载人航天60问(8)
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35.航天员穿的航天服什么样?
航天员穿的航天服分为舱内航天服和舱外航天服两种。它是载人航天中航天员必备的个人安全防护装备。
一、舱内航天服
舱内航天服是同座舱生命保障系统构成密闭循环系统或半开放系统用于舱内应急救生的航天服。其基本功能是：防护真空或低压及无氧或低氧对人体的危害；防护高温、低温对人体的侵袭。具体特点如下：①当座舱意外失压时，航天服内自动维持一定压力。②供给必须的氧气。③排除人体呼出的二氧化碳和其它有害气体。④有较好的通风散热性能。⑤有较好的防寒保暖性能。⑥有较好活动性能。⑦容易穿脱。
舱内航天服由服装方体、头盔、手套、靴子4个部分组成。各部分组成情况如下：
1.服装主体。①外套层。保护航天服其它层不受磨损和不受环境因素的直接作用。外套层的材料耐撕裂，不易断裂。②限制层。约束航天服加压时的膨胀度，保持服装适体与活动灵活。使用的材料强度高，耐撕裂，各向同性。③气密层。保持服装气密不漏气，维持服装压力。使用的材料漏气量小、柔软、耐磨。④保暖层。隔热保暖，维持航天员处于温度舒适状态。材料重量轻，热阻大、柔软。有的航天服不设此层。⑤通风层。通过通风结构保证航天员着航天服时人体各部位的通风量，排除人体产生的热量、水汽、二氧化碳和其它有害气体，供给必需的氧气。⑥内衣。直接接触皮肤，影响皮肤的温度和舒适状态。其材料质量轻、吸湿、对皮肤无刺激性，能透气排汗。⑦小便收集装置。着航天服时间较长时才没航天员的小便收集装置。
2.头盔。头盔与服装主体配套，保护头部，但不影响视觉和外界的通信联系。头盔有软头盔和硬头盔两种。头盔由以下几部分组成：①盔壳。一般由聚碳酸酯或玻璃钢制成外壳，内壁有硬衬垫和软衬垫。在硬衬垫内有若干沟槽与通风供氧管道相连，可保持头部通风供氧良好。在盔壳下前方一般没有进水活门。②面窗。一般用聚酸酯制作，其透光度、刚度均较好。面窗几何尺寸比较大，视野良好。为了防止面窗结雾，一般采用双层面窗。面窗与盔壳的连接气密性非常高。③颈圈。头盔和服装的连接处使用颈圈结构，既脱戴方便又保证气密。上颈圈属头盔部分，下颈圈属服装主体。上下颈圈互相结合组成一个整体。
3.手套。手套通常由舒适套、气密限制层和附件组成。手套在加压以后也不影响手指活动性，保持良好的触感。有很高的强度和气密性。
4.靴子。靴子的用途是防寒、防湿、防机械损伤。航天靴有三种类型：一种是与服装主体构成整体的靴子，不单独使用；另一种是具有断接器的可穿脱的密封靴子；第三种是穿在限制层外面的套靴。
二、舱外航天服
舱外航天服是航天员出舱活动所必备的个人防护装具，除了具有舱内航天服的全部功能外，还具有防空间辐射、防空间碎片、隔热良好及液冷散热等功能。舱外航天服主要包括以下几个部分。
1.服装主体。它由外套层、气密限制层和液冷通风服组成。①外套层。是由多层耐高温抗磨损材料构成的真空隔热屏蔽层，可以保护服装内层不受磨损，防火、防电离辐射，防空间碎片损伤，防护空间极低极高温度的影响。②气密限制层。由无毒性、重量轻、抗压强度高、伸长率小的织物和橡胶材料制成。其基本功能是：限制服装膨胀度、保持关节活动度、在加压条件下有较好的活动气密性能。③液冷通风服。制做在气密限制层内，其躯干和四肢部位布有许多塑料细管，呈网状排列。液体可在其内循环，带走航天员产生的热量。另外服装内还有通风管道，风从胸部通入，流向头部、躯干和四肢，既散热又有供氧净化的作用。
2.头盔。头盔分为面窗型和全透明型。面窗型头盔由头盔壳、面窗、通风衬垫、耳机与送话器、启闭装置组成。全透明型头盔由聚碳酸酯模压而成，透明、视野广、气密性好。这两种类型的头盔均通过颈圈与服装主体相连。嘶窗还设有防紫外线及遮阳装置等。
3.手套。手套可使手指在加压状态下也有良好的触觉感，能操作自如、有力。
4.靴子。靴子与服装主体可通过断接器连接。
舱外航天服是一个特殊的密闭装备，其正常大气环境的维持，现均靠便携式生命保障系统维持。便携式生命保障系统的主要功能是：①维持压力。现在美国、俄罗斯的舱外航天服基本在27～40KPa范围内，高压舱外航天服可达50KPa。②供氧。保证正常供氧和应急情况下30分钟应急供氧。③吸收人体排出的二氧化碳、水汽、净化代谢产生的有害气体。④维持热平衡。便携式生命保障系统的组成有主氧箱、备用氧包、水箱、水分离器、水升华散热器、污染控制罐、氧压水压调节器、传感器、报警器以及应急供氧的辅助供氧组合件、饮水袋、尿收集袋等。
舱外航天服还配有载人机动装置。这个装置的基本功能是，保证航天员在舱外空间可以自由移动(太空行走)，并能控制移动方向、姿态和速度。其组成包括：推进剂容器、供气装置、喷气推进器、调节器、阀门，手控器、电子控制系统、空间定向系统和电源等。
舱外航天服还配有生理信号监测与通信系统。航天员舱外活动时的生理参数，如心电、呼吸、体温等，都由其不断地监测和记录，以保证航天员安全。同时舱外航天员通过语言通讯系统、声像系统与舱内和地面保持联系，并保证地面对航天员舱外活动的指挥畅通。
36.航天员的尿和粪是如何收集的?
为了研究失重对新陈代谢的影响，对航天员的小便和大便进行检测分析是很重要的。因此，尿样和粪样的收集过程，也就是航天员“二便”的过程。
“天空实验室”使用了自动尿收集装置。此装置由尿收集器和尿分离器组成。每个航天员有各自的尿收集器和尿分离器，一个“收集袋”用于收集一个航天员飞行24小时的尿，以避免不同日的尿混在一起影响分析。当航天员小便时，正气流将尿吹向收集装置中。尿收集装置的作用是接受、分离、收集和储存尿液。在收集过程中，舱内气体及航天员的尿通过入口管被抽到尿分离器中，通过尿分离器的作用，舱内气体进入过滤器和鼓风机，而分离出来的尿进入尿袋并被冷却，温度保持在15℃，24小时后将装尿袋的抽屉打开，取出尿袋。每个收集袋中有一定的氯化锂，以便测量24小时尿的总量。每天从24小时尿中取出120毫升，冷冻和储存，用于返回地球后的实验室分析。最近，在航天飞机上的生命科学实验室中装备了一种尿样监视系统。此系统可提供一种很方便的方法测定真空管中的尿量和收集真空管中的尿样并储存到储藏器中。此装置与航天飞机的废物处理系统相连接。在“天空实验室”大便和尿收集器都安装在一个钢性的垂直安装设备中。此装置包括一个大便收集器和3个尿抽屉。大便收集器上安装了一个大便袋，便座上有气孔。
大便时，气孔中出现正气流，携带大便进入大便袋，用质量测量装置测量袋中粪的重量，贴标签，然后用真空干燥器干燥16～20小时，储存，带回地面研究分析。
37.航天员在太空也进行体育锻炼吗?
针对在太空中由于运动减退引发的不良影响，在太空中进行体育锻炼是很重要的。运动时肌肉做功增加，对肌肉和骨骼都是一种重力刺激，同时因机体耗氧量增加，加强了心血管系统的调节，改变了血液和脏器内的分布及促进中枢神经系统功能的协调，因此它是防止心血管功能失调、骨质脱钙、肌肉萎缩和提高工作能力的好方法。但是，不同类型运动的防护作用是不同的。航天中采用了综合性的锻炼方式。航天中所采用的体育锻炼方法有以下3种。
1.拉力器。主要锻炼手、躯干和腹部的肌肉，在“天空实验室”飞行任务中采用了KM～Ⅰ和KM～Ⅱ两种拉力器做体操运动。拉力器装置简单、重量轻，可以有效地预防一些肌肉群的萎缩和力量减弱，但对整个人体调节功能的作用较小，是早期飞行中常用的一种锻炼方法。航天员一般每天只锻炼10～15分钟。
2.自行车功量计。自行车功量计是一种像自行车那样可以踏动的装置。它除了作为锻炼工具外，也可以记录人在运动时的很多生理指标，因此，也是一种评价航天员飞行中心血管功能的实验设备。该项目锻炼的时间和强度与飞行时间有关，一般每天锻炼1.5～2小时。此种锻炼方法对防止心脏和骨骼肌质量的下降及呼吸功能的降低有一定作用，并可增加循环血量，改善组织器官的血液供应，但它对防止矿物质丧失和立位耐力降低的作用不大。长期飞行，此种方法的锻炼是航天员应用最多的一种。
3.跑台。美国和前苏联／俄罗斯的航天站中都有跑台装置。航天员用一个弹性束带将自己固定在跑台上，许施加一定的压力。此压力在“天空实验室”相当于1.1G，“礼炮”号上是0.6G。由于施加重力于航天员身上，当航天员在跑台上静立、行走、跑跳时锻炼了骨骼肌，并不断压迫骨骼，刺激了骨的重建。跑台运动是一种全身性的运动，运动量较人，对心血管系统、骨骼系统、肌肉系统都是一种很好的刺激，它还可以促进神经――肌肉功能的协调，减轻返回后行走的困难。
4.企鹅服。企鹅服是苏联设计的一种专用服装：在衣服的夹层中排列着多层橡皮条。失重时肌肉松弛，它牵拉前臂到胸部，膝到下腭，使人处于一种“胎儿”状态。飞行时航天员为了完成各种操作活动和运动，要活动手和腿，就必须克服弹力的作用，这样就锻炼了肌肉。苏联航天员对此服装很满意，认为它并不影响人的操作和活动，而且还锻炼了肌肉。因此，航天员除了睡眠外部穿这种服装，有的共至连睡觉时也不愿意脱下来。
长期航天中的体育锻炼是不可缺少的。具体方法和时间安排需要根据飞行的目的、任务、飞行的时间、航天员的身体状况、航天乘务组的构成情况而定。
38.航天员如何睡眠?
在载人航天飞行中，飞船绕地球一圈约90分钟。也就是说在地球上24小时一昼夜期间，飞船上所观察到的昼夜交替与地球上所见类同。即有白天和黑夜，也有黄昏与黎明。当飞船飞行在地球的向阳侧时即是白天，由向阳侧进入进入背阳侧的伴影区时即为黄昏，飞船进入背阳侧的实影里，太阳光全部被地球所遮蔽，便成了黑夜，飞船继续飞行进入背阳侧的伴影区时即迎来黎明。如此循环往复，构成飞船上的快速交替的昼夜节律变化。人类长期生活在地球上已经习惯并适应了地球上24小时为一天的昼夜节律变化，并逐渐形成人体内环境稳定和节律稳定功能。面对航天中90分钟为周期的快速昼夜交替变化却很不适应。人类白天交感神经活动占优势，新陈代谢以分解过程占主导，而夜间则以副交感神经活动占优势，此节律现象被称为“生理钟”。地面研究结果表明：改变昼夜的作息制度会导致人体生理节律的紊乱，表现为生理指标异常、睡眠障碍、工作效率降低等不良反应。载人航天的实践表明，航天中昼夜节律的改变以及航天环境因素的影响，会导致航天员睡眠不好和疲劳。在早期的航天飞行中，由于座舱环境狭小、生活条件较差，加上上航天任务繁重，作息制度不合理，以及严重的噪音干扰和航天员的紧张情绪等，严重影响了航天员的睡眠。例如，两名飞行4天的“双子星3号”航天员，飞行中连续入睡的最长时间仅4小时，其中指令长在4天中总共只睡了8小时左右，所以他们在飞行中和飞行后都感到非常疲劳。而在后来的“双子星”飞行中，经过合理睡眠―醒觉制度的设计、研究与改进，航天员与地面夜间同步睡眠，从而使睡眠大大改善。
美俄对航天飞行期间航天员的生活作息制度进行了多次探索研究。认为航天飞行中生活作息制度的制订要根据睡眠时间、工作负荷、营养就餐、文体活动4个要素的合理安排。制定航天生活作息制度的基本原则是：应按照24小昼夜节律特征安排，将航天员的睡眠时间与地面指挥中心的夜间同一时相；合理安排航天员工作值班，除值班者外，其余全部同时就寝；在休息时间安排上，做到科学合理，保证航天员每天有足够的睡眠时间(7～8小时)；每大最佳的工作负荷量(6～8小时)；还要有合理的就餐与文体活动时间。并且要求在飞行前在地面进行同样作息时间的适应性训练。另外，现在航天站上的生活条件也大大改善了，航天员有了自己的卧室，每星期5天工作日。为使航天员能睡得更舒服，还研制了一种特殊的睡袋：它由双层充满空气的气囊组成，航天员在睡袋中睡觉时感到和地球上一样舒服。