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从这里,飞向太空——探秘航天城
作者:未知 来源:中国青年报·中青在线记者 李雅娟 时间:2016-10-17 10:01:45 点击数:(0)0

9月27日,北京,中国航天员科研训练中心,记者在航天员进行模拟失重训练的水槽边采访。中国青年报·中青在线记者  陈剑/摄

 

在北京的北五环外,有一个特殊的区域,这里的街道、社区乃至酒店,不少以“航天”为名。这里,就是航天城。

中国航天员“起飞”的地方——中国航天员科研训练中心就坐落在航天城内。从2003年到2013年,10年间,已经有10位中国航天员从这里出发,飞向太空。

这一次,从地面到天宫二号有多远?

对航天员来说,除了393公里的空间距离之外,他们还需要经历上百项严苛的训练。近日,中国青年报·中青在线记者走进中国航天员科研训练中心,为您揭秘“飞天”背后的故事。

 

做航天员最坏的敌人和最好的朋友

一走进中国航天员科研训练中心模拟器大楼的大厅,就能看到几个醒目的大字:从这里走向太空。

当飞行任务临近时,模拟器是航天员们待得最久的地方,他们后期的训练几乎都在这儿进行。

模拟器,顾名思义,就是在地面上尽量模拟与飞行器相一致的环境。用航天训练模拟器研究室主任晁建刚的话说,就是“航天员所能看到、听到的,全由数据仿真起来”。

能仿真到什么程度?

在模拟器训练厅里,呈现在中国青年报·中青在线记者眼前的,有一个形似圆柱体的银白色舱体,它模拟的是天宫二号实验舱。晁建刚说,这个模拟器内部的布局、装饰跟天宫二号完全一样。

内部构造的一致,是模拟器最基本的功能,但它的迷人之处远不止于此。

再比如,航天员透过舷窗能看到太空场景,而晁建刚们根据实施的飞行轨迹,可以计算出在什么时间通过舷窗看到的地球是什么样的,从而为航天员模拟出来。

在模拟器训练厅里,依次陈列着3个模拟器,分别模拟神舟飞船的返回舱和轨道舱、神舟飞船和天宫二号对接后形成的组合体,以及航天员进行手控交互对接的模拟器。

早在执行神舟九号、神舟十号飞行任务时,这3个模拟器就已经投入使用,但与此前相比,模拟器在此次神舟十一号任务训练时又增加了新的功能。模拟器中的程序、舱内环境和工作原理都已按照神舟十一号和天宫二号的状态进行了重新设定。

尽管模拟器的设计已经努力向实际环境靠拢,但还是难免会有细小偏差,而根据每次飞行得到的实飞数据,设计者们又对其进行调整,使它的仿真程度跟实际越来越接近,乃至近乎完全一致。

训练中,航天员曾在舱内连续生活五六天,吃喝拉撒睡都在这个15立方米的圆形空间中进行。在训练过程中,还有心理医生为航天员做辅导,以便帮助航天员应对在狭小空间内长时间生活可能产生的心理问题。晁建刚介绍说,长期驻留中需要做的实验,也可以先在模拟器中进行。

训练过程中,晁建刚和同事们要绞尽脑汁为航天员出难题,用以模拟各种可能出现的故障和情况,来提升航天员的应对能力。“通过模拟各种故障,把他们的胆子练大。”晁建刚说,“不能让他们上了天之后抱怨,说没遇到过这种情况。”

“我们要做他们最坏的敌人和最好的朋友。”他说。

模拟器虽然全面呈现了航天员在太空中可见、可听、可操作的场景,但有一点无法模拟——失重。而这也正是太空环境对人体最严酷的考验之一。

人们在乘坐过山车、跳楼机、海盗船等游乐设施时,会经历短暂的失重状态,但航天员经历的失重时间要比这长得多。

最经典的模拟失重状态的方法是通过水槽。训练时,航天员们穿上水下训练航天服进入一个深数米的巨大水槽,然后在工作人员的帮助下加装铅块,达到既不上浮、也不下沉的状态。在这种情况下,航天员操作时的感觉与失重情况下类似。

在水槽中要训练多久?

航天模拟试验设备研究室主任马爱军说,训练时间的比例为1∶10,也就是说,航天员在天上待1小时,就要相应地在水槽中训练10个小时。

 

VR、AR技术走进载人航天领域

目前虚拟现实(VR)、增强现实(AR)技术已成为民用领域的一大热点,其实,早在几年前,VR技术便已在载人航天领域有所应用。

在模拟器大楼的一间实验室里,中国青年报·中青在线记者戴上VR头盔,亲身体验了虚拟现实技术的震撼效果。

戴上这个轻便的VR头盔,眼前的场景就是天宫二号内部,移动脚步或者用操作手柄选择舱内区域,就可以参观各处设施——可以看到带有固定粘条的桌子、墙上挂着的睡袋、健身设施等,被一块帘子遮挡着、不为人所见的则是航天员的私人空间。

将场景切换到舱外,一抬头,是在茫茫宇宙中闪烁的星星;如果俯首,就能看到蔚蓝色的地球,走动几步,感觉就如同在太空中漫步。通过操纵手柄,还能抓取舱外漂浮的物体,旋转手柄,则可以从不同角度观察它。

晁建刚说,VR技术可以弥补地面大型设备空间视觉展示能力的不足,它可以任意定制场景,效果也更加逼真。此外,VR技术可以设置一些无法模拟的故障。“比如火灾,我们不可能在模拟器中点把火。”晁建刚说,“但在虚拟现实中就可以。”不过,他说,虚拟现实技术目前尚未应用于航天员训练中,仅限于地面的技术支持。

据晁建刚介绍,增强现实(AR)技术比VR更为震撼。但由于技术保密的缘故,AR技术本次未向媒体开放。

晁建刚说,他们做模拟器的心愿就是:“太空那么大,(让航天员)代我们去看看。”

 

较长时间驻留太空,对航天员的身体有什么挑战

30天太空驻留,对航天员的身体考验不容忽视。血液的重新分布就是其中一个挑战。

飞船入轨时,由于重力作用变化,人体血液会进行重新分布——向头部集中——这就要求航天员的身体必须能进行迅速调节。

飞船返回大气层时,人体重新承受一个G的重力,血液又会进行腿向分布。而在太空中,航天员的血容量少于地面的正常状态,血液一向腿部分布,意味着脑供血会严重不足,需要更强有力的心肌收缩才能保证足够的供血,这极大考验了人体的心肺功能。

以上两种极端情况,都考验航天员心血管的快速反应能力。在健康体检中心,多角度旋转床和下体负压检查设备分别模拟以上两种情况,让航天员在平时就提前接受考验。

在这里,还有一个玻璃房,模拟的是海拔2800米的环境。航天员健康中心主任李勇枝介绍,这个房间也是为提升航天员身体素质而设计的,通过抽气装置降低室内氧含量,“让呼吸过苦日子,提高人体的生理潜能”。

李勇枝说,这些努力都是为了最大限度地延长航天员的职业生命。

除此之外,健康中心还要为航天员做常规的季度体检、年度体检,只有年终鉴定合格的,才能进入下一年的训练。执行任务前,也要再次进行检查。

航天员从太空返回地面后,航天员中心的任务依然繁重。

失重状态下,人体容易发生钙丢失,从而导致骨质疏松。航天医学基础与应用国家重点实验室副主任曲丽娜说,在太空,人体一个月的钙丢失量可达1%~2%,这相当于绝经后妇女一年的钙丢失量。航天员从天上返回后,会表现为立位耐力降低,即站不住、易疲劳。此外,还可能会产生体液代谢紊乱、心血管调节失调等状况,这些都需要采取措施对航天员的身体进行精心调理。

李勇枝说,经过悉心调理后,过去几位执行过任务的航天员都恢复了原有的健康水平。采访当天,中国青年报·中青在线记者见到了中国首位女航天员刘洋,她神采奕奕,笑容满面。

据介绍,一个奇特的现象是,在太空时,由于脊柱不再受压,航天员们的身高会普遍增加。返回地面后,经过一段时期才又逐渐恢复原状。

 

在天上一口气待一个月,航天员吃什么

本次任务中,两名航天员要在30天内完成几十项试(实)验,其中多数是专业性较强的科学实验,工作压力可想而知。

不过,与这些专业任务相比,普通人更好奇的可能是:在天上一口气待一个月,吃什么?穿什么?会不会太沉闷,有没有娱乐设施?而这种种情况,航天员科研训练中心的专家们都考虑到了。

负责航空食品的副研究员曹平告诉中国青年报·中青在线记者,本次为航天员供应的饮食比过去更加丰富,共有100多种食品。作为研制者,曹平要亲自品尝每一种食物和饮料。他感觉,本次任务携带的航空食品的味道、口感都还不错。

据负责航天服装的副研究员杨立众介绍,在轨时,航天员有舱内工作服、运动服、休闲服等七种服装,可以满足航天员在不同工作、生活场景的需要。

这次在太空中驻留时间较长,在天上,由于人体肌肉不再受到压力刺激,容易发生萎缩。为了保证航天员的身体机能正常,天宫二号中设有专门的健身房,配备有拉力器、自行车等设备。

航天员系统副总设计师黄伟芬说,除了日常工作,航天员们每天有1小时以上的自主支配时间。本次任务的指令长、航天员景海鹏笑着告诉记者,他挑了几十个G的歌曲和电影带上天,有人追问他歌曲名字时,景海鹏说,可以透露两首,一首是《在希望的田野上》,另一首是《我为祖国骄傲》。

 

 

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