科技万有瘾力特刊:航天轶闻录

【神舟十号飞船将于6月11日17时38分从酒泉卫星发射中心发射,两男一女3名宇航员整装待发。本期《科技万有瘾力》辑录载人航天史上的逸闻几则,与您分享。】

科技万有瘾力特刊:航天轶闻录

相比美俄,中国载人航天起步颇晚,幸而免去了前辈曾走过的一些弯路——比如大动物实验和航天飞机。同时,中国宇航员在轨时间相对较短,因此也免去了一系列吃喝拉撒的麻烦事情。下面分享的逸闻趣事,既权当今天傍晚发射的预热谈资,又厚颜充做启发思索的引子。

神舟十号航天员乘组聂海胜(中)张晓光(左)王亚平(右)在模拟返回舱

黑猩猩“宇航员”住养老院

在NASA的太空探索史上,有许多不为人知的黑猩猩“宇航员”,它们为进行太空飞行接受过残酷的训练,并立下汗马功劳。然而,当它们的“同事”被视为太空英雄的时候,“黑猩猩”宇航员却被抛弃到了一边,即使从NASA“退休”后,它们面临的仍然是狭窄的笼子和无尽的医学实验。

首只进入太空的黑猩猩“汉姆”;图为它重返地球后,工作人员正准备从太空舱中把它抱出来

在被忽视了几十年后,它们的贡献才得到认可。2006年,美国政府斥资1500万美元建立了一个占地200英亩的黑猩猩“养老院”,专供退休的黑猩猩颐养天年。

在这里,每个黑猩猩家庭都有专属卧室,室内24小时有活水流过,窗外就是如画的森林。游戏室中的地板上扔满了各式塑料玩具、蜡笔和粉笔,黑猩猩随时都可以拿起笔来信手涂鸦。在玩乐的同时,黑猩猩们还可享用新鲜的水果、蔬菜、果汁及刚出炉的爆米花。除了食物,退休黑猩猩还可以看看电视,“养老院”甚至针对不同年龄层的黑猩猩提供不同的电视节目。

图为“汉姆”回到地球后接受身体检查

因为有了各国载人上天的先例,中国在最初的载人航天开始前,并未进行大动物实验,也就没有“黑猩猩宇航员”的退休问题。用时任中国载人航天工程总设计师王永的话说:“人家先打上去一只狗,我们也得先打一只狗。他们再打个猩猩,我们也得打个猩猩。这实在没有必要。”

失重下的动物有点萌

除了作为宇航员的黑猩猩,可怜的鸟类、昆虫和小型哺乳动物还常常被用来进行空间实验。

失重的猫咪有点萌

喵星人只有确定“下方”在哪里时,才能四脚着地。科学家把猫咪带上了喷气式飞机,在飞行过程中,猫咪有15秒的时间处于失重状态,这时,小猫似乎找不到北了。

白鸽遭到了失重环境的无情调戏

同样找不到北的还有鸽子,当飞机俯冲失重时,它们便失去了上下的感知,甚至有些鸽子还大头朝下颠倒了飞。而90年代俄罗斯和平号空间站里的鹌鹑,因为迷失方向而无法吃东西,只得被实施安乐死。

也有表现好的,蜘蛛在太空中也会上下不分失去方向,但这似乎不会影响它们吐丝结网。2011年5月,NASA将一对蜘蛛送进了航天飞机。在太空中,这种蜘蛛依然能够结出较圆的网。

北京景山学校五年级学生曾设计“蚕在太空吐丝结茧”实验方案

还有一个蝴蝶的例子,2010年,研究人员把黑脉金斑蝶的幼虫送上了国际空间站,观察它们是否能在失重的环境下孵化并羽化成蝶。结果,幼虫做到了。但是,这些蝴蝶却完全飞不起来,它们一次次地撞到器壁然后被弹开,并最终放弃了飞行。

NASA宇航员不用“走关系”

地球上有70亿人,拥有飞行执照的约46万人,数据显示,截止2011年6月20日,共有来自38个不同国家的555名宇航员到达过海拔10万米高空,他们中的24位超越了近地轨道,12名曾在月球上行走。你有十亿分之八的概率可以成为宇航员,以及百亿分之二的概率漫步月球。

成为美国宇航员并非遥不可及

想成为一名宇航员很困难,需要时间、意志甚至运气,但至少在美国,成为一名宇航员也并非太遥不可及的事情。NASA每两年会进行一轮公开透明的宇航员征募,你可以在NASA的网站上查阅到相关的招聘信息。如果你想应征宇航员,必须在政府网站上填妥相关的政府就业申请表格。

NASA每次招募平均能收到4015份申请,其中100名左右的申请者会被邀请进行为期一周的面试、体检和方向感测试等,通过面试者即会成为宇航员候选人,开始参加为期20个月的基础培训。在完成培训取得宇航员资格后,候选宇航员将参加专业性更强的进阶培训,直到被指派参加某次升空任务。

“神十”女航天员王亚平曾任空军某师某团某飞行大队副大队长

当然,在载人航天早期,美苏两国所有的宇航员均为资深飞行员。截至目前,中国所有的航天员均从空军歼击机飞行员中选拔。

中国差点上马航天飞机项目

1992年1月8日,中央专委会召开会议研究发展我国载人航天问题。会议认为立即发展我国载人航天是必要的,我国发展载人航天,要从载人飞船起步。今天中国的载人航天计划正式起始于这天。依照惯例,中国的载人航天工程也被叫做“921”工程。

为曙光一号研制的航天服

其实,在“921”工程之前,中国很早就萌发过几次载人航天的构思。在中国第一颗人造地球卫星东方红一号上天后,当时的国防部五院院长钱学森就提出,中国要搞载人航天。因为项目在1971年4月提出,该项目被命名为“714”工程,飞船则被命名为“曙光一号”。后来,“714”工程因文革原因不得不被放弃。

罕为人知的苏联航天飞机“暴风雪”号

然后,在上世纪80年,受美国航天飞机的迷惑,中国也论证过类似航天飞机、空天飞机的概念,甚至为此组建了航空航天部等。所幸,该项目没有上马,中国躲过了一次航天史上“代价高昂的战略性错误”,因此走上了快速发展的道路。

事实证明,火箭和飞船组合是最经济、安全的载人航天方式。而在2005年,美国宇航局局长格里芬承认:航天飞机和国际空间站是“代价高昂的战略性错误”。

航天飞机计算性能不及游戏机

代表了太空辉煌时代的航天飞机在2011年7月21日全部退役。但一般人可能很难相信,航天飞机上装载的飞行计算机的运算能力竟然不及Xbox 360的百分之一。更不用说刚刚与刚刚美国E3游戏展上正式展示的Xbox One相比了。

从国际空间站拍到的亚特兰蒂斯号

更为坑爹是的,因为容量有限,因此航天员还需要给起飞、入轨、降落每个阶段逐一加载程序,加载时也要提前清空上一阶段的程序才能载入接下来的程序。那么,当初NASA为什么不升级一下计算机系统呢?原因就在于,他们信赖这套可靠运行了30年的系统。

在对接时,神舟系列飞船和天空一号上的控制计算机发挥了至关重要的作用

事实上,航天载具所使用的计算机为了顾及可靠性,往往会牺牲计算能力,2011年升空的天宫一号的主计算机,其芯片的计算能力大概比80年代后期的386略强。但其可靠性却堪称“变态”,“不关机、不重启、不复位”是对其的基本要求,同时还要抵御发射时的巨大冲击和太空的辐射。满足这些要求的计算机自然是造价不菲,设计开发人员开玩笑说,如果不小心烧毁一个芯片,一辆奥迪车就没了。

舌尖上的太空

宇航员食品从诞生之初到现在,发展的趋势是从单调到丰富,从特制到接近地面日常饮食。

“阿波罗计划”时代的太空食品

回溯历史,最初的太空食品有三种:1、糊状食品,例如牛肉浆、苹果浆、菜泥和肉菜混合泥等;2、“一口一个”食品,将食物压缩成一小块,宇航员一口即可吃完;3、“复水食品”,这是一些冷冻干燥的食品,加水软化就可以吃。

20世纪70年代,太空食品改进了包装和种类,还配备了勺子。进入80年代后,NASA 为宇航员设计了74种食物和20种饮料,确保了食品的多样性。2006年,科学家首次提出了太空食品的环保和绿色概念,一些绿色蔬菜可以在飞船的“厨房”里进行培育生长和加工。

美国“天空实验室”上的食物取得了飞跃性的进步

现在,太空食品得到了质和量的双重飞跃,以“神九”为例,航天员的食谱中还包含中国特色的红焖大虾、宫爆鸡丁、鱼香肉丝等菜品;而昨天的新闻发布会透露,本次“神十”上天,再次新增了新鲜水果、小米粥、酸奶、粽子等多种太空食品。

宇航员放屁怎么办?

有吃喝就有拉撒,疑问就来了:宇航服是一个密闭的空间,那需要放屁的时候怎么办?

中国航天服结构详解

其实无需担心。首先,宇航员只有太空服是密封的,而太空服基本只有出舱时才穿。大部分时间里他们都穿着非密封的衣服待在太空舱/空间站/航天飞机里面,而这些载具里均装有空气净化吸附装置。

然后,太空服里其实头盔部分和身体其它部分是基本隔绝的,放的屁不会直接飘到宇航员的鼻子里。身体部分的空气循环是要过一个活性炭/氢氧化锂过滤器的。除非宇航员当天吃错了东西,否则应该不会受到气味的困扰。

长时间在轨的宇航员,在舱内穿着比较随意

但放屁的真正问题不在难闻,而在其中的小分子可燃气体。肠道细菌会生成氢气和甲烷,在密闭空间里这两种气体有燃烧危险且很难被吸附,决定气体生成的因素主要有食物、菌群组成和宇航员生理状态。目前,似乎解决的方式是控制饮食。

在太空便秘怎么办?

太空微重力环境下,宇航员的身体飘浮不定,再加上一些心理因素,“拉”本身就变得不太容易。如果再遇到便秘,宇航员会更加苦不堪言。在太空上厕所通常需要固定下半身,臀部和马桶边缘紧贴,采用“抽气导流”原理,引导排泄物和人体分离并导入集便袋。为了解决排便不畅,甚至还有人发明了“采挖式太空马桶”,用类似肛门镜的设备把粪便“挖”出来。这样的如厕方法听上去都让人难受。

科学家展示太空马桶

为什么宇航员容易出现肠道健康问题?这是因为在失重环境和密闭的飞船内工作,同时还要承受太空里大量的辐射,宇航员的身心都会受到各种影响,肠道环境也发生了变化,有可能引起肠道菌群紊乱或者免疫力降低。所以解决宇航员的便秘问题,还得从“肠”计议。向宇航员的肠道补充对人体有益的菌群,是解决便秘的方法之一。

这些在地球上对人体有益的细菌,到了太空是否也有相同的功效?

中国这边,“神五”的时候,因为飞行时间短,杨利伟用的是尿不湿;“神六”和“神七”因为时间比较长,用的是简易卫生间;“神九”时间更长,就用了稍微大一点的卫生间,三个人分别有自己的排泄物收集袋,一部分要带回地面进行检验,另一部分在返回过程中抛弃。

宇航员如何换洗内裤?

以前,国际空间站的宇航员的内衣至少要穿个三四天才换,其他衣服可能要穿几个月。根据2011年数据,运一公斤物品上太空的成本高达1.1至2.2万美元;中国的“神九”则为15万人民币/公斤。因此不太可能带很多内衣上太空。好消息是衣服在太空没有在地球上那么容易脏。空间站温度恒定,且处于微重力状态,干什么都不那么费力。但是,由于宇航员在太空要做锻炼来预防肌肉萎缩,还是会弄脏衣服。

SpaceX等私人航天企业或有望降低国际空间站的货运成本

一般来说,换下来的脏衣服会被焚毁。当宇航员返回地球时,这些衣服会和其他垃圾一起装进给空间站运送物资的俄罗斯无人货运飞船,然后货运飞船就载着脏衣服焚毁大气层里了。还有一些另类的内裤处理方法,比如曾有宇航员用内裤和太空厕纸代替土壤,在太空成功种植了西红柿。

利用内裤和厕纸作为土壤种植出的植株

现在,国际空间站已经配备了一款"太空洗衣机”,可以通过蒸汽流、空气和微波辐射来清洁衣服,宇航员终于可以换洗内裤了。神舟系列飞船在太空逗留的时间相对较短,还未遇到这个问题。未来,当中国载人航天完成“载人飞船阶段”和“空间实验室阶段”,走到“空间站阶段”时,洗衣也将成为一个需要解决的问题。

虽然中国无需为退休的黑猩猩“宇航员”建造养老院,但切不可忘中国载人航天站在国外同行的肩膀上。虽然中国宇航员尚不用操心洗内裤的难题,但这同时意味中国载人航天的前路还很漫长。

(本文素材采编自网络,部分文字及图片引用自果壳网、网易探索频道、网易数独栏目、爱范儿、现代快报等媒体。)

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