宇航员:遨游国际空间站英雄艰辛的备战之旅

如何成为宇航员

过去几十年中,人类经历了航天事业的巨大发展,但这并不足以将全人类迁出地球。相反,现在是一个有极少数人垄断的时期。因为能够找到甚至遇到宇航员的情况极为罕见。根据最近的人口普查,800万人口中只有一名宇航员。

在这个时代,成为一名宇航员不仅令人兴奋,而且还极其具有独特性,因为这让你加入了近600名不同国籍和种族的人类精英宇航员之列。当然,在这些人中,美国人占了最大份额,其次是俄罗斯人,然后是中国人、日本人以及其他国家。而穆斯林宇航员共有11人,其中包括3名阿拉伯宇航员。

2022年3月,俄罗斯“联盟号”太空舱从国际空间站返回地球,飞船上载有美国宇航员马克·范德·海伊(Mark Vande Hei)和他的两名俄罗斯同事安东·什卡普列罗夫(Anton shkaplerov)和彼得·多布罗夫(Pyotr Dobrov)。从进入大气层到太空舱降落在哈萨克斯坦土地上的牧场,只用了几分钟。

(社交网站)

这似乎是一个非常熟悉的场景,救援队和直升机盘旋在太空舱的降落伞上,扬起的灰尘掩盖了碰撞后的痕迹,几分钟后宇航员就被从坚硬、狭窄的外壳中带了出来。范德的脸上似乎写满了心碎,他对着摄影师摆摆手,两边的黑框眼镜紧紧地弯着。他后来解释称,在外太空度过总共355天后,正如他向妻子承诺的那样,这是他最后一次进入太空。

这是以他的名字登记的在太空间歇停留时间最长的记录。正是在那些时刻,他意识到他长达一年的旅程即将结束。这是最后一次使他从大气层之外与伟大的地球相聚的会议。

这是记录在他名下的间歇性在太空停留时间最长的记录,就在那一刻,他意识到自己长达一年的旅程即将结束,也是他与地球最后一次在大气层之外相遇。

现在他所要做的就是回到过去单调乏味的生活,并且他的身体可能需要一些时间来适应新的重力环境。但这个故事最初是如何开始的呢,怎么会有人成为宇航员呢?

体力和知识:选择宇航员的标准

如今,选择宇航员的标准可能因国家或地区的政策而异。但在过去,这是一个更容易的程序,就像世界上最著名的航天机构美国航天局(NASA)的情况一样。

上世纪五十年代选拔宇航员的过程由美国军事系统负责。我们发现,最早的宇航员都是军人,即那些有过驾驶喷气式飞机经验的人。还有一个条件,即候选人的身高不得超过1.8米,以便他们的体型适合水星飞船。

上世纪五十年代选拔宇航员的过程是美国军方系统赞助的事情,所以我们发现第一批宇航员是军人,有驾驶喷气式飞机经验的,除了单一条件,因为候选人的长度不应超过 1.8 米,以适应水星号(Mercury)飞船的大小。

艰苦的测试演练,十分考验宇航员候选人的潜力

但在1964年,NASA增加了另一个与工程和科学知识及其应用能力相关的必要条件。我们发现,该机构开始招募和选拔具有医学或工程学博士学位,或物理学、化学或生物学等自然科学博士学位的科学家。

随着时间的推移,选拔过程中的选择性越来越大,标准也越来越严格。但是,该区域已扩大到包括平民和军人,并有可能加入宇航员俱乐部。目前适用的标准可归纳如下:

美国国籍。获得科学、技术、工程和数学领域的硕士学位,包括来自认可机构的生物、物理或计算机科学。在毕业后拥有至少两年的专业经验,或至少1000小时的喷气式飞机驾驶经验。能够通过NASA的长期飞行体能训练。

至于加入俄罗斯联邦航天局Roscosmos的要求,除了与上一个机构具有的几个共同点之外,还需要年龄限制在35岁以下,并且必须要获得俄罗斯公民身份。此外,还有一些与男女候选人的体重和身高有关的细节要求。

除了需要拥有适当的健康状况外,在选拔过程中,俄罗斯人会考虑一些价值观,包括气质纪律、创造潜力、记忆力、在困难情况下保持心理平衡的能力等。

“成为宇航员候选人”:竞相加入NASA

NASA会根据其任务时间表不定期宣布开放注册和加入。最近一次是在2020年3月,报名人数超过12000人,现场气氛热烈。一般情况下,他们的资格都会得到确认,而那些不符合条件的人则被排除在外。最后,他们会被邀请到NASA中心进行一些程序。

申请人要经过整整一周的面试、体检和适应性测试。然后会就提名卡的接收者做出最终决定,并将最新结果告知所有人。那一天可能是申请者最兴奋的一天,获得批准的人会被正式称为“宇航员候选人”或简称为“候选人”。

从那一刻起,候选人开始真正的准备工作,需要在耗时两年的很长一段时间内为到太空做准备,以便完全合格。

欧洲航天局ESA关于加入宇航员训练计划的公告

候选人要接受频繁的体能训练和高等教育,使其能够熟悉太空环境,了解国际空间站的性质以及航天飞船的运行方式。各机构的培训安排略有不同,例如根据欧洲航天局(ESA)的规定,培训分为3个阶段,分别是基础培训、高级培训,然后是根据任务性质来进行的额外特定培训。

但无论如何,在本文中,我们将完全采用NASA的模式来解释各阶段的层次和顺序。候选人先要在德克萨斯州约翰逊航天中心的宇航员办公室进行注册,然后开始持续近两年的培训和评估之旅。

教育和体能训练计划:太空之路的门槛

在基础训练中,从所有候选人共同的最低知识水平开始,到宇航员后来专攻的高级水平,候选人将要接受涉及任务的技术和科学方面的综合知识基础课程。

这些技术科学涉及航天工程、电气工程、流体动力学、推进工程、天体物理学和材料科学。该课程包括在零重力的情况下介绍一些科学,如人体生理学、生物学等。候选人还需要学习俄语,以便与国际空间站上的其他宇航员进行交流。

随后是对所有空间系统的一般研究和理解。以国际空间站系统为例,包括空间站的所有结构和内部设计、制导和控制单元、热控制单元、发电和配电机构、空间站外的活动系统,以及提供氧气和水并利用二氧化碳和排泄物的生命维持系统。

宇航员将穿着全套宇航服潜入水下执行潜在的太空任务

作为基础训练的一部分,在开始与飞行相关的计划之前,候选人必须完成如何在水中生存的军事训练,并且还需接受特殊的水肺潜水计划(SCUBA),为太空行走训练做准备。

在第一个月,所有考生都必须通过游泳考试,即在25米的游泳池中不停地游3轮,然后再进行3轮,但是要穿着飞行服,并且没有时间限制。然后,通过高空模拟室,考生还可以接触到与高气压和低气压相关的临界条件,并指导他们如何处理与这些条件相关的紧急情况。

至于零重力环境,候选人要在地面上专用于创建模拟太空环境的训练飞行器内经历独特的体验,这被称为“零重力”飞行。零重力的环境来自与飞机的向上轨迹,后者根据数学抛物线的曲率进行移动。这个效果最多需要22秒,就足以让受训者对空间环境的特性留下印象,而且整个过程每天要持续40次。

到这里就来到了最后阶段,即考核阶段。如果候选人完成培训并达到及格分数,那么他们将正式成为“宇航员”。而未能实现这一目标的人将根据需要和空缺职位转移到机构内的其他职位。

比利时空军前宇航员兼飞行员弗兰克·德·温纳(Frank de Winne)在评论基础训练时表示,参加过基础培训的人会对一些问题获得实质性答案,比如国际空间站是什么样子的?成为一名宇航员是什么感觉?未来的任务是什么?

水下四小时等于空中一小时

这是宇航员,在走了很长一段路之后,如今他们已经准备好迎接太空中真正的挑战。而现在轮到高级的专项训练了,这能够让他们度过最艰难的挑战。因为宇航员已经接受了上述提到的所有系统上工作培训,并学会识别所有可能的故障以及如何在必要时处理它们。

在高级训练中,在桑尼·卡特训练设施或“中性浮力实验室”设施进行水下作业,里面配备有一个长62米、宽31米、深12米的大型游泳池,游泳池内装有2270万个升水。

训练有素的宇航员在模拟太空漂浮物的环境中浸泡了数小时

该设施可以提供一个模拟太空环境的环境,而宇航员则穿着提供中性浮力的套装,模拟宇航员在执行舱外活动时所经历的零重力。这不仅看起来一点都不容易,还是一段艰苦的经历。受训者的身体必须在穿着充气服时通过加倍努力地进行移动和控制自己的运动来适应零重力。这更像是一种在特殊情况下控制身体动力的练习。水下练习每天可能持续约7小时。而专家表示,4小时的水下训练相当于在国际空间站外工作1小时。

在水下演习中,会使用国际空间站某些部分的复制模型或航天器模型,被称为“模型”(Mock-ups)。这是为了在进入太空之前为宇航员创造一个包含所有细节的熟悉环境。

并且在达到训练水平要求的目标后,一旦宇航员完全准备好接受挑战,NASA就会确定之前分配给宇航员的所有任务的发射日期,并宣布人类再次重返月球。而这时,宇航员正等待将他们带到其他世界的旅行,也许是火星,即未来预期的站点之一。

维护空间站并进行实验和研究:宇航员的任务

在我们回顾了宇航员为达到他的预期目标所经历的漫长旅程之后,有必要了解宇航员在外太空时的任务。因为宇航员要长期处于孤立状态,并且远离家庭和社会生活,因此,他生活在巨大而持续的心理和生理压力下,但由于严格的训练,他能够完成分配给他的任务,并为此成为了一名宇航员。

国际空间站的加拿大臂(Canadarm)帮助宇航员在太空执行任务

如果我们谈到国际空间站,那么其职责范围很广,分为两部分,即站内任务和站外任务。可以概括为以下几点:

开展站外任务:安装新工具和设备,或对任何缺陷或损坏进行外部维护;进行生物学、化学、物理学、材料科学、气象学和地质学等各个领域的科学实验;开发可用于太空探索或促进太空定居点建设的新技术;与任务控制人员沟通,报告任务过程中的发现或出现的问题;严格测试以确定宇航员在压力下的工作表现;与地面工程师合作,进行与机器人技术相关的研究和开发;在太空中进行科学实验,帮助科学家了解零重力环境中的现象;监测航天器上所有系统的状态并识别任何故障、破损或损坏。

同时,宇航员必须根据他们在基本训练中收到的指示,为航天器中发生的任何紧急情况做好准备。比如起火、氧气供应中断、与地面失去联系,或者车内气压不平衡,以及其他威胁开拓者安全的问题。

未来的宇航员:月球和火星研究之旅

尽管等待着宇航员执行的日程表很繁忙,但他的工作时间与地球上的并没有太大区别。他的一天完全自然地从早餐开始,然后开始工作,午餐休息一小时,然后继续工作,直到他的工作安排结束,然后才吃晚饭。并且在工作间隙也有休息时间,可以喝热饮和吃点零食。

大家普遍认为,宇航员的任务只围绕太空。但事实上,这只是他工作的一小部分,其中还包括在地球上的空间站工作。当他航天服务结束时,他大部分时间都呆在那里。

为征服火星,宇航员训练将变需要更加艰苦、时间更长

无论如何,看来,这种商业格局即将发生改变。现在新的太空项目需要不同的新任务,比如我们在时隔50多年后即将开启重返月球的阿尔忒弥斯计划(Artemis program)。分配到这个项目的宇航员组将被派去进行月球表面的研究之旅,以及采集土壤样本、安装科学设备和操作机器人设备等工作。从长远来看,火星也是如此。这将是一种不同于宇航员今天常见的任务类型。

一个不洗澡和吞牙膏的人:宇航员日记

由于宇航员已经在距地球400公里的高度登上国际空间站,或者更确切地说,他在那里开始了第一次漂浮,他的身体将开始适应,或者他将全身心投入其中以适应环境。而他遇到的所有生活模式都将与他一生中习以为常的不同。

从需要特殊处理的个人护理和卫生开始,所有习惯都要改变。由于零重力环境中液体和水是不规则运动的,淋浴是绝对不可能的。这就是宇航员的不洗澡,而是用湿毛巾擦身,用无水“洗发水”洗头。

在太空中,不用水洗澡,而是用蘸有肥皂的毛巾擦拭身体

至于牙齿卫生,这个过程和它在地面上的情况并无太大区别。但是,应尽量闭上嘴巴,以免飞溅的飞沫飞出。如果飞出,这可能会伤害到眼睛。还有因为使用的糊状物是可食用的,因此应该吞咽,并且应该用任意湿布清洁嘴巴。

至于排便,有专门的马桶与吸管配合使用,然后通过房间(马桶)下方的风管将废物和废水带走,然后将固体压缩并储存以备后用。至于液体,则通过化学反应过程被回收并用于饮用水。由于资源稀缺,这是一种非常安全有效的方法。

宇航员的伙食:从肉泥餐到数百个品种

在伙食方面,这里的事情更详细。以前食物是先晒干或捣碎成牙膏的稠度,然后将其储存在铝管或铝罐中,这样可以在没有重力的环境中毫不费力地将其送到嘴里。俄罗斯宇航员尤里·加加林是第一个登上外太空的人,也是第一个在太空中用餐的人。他的餐点包括储存在定制管中的肉泥和巧克力酱。

随着时间的推移,直到今天,食物的质量已经得到改善和多样化,无论是在味道上,还是在形状上,都与地球上的食物非常相似。据专家介绍,宇航员的饮食除了有一些随时可以吃的零食外,还有三餐主食。因为宇航员每天必须要摄入2500卡路里的热量。食物分为以下几类:

(社交网站)

水果、蔬菜等生鲜食品,暂时放在冰箱里,但在两天内吃完,以免腐烂。之后不吃也不会出现问题,因为还有其他来源可以获取维生素和其他营养素;辐照食品,如暴露于电离辐射的肉类和奶制品,这可降低与微生物污染相关的风险,延长其寿命并保护宇航员免受疾病侵害;中等水分的食物,这些食物含有少量液体(水),足以防止细菌在其上生长,并且使用如干燥和腌制等多种工艺来制备这些食物;无需加工的天然形式的预制食品,例如即食的坚果、饼干和巧克力等。

有几个专门为宇航员准备食物的研究所和实验室负责监督食物的准备。例如,位于约翰逊航天中心的太空食品系统实验室,该实验室就负责为国际空间站上的美国宇航员准备食品。他们会备有近200种食物可供选择,还有一些宇航员在漫长的旅途中会比较喜欢吃的个人小菜。

保护身体:空间站健身操

除了身体准备和保持良好的健康状态之外,我们别无选择。因为缺乏重力对身体的影响十分危险,无论是骨骼钙化和侵蚀,还是重要器官无法正常完成任务。因为即使是最简单的任务,例如使用计算机,也会变得非常困难。

步行或在太空中行走会让人筋疲力尽,并且会给肌肉带来很大的压力并拉伤它们。这迫使宇航员们必须锻炼身体以保持身体健康。会配备跑步机和健身车(无轮胎),宇航员每天至少使用两个小时。还有一些滑轮和绳索,他们可以通过阻力练习来训练手部和肩部的肌肉,以保持它们的形状。

宇航员在国际空间站每日强制锻炼两小时以强身健体

虽然看起来,这是一个与地球完全不同的环境,但无论如何,这将是宇航员一生中最美好的经历。我们不应该忘记,在周末会有人坐在空间站的其中一个窗户前俯瞰地球。他凝视着那迷人的景色:有一个巨大的蓝色球体,上面分布着一些土地,上空是成群的白云。

这一幕难道不值得吗?

来源 : 电子网站