编者按：《新世纪飞天梦》是中国科学院力学研究所的王柏懿和林烈两位研究员撰写的一部科普小书。它图文并茂，以通俗的语言、严谨的分析和详实的史实，展示了人类不懈追求升空飞天的艰辛历程，说明了各类航天飞行器的基本原理和主要功能，还介绍了航天大师钱学森。承蒙作者的盛意，他们同意以网络书的形式在本网站上发表全书内容。该书主要是为小学高年级和初中的学生们编写的，有些较为专深的相关知识则采用“小贴士”“知识链接”和“你知道吗？”等框图形式在文中给出。  

航天员实现了人类飞出地球的夙愿（之一）

王柏懿

5.1 了不起的航天员　  

　　小朋友们应当知道，火箭、飞船、航天飞机和空间站只是人类飞天的工具，没有航天员，飞天梦依然是“梦想”而已。在人类航天史上，这些名字和他们的事迹会永远被记住的：苏联航天员加加林在1961年4月12日乘坐“东方1号”载人飞船飞离地球，成为世界上进入太空的第一人；美国航天员阿姆斯特朗在1969年7月21日跨出“阿波罗11号”的登月舱，成为世界上登上月球的第一人；中国航天员杨利伟在2003年10月15日乘坐“神舟五号”升空、安全飞行了60万千米后成功返回，成为中国进入太空的第一人。这些了不起的航天员们，不顾自己生命的安危，勇敢地接受挑战，实现了人类千百年来飞出地球、遨游太空的夙愿。  

　　航天员到底要做哪些事情呢？按照承担的任务不同，他们一般可以分为这样几类：指令长、驾驶员、任务专家（或叫做“随船工程师”）以及载荷专家。应当说，最后一类的载荷专家是非职业航天员，他们是从事科学研究的专家，只是短时间到太空开展一定的工作。而其他的几类就是职业航天员，专门从事航天飞行。其中指令长是乘员组的指挥，负责整个航天飞行任务的完成。由于只有航天飞机才设有专门的驾驶员，所以飞船的指令长一般也同时兼任驾驶员，要完成飞船的操作控制。任务专家要负责航天器的维护、载荷管理以及出舱活动等，甚至要参与科学实验活动。由于载人航天是一项风险极高的职业活动，飞行任务艰巨，职业技能复杂，工作环境特殊，对于航天员的要求也是很高的。  

　　这里，不妨列举一些：要有献身精神，要肯于团结协作，要有旺盛精力、顽强耐力、坚韧毅力，要有科学的头脑、充分的知识、熟练的技能，要有灵活的应变能力。有志于航天事业的小朋友，从小就要注意培养自己，不断提高身体、心理素质和知识水平喔！  

　　太空环境实在是太复杂太严酷了。人类和一切生物所以能在地球上生活，是因为地球表面覆盖了一层大气，其中有我们赖以生存的氧气。但是，当人从地球海平面一个大气压的环境中，迅速上升到太空的低真空环境时，溶解在人体组织和体液中的气体——主要是氮气，就会突然变成游离态并形成气泡。这些气泡会压迫局部组织，会堵塞心脏和脑部的血管，使人产生缺氧反应，甚至危及生命。  

　　太空中存在的宇宙辐射，是威胁载人航天安全的又一个物理因素。它们来自银河系、太阳和地球辐射带，会损坏人体的组织和器官，产生急性或慢性放射病。所以，载人航天器必须能提供一个与地面大气环境相似的人造环境，并能防止宇宙线的照射。但是，航天员出舱活动时就只能直接暴露在太空的辐射环境中，所以他们必须穿戴精细设计的航天服。  

　　此外，宇宙中存在的太空垃圾，也会对航天员的生命安全造成威胁。那些以极高速度飞行的彗星、流星碎片以及失效的人造卫星、飞船、探测器，一旦和载人航天器相撞，就可能严重损伤航天器以致危及航天员的生存。这类环境问题可以依靠航天器的设计来解决。但是还有一类问题是和航天器的运行相关联的，它们只能依靠航天员的选拔和训练来解决了。  

　　在航天器升空和返回的过程中，航天员会受到振动、噪声和超重的作用。在日常生活中，咱们可以体会到振动和噪声的不良影响。例如，振动的作用主要是对人体产生交替的压缩和拉伸，并按照为骨骼、结缔组织、软骨、肌肉、腺体、脑组织的顺序向四周传播，会引起交感神经亢奋、心律不齐、血压不稳、血管痉挛、脑血流异常、听力下降，关节改变和感觉迟钝等问题；而噪声除了对听觉系统有损害外，严重时会对神经、内分泌、心血管、视觉、消化等系统产生不良影响，轻微时也会影响睡眠和心理，包括引起失眠、烦恼、疲劳等。工程师一般会通过采用减振设计、配备减振坐垫、提供防噪耳塞等措施来减少振动和噪声对航天员的影响。  

　　而超重现象是航天员无法回避的情况，因为航天器在发射和回地的期间要迅速地增加或减少它的飞行速度，这种很高的加速度或减速度便使得航天员受到的附加力比他自身重力要大，感到自己身体的重量有所增加，心脏、横膈、胃肠等内脏器官发生移位或变形，血液重量也有所增加并会在体内重新分配。航天员受到的超重会发生在不同的方向上。如果是胸—背向的超重，仿佛有一双手在自己的胸部使劲地向下摁，会使航天员的呼吸功能、心血管功能发生异常，甚至因头部供血不足而发生视觉障碍或意识丧失；如果是头—（骨）盆向的超重，仿佛有一双手在自己的肩上使劲地向下摁，两只腿如同灌了铅似的沉重，并会对航天员的识别、判断和操作能力发生影响。幸运的是，在正常的载人航天飞行中，超重的作用时间是短暂的，目前主要是通过在离心机里产生的人造超重环境进行超重耐力训练的办法，使航天员能适应在升空和回地两个时段的超重环境。  

　　当然，航天员在太空轨道上飞行时还要承受失重的环境。和短暂的超重情况不一样，失重情况是一直伴随着轨道飞行期存在的，有时是几天，有时是几十天，有时可长达数百天。所以，失重是最显著的太空环境因素。在飞行的头几天，航天员会出现食欲减退、嗅觉味觉敏感降低以及腹胀、排气、打嗝等胃肠道不适反应。此外，航天员的外观也发生了变化：身高增加，上身膨胀，双腿变细，脸面肿胀。长期飞行会使得航天员的机能水平和空间工作能力的下降，遭遇空间运动病的麻烦，以及引起骨质流失和肌肉萎缩的现象。所以，千万不要以为航天员在航天器里飘来飘去好惬意，他们要习惯失重状态下的漂浮感，要适应失重条件下人体血液重新分配所引起的生理反应，要掌握失重环境下运动和操作技巧。

　　首先，你想象一下人在太空里怎样行走呢？当然不需要像我们在地面上这样迈开双脚，只要用手指在舱壁上轻轻一点，人就可以飘起来；如果手指的力气大一点，人就会飞过整个机舱。至于真正的出舱“太空行走”，航天员的双脚也是派不上用场的，而是靠航天员的双手，人要扶着栏杆慢慢移动。  

　　其次，你想象一下人在太空里怎样吃饭呢？由于食物也很容易飞起来，早期的航天食品都是做成糊糊状放在软管里，像挤牙膏一样送进嘴里；现在航天员可以用叉子或勺子用餐了，但动作得特别缓慢而仔细，一不小心，饭菜就可能飞跑了。  

　　那么，你能想象怎样喝水呢？是的，在太空里喝水，只能用吸管吸，如果采用我们在地面上的方式，杯子里的水根本进不到嘴巴里的。当然，航天员还发明了一种独特的喝水方式：把水（或饮料）从容器里挤出来，由于液体表面张力的作用，它变成一个滚圆的小球，人要立即飘过去把它一口咽下。其它的生活“琐事”，像刷牙、洗脸、洗澡、刮胡子和大小便这些在地面上很容易处理的小事情，在失重条件下，都变得非常复杂了。  

　　因此，小朋友们也就可以想象，航天员在失重环境中开展工作会有多困难了。因为他们不但要克服身体的不舒服感觉，还要准确地控制自己的手脚，来抓住物品、使用工具、完成任务，可真是既费力气又费时间。因为在失重环境中，航天员很不容易控制自己的四肢，很难把它们定位到目标点上，可以形容为“坐立不稳、定向不准、行动不定”。一般情况下，在太空做完一件事情的时间大约是地面上的5-10倍。所以，许多航天员觉得在太空失重环境下最难适应的，竟然是工作时间的增加！为了使航天员适应失重状态，圆满完成航天飞行任务，也需要在地面上，对航天员进行失重适应性训练。一般是利用高性能的失重飞机，它可以通过连续地飞行抛物线形轨道来产生转发的失重环境。  

　　航天员的生活与工作确实有许多不同我们“凡人”之处，既紧张、艰苦和危险，又奇妙、刺激和新鲜。他们有着挑战人类极限的勇气，有着开辟崭新未来的抱负，有着探索未知世界的激情，因而成就了人类飞出地球的夙愿。学习和继承他们的奉献精神，我们的新世纪飞天梦也一定会成真的。  

（未完待续）