乘坐航天器进入太空飞行的人员为航天员。航天员有职业和非职业两类,一般分驾驶员、任务专家和载荷专家,或指令长、驾驶员、随船工程师、飞行工程师。近年来出现了以旅游为目的的游客航天员。航天员是开拓太空之路的先锋,作为一名航天员需要具有崇高的献身精神、高深的学识水平、非凡的工作能力、优秀的环境耐力、良好的心理素质和健康的身体条件。
一、解密航天员
既然人类一定要进入太空,那么,一个人具备什么条件才能成为航天员呢?要成为航天员,首先要有良好的身体素质,因为航天员在进入太空或返回地面的过程中,要克服航天器飞行时的力学环境、太空的物理环境和航天器的狭小空间环境等特殊环境下的重重困难,适应这种环境的考验,航天员的身体和综合素质十分重要。因此,有幸成为航天员的人可谓凤毛麟角。
为确保航天员具有优良的身体素质,生理机能选拔是极为关键的。生理机能选拔主要是挑选人体各脏器和系统基本生理功能优良者。生理机能选拔内容包括心血管和肺功能检查、中枢神经系统功能检查、听觉功能检查、视觉功能检查以及内分泌和免疫功能检查等。
航天员的心理和精神状态对于航天任务的完成有着极大的影响,特别是对于长期飞行以及多人的乘员组,其心理素质的选拔是非常重要的。航天员们身处的环境是恶劣、封闭和隔绝的,而且还要面对太空中那些难以预测的风险,没有超乎寻常的“坚强神经”是不可能在这种环境中完成规定任务的。
在航天过程中要遇到各种特殊环境因素,如超重、失重、低压、缺氧、高低温、振动、噪声、辐射、隔绝等。在航天员的选拔过程中,要淘汰那些对特殊环境因素敏感和耐受能力差的人,挑选耐力和适应性优良者。
随着载人航天的发展,航天员正在扩大到许多不同的行业,如科学家、工程师、医生、教师、记者、政治家、管理人员以及太空观光旅游者。
航天员是一种在空间从事航天活动的特殊职业的人,他们要在特殊的环境条件下,在航天器的舱内外完成飞行监视、操作、控制、通信、维修以及科学研究等特殊的工作任务,并能正常的生活。这就要求必需对他们进行严格的训练,使他们具备优良的生理和心理素质,对航天特殊环境因素有很强的适应能力,并熟练掌握航天器和完成飞行任务所应具备的各种知识和技能。
强化身体素质是航天员在训练过程中是必不可少的。苏联就曾为了准备阿波罗一联盟计划,要求其航天员在一年半的训练时间内,骑自行车1000千米,滑雪3000千米,越野跑步200多千米。美国休斯敦航天中心,为提高航天员耐力。曾让航天员穿上80千克重的航天服,在炎热的佛罗里达沙漠中,每天步行30千米。
除了体质的训练,航天员为了准备一次飞行还需要掌握大量的理论知识,这些理论知识包括基本的航天知识,飞行任务和航天器结构、航天医学工程知识以及空间知识和应用的有关知识等。
为了提高航天员对特殊环境因素的适应性和耐受力,需要对航天员进行航天特殊环境因素的暴露和刺激,如超重、失重、器官的刺激、噪声、高低温等。
二、万里挑一——宇航员的选拔
宇航员的选拔与训练是保证飞行安全和完成航天任务的一个重要环节,在载人航天计划中一直受到高度重视。美苏两国在20世纪50年代末都曾把首批宇航员的选拔训练当做一项大事,成立了专门的选拔训练工作组。载人航天实践的经验表明,人类航天的成功与宇航员的严格训练是分不开的。宇航员在太空飞行中,要经历种种恶劣环境的考验,这就要求宇航员必须具备强壮的身体。目前,国内外挑选宇航员的标准仍按照飞行员身体考核标准,需经过严格的医学选拔和体格检查。除了由专业医务人员对他们实施全面检查(包括外科、内科、神经精神科、眼科和耳鼻喉科),还要做航天医学特定的检查,如离心机试验、低压舱试验等。
除了有一个好的身体素质,宇航员还要有好的心理素质。宇航员的心理素质包括感觉判断能力,反应速度、动作协调性、控制能力等方面。感觉判断反映在宇航员对航天器飞行状态的判断上,如宇航员对航天器的空间对接和在其他星球上降落的判断力。
宇航员初入太空时都会感到头昏脑胀,动作不协调,这是人体受失重环境影响的反应。在上天之前,宇航员必须专门进行失重适应性训练。地球上寻找失重环境很不容易,一般用飞机改装成失重飞机。当失重飞机在作抛物线飞行时,有30秒的失重环境。宇航员在没真正进入太空之前,就在这种环境中反复训练。
目前,各国的宇航员都是从优秀的空军战斗机飞行员中初步选拔出来的,经过层层筛选之后,大概是在100名参选的飞行员中才能挑选出1名正式宇航员,是真正在百里挑一,宇航员的身高在1.6~1.7米之间,体重限制在50千克以下。体重超标者可使太空舱负载过重。
超重适应性训练根据运载火箭载人时的最大超重值以及载人航天程序来安排训练。训练主要是在大型离心机或在飞机的超重飞行中进行。这项训练的目的除了提高宇航员的抗超重能力外,还可以在超重环境中训练他们的航天技术操作。
以前对于宇航员的年龄是没有严格限制的,但最近美国宇航局修改了选拔宇航员的规则:在长期的太空任务中,理想的宇航员候选人应该是那些年龄更大的人,他们的年龄至少要在30岁以上,具有情绪稳定史,从未出现过任何沮丧或神经质倾向。此外,他们最好是擅长社交的内向者,因为这样他们既能和其他人友好相处,但又不至于过于讨好别人。
前庭功能训练指的是采用转椅、秋千等旋转和摆动设备产生线性加速度和旋转加速度;或在失重飞机上让宇航员头部运动,对宇航员的前庭器官进行刺激,以提高前庭器官的耐受能力。
三、魔鬼训练——航天员的日常训练
为了提高航天员对特殊环境的适应性和耐受力,需要对航天员进行在航天特殊环境下“魔鬼般”的训练。当时苏联就曾为了准备阿波罗一联盟计划,要求其航天员在一年半的训练时间内,骑自行车1000千米,滑雪3000千米,越野跑步200多千米。职业航天员训练一般需要三四年,载荷专家一般需要两年半时间。以提高其力量、耐力、速度、反应、柔韧性、灵活性、协调性、平衡能力。体能训练贯穿载人航天的全过程,航天员每天都要进行一两小时的体能锻炼。
火箭起飞及飞船返回时,航天员受到很强的重力加速影响。航天员必须通过在离心机上周期性的训练和适应而获得超重耐力。在微重力和失重太空中,航天员身轻如燕,如不被束缚就飘来飘去,这可不好玩,因为会感到有点头晕脑涨,甚至有时定向能力发生困难。而且在出现应急情况时,航天员也可能遇到比较严重的非正常环境。航天员需要进行这些环境训练,以提高对这些环境的耐受能力。
理论学习的时间约为6个月到1年。在这段时间里,航天员要学习很多基本航天知识。如中国航天员的基础理论训练就开设了载人航天工程基础,航天医学基础,医学生理性基础、地理气象、星空识别等13门课程。这个时期尽管体力付出少,危险性小,却是他们训练中最艰苦的时期。
航天员在太空飞行,尤其舱外活动时,别看就走几步,体能消耗特别大。体质训练是为了提高和巩固航天员身体素质,增强抗病能力,使航天员能够以健康的体魄和旺盛的精力完成训练任务和飞行任务。这方面主要训练方式是通过田径、游泳、体操、球类等活动。
航天任务是高风险的,也是远离家庭与社会的狭小孤独环境下单调、紧张的工作。心理训练是很必要的。心理训练有很多种,如能够消除航天员的紧张情绪的跳伞训练。航天员在太空处于狭小的空间内,与世隔绝有孤独感,容易导致心理失衡,这也需要进行隔离训练。航天乘员组的选配也是对抗孤独的重要措施,不仅要技术上互补,更要有出生入死的战友情。
遨游太空的航天员常发生航天运动病,出现头晕、恶心、出虚汗等症状,工作效率低下。这是因为身体维持平衡和确定身体方位的众多感觉器官,特别是眼睛、内耳前庭器官不适应失重环境造成的。主动训练和被动训练前庭有助于克服太空病。训练包括:产生视动刺激,旋转球屋滑冰、冲浪、旋梯、滚轮等运动项目。
在载人航天器飞行训练中,航天员要学习航天器的组成和性能,特别是要学习当某一系统发生故障时,如何发现、检查和排除。要学习各种操作技能包括起飞前进舱、上升段飞行、太空飞行、返回制动、再人大气层,着陆的全过程。更重要的是航天员要学会使用各种训练器、模拟器并进行必要的飞行训练。
航天员是在空间从事航天活动的人,他们要在超重、失重等不同于地面的特殊环境条件下,在航天器的舱内外完成飞行监视、操作、控制、通信、维修以及科学研究等特殊的工作任务,并能正常地生活。这就要求航天员对航天特殊环境有很强的耐受能力,因此必须对航天员进行严格地训练。
航天员在发射和返回的过程中要遇到超重,超重耐力低的人会因此而出现晕厥或呼吸困难。超重和体重可没关系,只是人的体重和体内的脏器的重量增加好几倍。超重训练主要是依靠离心机来完成的,在不断地调整离心机转速中.最大限度提升航天员耐受力。还可以结合今后的飞行任务,模拟飞船上升和返回时所遇到的超重曲线,进行周期性的训练,或加入其他因素进行综合性体验。
航天员在太空中处于失重状态。失重时,人的血液常往头部转移,对人体的健康有影响,也影响日常生活和工作效率。利用失重飞机所产生的短时间失重,是训练航天员在失重条件下生活和工作能力的最有效的方法。航天员可以利用这短暂的失重时间,体验失重感觉,进行设备、仪器和工具的简单操作训练以及饮水、进食训练,进行某些科学实验、准备出舱活动、穿脱航天服、出舱活动、组装和维修工作等训练。
航天活动是高风险的,有着无数变数和未知。例如在航天器座舱一旦出现泄漏或生命保障系统出现故障,座舱内的气压有可能下降,造成低压环境。为了使航天员对低压环境有所体验,并提高耐受能力,需要进行低压环境训练。该项训练在低压舱内进行,低压舱有一系列保障航天员安全的设备,实时对航天员的身体状况进行监测.并与航天员保持对话,一旦发现受训航天员有异常,立即复压。
航天员浸水训练,即人全身泡在水里,处于一种相对失重的状态下,人体重量减轻,以让航天员在相对接近太空状态下进行训练。人在水中时,由于流体静压和重力负荷作用减少,可产生类似失重时的一些变化和感觉。这种方法不是真正的失重,只是模拟失重产生的体液向头分布和漂浮感。浸水训练是在一个大水槽中进行的,可以训练航天员失重情况下的工作能力。
四、引人好奇的航天训练设备
航天事业是伟大的壮举,可是仅仅有一腔的热情,那也只会心有余而力不足的。航天员在翱翔苍穹之前,为适应太空的特殊环境,必须要进行艰苦的训练。他们的训练生活总是会和特殊的航天训练设备相伴。训练时,航天训练设备可是航天员最为亲密的伙伴。让我们来一睹这些设备的风采。