1名女性和8名男性共同实走义务。理想情况下,男女比例、差别栽族人数比例都答该大体相等,总人数最益控制在7人。当人数是奇数时,有利于始末无数票做出外决。

舱外运动

宇航员未必会脱离飞船去太空走走,也就是舱外运动(EVA)。很多人都把这描述为太空旅走中最棒的片面。舱外运动时,宇航员必须穿着增压宇航服,携带自力的生命维持编制,呼吸纯氧,宇航服体积重大,而且相等笨重。让人最难以忍受的是,手套又重又硬,只要戴几个小时,手就会又累又酸痛,就相通赓续几个小时一再挤捏一个橡皮球。然而,你会享福到一栽非同清淡的解放,有点像你在游泳池里,却不必要划水。此外,这边还能看到令人叹为不悦目止的景色——你能够一会儿看到半个欧洲,白天和夜间各只有45分钟。不过宇航员出舱可不光是为了赏识风景,他们有各栽做事要做,尤其是航天器、人工卫星或哈勃空间看远镜(见第64~65页)等仪器的修缮义务。

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异国床,人们往往难以安睡。宇航员们睡在系绳睡袋或吊床袋里,吊床袋清淡垂直地(相对于“地板”而言)绑在墙上,由于云云占用的空间更少,而且身体也感觉不出倾向。有些太空船上有铺位,宇航员能够在“上铺”或“下铺”睡觉,床板在零重力下不会感觉到那么硬。平均说来,宇航员在太空中的就寝时间比在地球上少1个小时。

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一片面宇航员在刚回到地球后稀奇难以体面。

——尼克·卡纳斯空间心境学家

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人类异日的太空追求

人类追求宇宙的第一步自然是月球,下一步则隐微是火星。相比金星,火星离地球的距离更远,但外观地质环境要益很多。人们一向想去火星,想更多地晓畅这颗红色星球,但这有能够吗?

第一,到达火星大约必要8个月,自然回来也得这么久,加上宇航员必要在那里待上几个月,于是统统差不多要消耗两到三年。倘若一次去了7名宇航员,那在这段时间内所需的食物、水、氧气和其他生命维持物资的数目是专门重大的,甚至土星5号也只能将其中的一小片面送入太空。航天器和生命维持物资必须像国际空间站那样在太空中拼装。

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2007年1月,美国宇航员苏尼塔·L.威廉姆斯(SunitaL.Williams)在国际空间站参与了一次舱外运动义务。在7小时的义务中,威廉姆斯为其中一个模块重新配置了冷却回路,重新安放了电气连接,并在撤回后固定了P6桁架的右舷散炎器。

第二,异国人在太空待过这么长时间。美国宇航员沙伦·卢西德(Sharon Lucid)在俄罗斯的和平号空间站统统待了188天,也就是6个月。她曾给家里发邮件说,每个星期天她都穿着粉红色的袜子,还和两名俄罗斯宇航员分享一碗果冻。令行家们惊讶的是,当她终于终结义务回来的时候,她竟然能本身从航天飞机上走下来。俄罗斯宇航员瓦莱里·波利亚科夫(Valeriy Polyakov)博士从1994年1月至1995年3月在和平号空间站中止了438天,创造了在太空中赓续中止时间最长的纪录。在太空中,他每天锻炼1.5~3小时,着陆后还能够走到附近的椅子旁。第二天,他还去慢跑了。从这些经历来看,宇航员经过8个月的太空旅走抵达火星时照样能走走的,但等他们回到地球时会是什么状态呢?

第三,人类的寿命很短。为期3年的火星探险,固然对于人类旅走来说已经很漫长了,但这也不过是旅走者号星际追求义务(Voyager Interstellar Mission)时长的十四分之一。旅走者号在发射42年后仍在运走中。

第四,成本过高。行为曙光女神计划(AuroraProgramme)的一片面,欧洲空间局(ESA)计划实走一系列火星探测义务,最后现在的是于2030年完善载人探测义务。美国航天局也黑示将实走载人火星义务,但现在还异国任何正式的新闻。英国体育科学家亚当·霍基(AdamHawkey)认为,倘若宇航员真的到达火星,他们将在火星上跑步而不是走走。火星的引力只有地球引力的三分之一,相等于脚下踩着弹簧,这时候跑步比步走更有效果。

1998年,美国航空航天工程师罗伯特·祖布林(RobertZubrin)参与竖立了火星学会(TheMarsSociety)——一个致力于张扬人类追求并殖民火星理念的构造。他们构想中的第一步叫作“直达火星”计划:先差遣打发一辆无人“火地去返车”登陆火星。它将把一座小型核响答堆、一个小型化工厂和一座氢气供答站运以前,始末这些设备把氢气和火星大气中的二氧化碳进走结相符制造甲烷和氧气。这将为宇航员挑供必要的燃料,而宇航员会与火星居住单元(MHU)一首进走随后的航走。

火星学会还运走着火星模拟钻研站(MARS),始末模拟火星的环境条件试验火星居住单元的操纵状况。其中一个钻研站位于犹他州的沙漠中,是一个圆形的两层楼修建,二楼是6小我的休休和生活区,下面是一个盛开式的做事区。钻研站里还有一个“压差阻隔室”,参与者在进入沙漠进走“舱外运动”之前要花5分钟的时间在内里“减压”。在沙漠里,他们穿着全套的宇航服,配有手套、头盔和背包,模拟宇航员的做事——搜集岩石样本,追求水的迹象等。他们还期待晓畅团队的动态:团队的最佳人数是多少?在联相符栋楼里待上两三个星期后,行家相处得怎么样?

人类进入太空有意义吗?一方面,人类比机器人更善于行使本身的聪颖去做决定,发现湮没的题目,纠正舛讹。另一方面,人类的生命维持成本又很振奋:食物、水、空气、就寝——这些机器人都不必要。登过月球的巴兹·奥尔德林确信人类答该“大胆地去做……”,当被问及因为时,他说他坚信造物主会期待吾们云云做。

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作者简介

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【英】亚当·哈特-戴维斯(Adam Hart-Davis)

英国科学家、作家、摄影师,BBC电视节现在著名主办人。他先后于牛津大学、约克大学获得硕士和博士学位,曾在牛津大学出版社担任科学图书编辑。【英】保罗·巴德(Paul Bader)BBC纪录片《宇宙入门:怎样看待这个世界》的实走制片人。 ,

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