航天员要经历多少考验,才能去太空
2021-08-27黄伟芬
我是中国航天员科研训练中心的研究员黄伟芬,也是国家载人航天工程航天员系统的副总设计师,负责航天员的选拔训练工作。“筑飞天摇篮,育民族英雄”是我的使命。
三十年前,我研究生毕业,留在了当时的国防科工委航天医学工程研究所工作,研究所后来改名为航天员科研训练中心。
那一年,国防科工委组织文艺会演,我们一群风华正茂的年轻人一起构思排练了一组歌舞:以“飞天舞”开篇,以“欢庆飞天成功”收尾,我们想表达的主题是:实现中华民族千年的飞天梦想。但当时,这只是心里的一个梦,我们也不知道这个梦想什么时候才能实现。
谁也没有想到,四年以后,也就是1992年9月21日,中央批准立项实施“国家载人航天工程”。又过了11年,2003年,我们经过努力终于实现了中华民族的飞天梦想,杨利伟成为第一个进入太空的中国人。
航天员是一个什么样的职业?航天员是人类开拓太空之路的先锋,是世人景仰的英雄,也是一个极具挑战和风险的职业。因为它具有工作环境特殊、职业技能复杂、飞行任务艰巨、危险性大的特点。不是每个人都能够胜任的。所以,航天员必须经过科学严格的选拔,进行科学全面的系统训练。
如果说航天员选拔是沙里淘金、千挑万选,那航天员训练就是千锤百炼、百炼成钢。
什么样的人能当航天员?
简单地说,候选人必须身心健康——身体素质要好,对航天环境有很好的耐力和适应性,而且心理素质要好,年龄、身高、体重、教育背景和职业背景都必须满足我们的要求。
航天员选拔包括预备航天员选拔和飞行乘组选拔两大类。
预备航天员选拔,就是从其他的职业人员中,挑选能达到我们的标准、基础好、能够取得参加训练资格的预备航天员,比如,我们会从飞行员中选航天驾驶员,从工程技术人员中选航天飞行工程师,从科学家中选载荷专家,在飞行中进行有效载荷的操作,完成各种科学实验。
这些标准有多严格呢?我举个例子,“临床医学选拔标准”里有120多个条款,每个条款又对应很多个医学问题的要求。所以,从本质上说,航天员选拔就是一个“优中选优”的过程。
航天员训练是一个漫长的征程。在这个过程中,他要经历持续不断的各种挑战、考验、检查和评定,而且,只要一天不退役,训练就不能终止。
航天员的训练有八大类,百余个科目,每个科目又有很多训练单元,所以,我们共有数千个训练单元,涉及医学、生理、心理,还有科学理论和工程技术,非常繁多。而且,有的项目是有危险的,比如航空飞行、跳伞,低压环境下做的出舱活动的训练。
我重点介绍一下“超重耐力”训练。“超重”是飞船在上升和返回过程中都会遇到的问题。超重有两个方向,一个是胸背向的作用,叫+Gx,主要会影响人的呼吸功能;另一个是头盆向的作用,叫+Gz,在超重情况下,血液会往腿部转移,头部就会缺血,首先你会逐渐感觉到视力模糊,然后看不见,我们叫“黑视”,然后可能丧失意识,这非常严重。人对这两个方向的超重耐力不同,对胸背向的超重耐力更强,头盆向耐力更弱,所以,发射的时候,航天员一般是仰卧位的姿态。
正常情况下,上升时超重4个G,不会超过5个G,返回时低一点,不会超过4个G,但是,应急逃逸救生的时候,过载就会比较大。比如,2018年10月11日俄罗斯的“联盟号”发射失败,两个航天员启动了紧急返回程序,安全返回,后来一个航天员说他当时感觉到有6到7个G的超重作用,感觉像有一块7倍体重的混凝土压在胸口,喘不过气来。
超重耐力的个体差异非常大。我们在做试验时,就遇到过一个受试者,离心机一转,他就马上喊停,他说离心机一转就觉得自己要被甩出去了。但是,合格的航天员需要做8个G,也就是说,相当于有8倍重量压在自己身上的时候,都能评优。
除了用离心机,我们还要做呼吸对抗动作的训练,让航天员掌握腹式呼吸。平常我们都用胸式呼吸,胸背向的超重作用主要是影响呼吸功能,所以航天员要学会腹式呼吸来对抗,然后还要进行腹肌力量的训练,这样的话耐力能提高1到2个G。
之所以设置八大类、多达数千个的训练单元,是希望通过这些训练,使航天员在正常情况下能够顺利完成任务,同时要考虑到出现应急故障时,他能有效处置,既能完成任务也能安全返回。
航天员完成了所有的训练,他也获得了飞行的机会——那么,接下来,他就要开始为出征进行相应的准备。
航天飞行是一个高风险的旅程。在人类航天史上,已经有22名航天员献出了宝贵的生命。“挑战者号”是在上升时爆炸的,“哥伦比亚号”在返回时爆炸。
如今,我们做载人航天工程,确实是在前人的基础上少走了很多弯路,我们六次载人飞行都比较顺利,比较圆满,没有发生这种极端的问题,但我们也经历过惊心动魄的时刻。
回顾载人航天发展史,人类就是不断地从实践中收获新的知识,积累丰富的经验,不断发展壮大。载人航天是“千人一心,万人一箭”的事业。载人航天之所以能取得成功,和我们工程上上下下的人,具有系统的观念、大局的意识、大协作的精神和科学的方法、态度以及严慎细实的工作作风,是分不开的。
从“神五”到“神十一”,航天员越来越多地承担了“太空科学家”的角色。其中,做实验最主要是从“神六”开始,“神七”主要是出舱活动,“神九”、“神十”和“神十一”三次任务中,航天员完成的实验是特别多的,有100多项空间科学技术研究的实验,其中,在“神十一”33天的飞行中,航天员承担了51项的科学试验和技术试验。除了这些,他们还做了一些公益活动,这些重要活动与实验加起来一共是59项。可以说,他们既是工程师,也是科学家,既是生物学家,又是菜农,既是职业的航天员,也是载人航天的形象大使,在各种角色之间进行转换。
我们来做关于航天知识的科普工作,其实是来播撒科学的种子,传播科学的精神,我觉得这是我们每一位科学家应该肩负的使命。也希望通过我们的耕耘,能让更多的种子生根发芽、开花结果。
拓展阅读
火箭起飞了。
在火箭上升到三四十公里的高度时,火箭和飞船开始急剧抖动,产生了共振。这让我感到非常痛苦。
人体对10赫兹以下的低频振动非常敏感,它会让人的内脏产生共振。而这时不单单是低频振动的问题,是这个新的振动叠加在大约6G的一个负荷上。这种叠加太可怕了,我们从来没有进行过这种训练。
意外出现了。共振以曲线形式变化着,痛苦的感觉越来越强烈,五脏六腑似乎都要碎了。
共振持续26秒后,慢慢减轻。我从极度难受的狀态解脱出来,一切不适都不见了,感到一种从未有过的轻松和舒服,如释千斤重负,如同一次重生。但在痛苦的极点,就在刚才短短一刹那,我真的以为自己要牺牲了。
在空中度过那难以承受的26秒时,不仅我感觉特别漫长,地面的工作人员也陷入了空前的紧张中。因为通过大屏幕,飞船传回来的画面是定格的,我整个人一动不动,眼睛也不眨。大家都担心我是不是出了什么事故。
后来,整流罩打开,外面的光线透过舷窗一下子照射进来,阳光很刺眼,我的眼睛忍不住眨了一下。就这一下,指挥大厅有人大声喊道:“快看啊,他眨眼了,利伟还活着!”所有的人都鼓掌欢呼起来。