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我的宇宙级理想:成为航天员

2022-05-05吕默默

科学Fans 2022年4期
关键词:加加林杨利伟航天员

吕默默

摆脱地心引力,飞向太空,俯瞰这颗蓝色星球是很多人的梦想,如今能实现这个梦想的人几乎只有各国的航天员。曾有人类学家做过统计,从人类直立行走以来,一直到21世纪的今天,地球上大约生活过1000亿人,而真正去过太空的人类只有1000名左右,几乎是一亿分之一的概率。所以航天员们可谓天之骄子,如果你想成为航天员,那可是一个宇宙级的理想!

人类的“第一”:尤里·加加林

1961年4月12日,苏联宇航员尤里·加加林乘坐“东方一号”宇宙飞船成功绕地球飞行一圈后返回地面,成为进入太空第一人。

1934年,加加林出生在苏联斯摩棱斯克州的一个集体农庄里。童年对飞机的喜爱,促使他加入了萨拉托夫航空俱乐部,在业余时间学习飞行驾驶。

1955年,因为美苏“太空竞赛”的影响,各国开始重视航天事业。这一年,他成功考取了奥伦堡航空军事学校。两年后又被推荐到奥尼堡第一契卡洛夫空军飞行员学校,成为一名歼击机飞行员。也是这一年的10月4日,世界上第一颗人造卫星斯普特尼克1号,于拜科努尔航天中心发射升空。当时的苏联航天专家宣布,下一个目标是载人航天。

选拔第一批航天员和设计相关的飞船两个重要任务齐头并进。苏联相关部门选拔宇航员的要求也很特别:除了身体素质、飞行技术等指标之外,还特意要求第一个航天员个子不超过1.7米,这是因为设计的太空舱有空间限制。

选拔从1959年10月开始,最后加加林从3400多名空军飞行员中脱颖而出。当时选拔者给加加林的评价很高,用了很多词来称赞他:非常专注、反应迅速、智商很高、记忆出众、擅长数学、活泼幽默、想象丰富、体能超群。

加加林在通过了艰苦的训练之后,最终于1961年4月12日成为第一个进入太空的人类。

中国的“第一”:杨利伟

42年之后,2003年10月,在世界的东方,杨利伟搭乘神舟五号飞船,在轨飞行14圈,历时21小时23分,完成中国首次载人航天飞行。中国成为第三个能够独立开展载人航天活动的国家。

与加加林相似的是,杨利伟成为航天员之前,也是一名空军飞行员,而且也是来自一个普通家庭。

1965年6月21日,杨利伟出生在辽宁省葫芦岛市绥中县的一个普通家庭。上幼儿园时,他的名字还是“杨立伟”,等上了小学认了字,杨利伟觉得“站立”的“立”哪有“胜利”的“利”有气势啊,于是自己改成了“杨利伟”。

杨利伟与加加林还有一个相似点——从小喜欢飞行。当时他的家乡有个军用机场,有一年“八一”建军节,他在学校的组织下进行了参观。当银色的飞机腾空而起,看见飞行员穿着帅气的飞行衣,戴着飞行帽时,他已经暗下决心,自己也要冲上云霄。

怀揣着梦想,杨利伟终于在1983年6月顺利通过招飞考试,成为保定航校1700多名飞行学员中的一员。毕业后,杨利伟被分配到空军驻甘肃的一个飞行团。

1995年9月,经中央军委批准,从空军现役飞行员中选拔预备航天员。1996年初,886名飞行员参加外围体检和初选,杨利伟通过了多轮检查。经过数年的训练,载人航天工程指挥部于2003年10月14日,在酒泉卫星发射中心召开会议,确定杨利伟为首飞航天员,翟志刚、聂海胜为备份航天员。

杨利伟的首次太空之旅很顺利,2003年10月16日6时23分,返回舱降落在内蒙古四子王旗阿木古郎草原腹地,至此中国人首次完成太空飞行。

女性的“第一”:捷列什科娃

也许你有个疑问,无论是杨利伟还是加加林,难道只有男性才能被选拔为航天员吗?当然不是,早在1963年,世界上第一名女性航天员就已经进入了太空,这就是来自苏联的首位女航天员捷列什科娃。她也经历了数年的飞行员训练,然后经过在失重、高温、静音等环境下开展的航天员针对性训练后,被选定为东方六号飞船的第一顺位宇航员,并在6月16日顺利升空,成为人类历史上第一位进入太空的女性,也是迄今为止唯一一位单独驾驶宇航飞船完成太空飞行的女性。顺利返回地面后,捷列什科娃不仅成为苏联的英雄,更是全世界女性的偶像。

航天员这一行

是不是所有进入太空的人类都叫航天员?这个职业还有再分类吗?当然有,航天员是通过专门的训练以后,在太空中操纵载人航天器或在太空工作的各种人员的统称。换句话说,就如同工人的大统称一样,下边还有细分,比如建筑工人、钢铁冶炼工人、环卫工人等,航天员这个大统称之下也有很多分类。

首先,航天员可以分为职业和非职业两大类。

职业航天员是指专门从事航天飞行工作的航天员,而非职业航天员是临时到太空工作或活动的航天员,比如一些科学家和工程师。简单来说,一类航天员是经过严格的战斗机飞行和航天飞行训练的航天员,必须掌握飞行技巧。另一类则是有着研究目的的科学家和工程师,主要任务是在太空环境下研究相关专业和进行实验操作。

不过有些国家的航天员称呼也有所不同,但主要职责相同。拿美俄两国来举个例子,美国航天系统把航天员主要分成三类,分别为航天驾驶员、任务专家和载荷专家;俄罗斯把这三类叫作航天驾驶员、航天飞行工程师和载荷专家。虽然名字不同,但其实职业工作内容差不多,一类“开”飞船,一类工程师,一类做科研。无论哪一种称呼,执行哪一类航天任务,整个团队通常都有一位“指令长”,是乘组内的指挥。

分类不同,职责不同

航天驾驶员(Pilot)

航天驾驶员主要的任务是驾驶航天器或者飞船,簡单来说就是飞船的驾驶员,是负责航天器操纵与控制的航天员。这类航天员必须是职业航天员。

任务专家(Mission Specialist)

所谓的任务专家,听名字就知道这个职业的主要内容是执行航天任务,比如维修航天器,给航天器加装仪器,甚至平时的维护也是任务专家来做。除了舱内的航天任务,还有一些出舱的活动,例如舱外操纵遥控机械手释放或回收卫星、组装大型空间平台、修复航天器和设备。对太空或地球进行观察研究和科学实验等活动也都是任务专家来做。举个例子,去年我国的航天员安装调试舱外的机械臂就是任务专家在做,不过中国的第一批航天员都“多才多艺”,既是职业航天员,又是任务专家。

航天飞行工程师(Flight Engineer)

这个职业其实是任务专家在不同国家的不同称呼,例如在俄罗斯会把与任务专家相似的航天员叫作随船工程师,现在则称为航天飞行工程师,基本职能也与任务专家相似。

载荷专家(Payload Specialist)

要理解這个职业,首先要明白载荷是啥。载荷是指航天器上直接执行航天器飞行任务,完成航天器用户应用要求的仪器、设备或分系统。简单来说载荷就是在太空做科学实验所用到的各种仪器、设备、电脑等装备。有了这些载荷还得需要相关的科学家去操作仪器与进行实验,这类航天员就叫作载荷专家。在国际上这类载荷专家通常并不是像航天驾驶员那样,必须在优秀的飞行员里进行严格的选拔,大部分载荷专家是科学家或者工程师。这些“科研人员”通常在空间站上只进行相关的科学研究和实验工作,记录实验数据,分析整合数据传回地面。

明白了几类航天员的不同之后,再来看看这些航天员是如何选拔出来的吧。

航天员的选拔与培养

捋一捋“挑人”的逻辑

航天员的选拔也分类型,分批次。航天时期的任务不同,选拔人员的标准也有所不同。例如在载人航天的早期阶段,我国、美国和苏联选拔航天员的标准都十分严格。这是因为在载人航天的早期阶段,主要选拔的是航天员中的第一个职业类型,也就是航天驾驶员。这些航天驾驶员必须熟悉航空飞行技术,要有深厚的飞行经验,同时还应该具备良好的身体素质和心理素质,以便在紧急情况下冷静、果断处理意外问题,例如加加林在返回地球途中遇到电线缠绕飞船的问题,正是他的冷静处理最后才化险为夷。所以这个候选人必须是具备航空飞行经验的优秀空军飞行员。

度过载人航天试验器和建设期后,航天员的需求也会随之增加。除了航天驾驶员,还需要进行任务专家和载荷专家的选拔。这些航天员需要在太空中进行科学研究、生产和加工,甚至还需要对航天器进行维修,在不远的将来还需要登陆其他星球探险。因此这类航天员的选拔更加多样化,不仅可以从优秀飞行员中进行挑选,还需要挑选其他类型的人员作为任务专家(随船工程师)和载荷专家(科学家航天员)。这时,航天员的选拔条件就“放宽”一些了。

举个例子,当年美国进行第二批航天员选拔时,报名的范围扩大到航空俱乐部的成员和飞行大专院校的学生了。不过,这些航天员需要具备一定的学历和专长,比如要求候选人具有自然科学、医学或者工程学方面的博士学位或者同等学历。通过多年的航行,人们觉得失重飞行并不像初期时认为的那样可怕了,医学和生理功能检查也较初期放松了些,没有初期那么严格了。

严格的选拔

第一批航天员的选拔究竟有多严格呢?拿我国举例,要成为一名真正的航天员要经过两个阶段的选拔,第一阶段的选拔是从普通的候选人中挑选出合格者,成为预备航天员;第二阶段是经过长期的航天员训练,从预备航天员中挑选出可以真正承担飞行任务的航天员。

我国在进行第一批第一阶段的预备航天员选拔时,会有三次选拔。

第一关:初选

初选可以说是对身体和经验硬性条件最为严格的一次选拔,会邀请专业领域的各类专家执行相关标准。我国第一批预备航天员的基本条件是:具有坚定的意志、献身精神和良好的相容性,身高160~172厘米,体重55~70公斤,年龄25~35岁,必须是歼击机、强击机飞行员,并且累计飞行600小时以上,学历方面需要大专以上水平,在飞行成绩方面要达到优良,且无等级事故,无烟酒瘾,最近3年体检均为甲类。

第二关:临床医学选拔

这是航天员选拔中最关键的一关,在各类职业中执行的是最最严格的标准。在这个阶段,以前进行的普通体检不仅要重新做一遍,还会更严格。我国航天员医学选拔也分为两个阶段。第一阶段是让第一关选拔出来的800多名候选人在医院里进行一般的临床检查,通过这项检查优中选优选出60人至北京参加第二轮的住院临床复查。在医院

里进行各种临床体检,体检内容包括X透视、心电图、超声图、广泛的化验(血、尿、粪便等)、神经学检查、脑电、全面的心理测验和分析等。

除了普通医学检查,还会检查候选人的病史,因为有些疾病即使好了,现在身体无异样,但对航天来说可能是一个隐患。举个例子,有过高血压或者冠心病的人,即便在地面检查中一切指标正常,但在太空失重环境下,可能会重新诱发这些疾病,如果在执行任务中冠心病发作了,对自己和对整个任务乘组都会带来巨大的危险。另外,遗传类疾病筛选时也会排除直系家庭成员中患有精神类疾病、癫痫病或者有严重神经衰弱的候选人。这些人进入太空后,一旦失重环境诱发这类疾病,会很危险。

第三关:航天适应性选拔

因为航天环境非常特殊,有可能会经历失重、超重环境,甚至还有极端的缺氧条件,因为每个人对于这类环境的适应程度不同,所以必须进行选拔。如果说前两个阶段是选拔优秀的人,这些人员可以胜任包括飞行员在内的很多职业,第三阶段主要就为了选拔适合太空飞行的人。为此,航天医学家设计了很多专门的检测方法,可以检测出候选人对航天环境的适应能力。例如,为了防止航天运动病,进行了秋千、灌耳、转椅等前庭功能检查;为了挑选出心血管功能好的人,进行了头低位、站立位、下身负压、自行车运动等检查;为了评价候选人对抗超重的耐力,进行了离心机检查;为了选出缺氧耐力好的人,进行了低压舱检查等。

除了这些身体上的硬性医学条件之外,心理选拔也十分重要。我国的空间站常驻人员通常会经历180天的工作周期,在相对狭小的空间内居住和工作这么多天,心理素质必须要过硬。

如果通过了以上所有选拔,说明这位候选人已经具备了预备航天员的资格,但航天员的人数有限,最后还要由专家组成的评定委员会的综合评定来确定预备航天员的名单。

进入太空也不易

成为预备航天员就一定能进入太空吗?并没有这么简单,只有通过3~5年的航天员训练和培养后才有可能进入太空。在训练的每一年除了进行大体检之外,如果预备航天员心理出现了问题,也会被淘汰。

拿中国进入太空第一人杨利伟举个例子,他是一位拥有1350小时飞行经验的强击机和歼击机飞行员,在经历严格的初选和身体选拔之后,在长达两年的严格选拔中,最后与其他13名候选人从1500多名现役飞行员中脱颖而出。

加入航天员队伍后,迎接杨利伟的是更加严酷的训练。例如离心机训练,离心机形状就像一只巨大的铁钳,紧紧夹住旋转舱,在圆形的超重实验室里飞速旋转。超重值逐渐加大到自身重量的5倍、6倍,直至8.5倍,在这泰山压顶一般的“人造重力”压迫下,一般人会出现眼前发黑或意识丧失的情形,有时甚至威胁生命。如果在训练中,航天员感觉到无法承受的难受程度,随时可以按下眼前的警铃要求暂停训练,但这基本也意味着丧失了飞天样无数次极限训练中脱颖而出,他从来没格的训练和航天员培养过程后,他终于取得了终选的资格。这项选拔包括三个部分:身体健康检查的评定、年度医学与心理学健康的评定结果和训练项目的达标成绩与评语。

最最最关键的来了,终选合格的航天员也不一定能够上天。

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神舟五号飞行任务中,当时我国的第一梯队航天员由三位组成,分别是杨利伟、翟志刚和聂海胜。飞行前一天根据最后的状态评定,最终才确定是由杨利伟执行任务。苏联时期的载人航天也是如此,当时第一次载人任务也是由第一梯队执行任务,包括加加林和季托夫。但因为季托夫在之前的状态评定中过于紧张,各项指标比加加林要差一些,所以最后由加加林执行了任务。

我国的宇航员梯队

随着我国航天事业的高速发展,宇航员已经选拔了两批,就在2020年底前,我国载人航天工程第三批预备航天员选拔工作已正式结束。至此,我国的航天员队伍由第一批、第二批16名航天员和第三批18名航天员,共计34名航天员组成。目前包括执行任务的杨利伟、王亚平、聂海胜等职业航天员在内,主要任务是负责空间站的建造和运营维护。

已经进行的第三批航天员选拔,目的主要是空间站的运营。选拔对象除了空军飞行员,还包括科研院所的科学家和工程师,以及相关专家。18名航天员中有7名是航天飞行专家,主要负责航天器的运行;7名是航天飞行工程师,属于任务专家,负责空间站的维护和进一步建造任务,包括舱外的组装维修等;剩下的4名航天员则是载荷专家,也就是專业的科学家和工程师,主要在太空环境中进行相关的科学研究、医学研究和航天技术实验。

换句话说,如果大家的身体条件不足以胜任优秀的飞行员,也可以走科学家这条路进入空间站哦。

航天员在空间站里都干点啥?

这个问题的答案似乎很简单,肯定跟地面一样呗,除了吃饭、工作、娱乐和休息之外还能有啥?没错,还真就是这几方面的内容,但在太空里做这几样事情都有讲究,每一秒都很有意义。但航天员在空间站里最重要的事就是工作,工作也分成几个重要的部分。

空间站的日常管理

空间站是复杂而紧密的系统,平日里也需要维护,这时航天员就会变身检修人员,每天都要例行检查各个系统,例如生命保障系统、电子系统和核心系统等重要系统,确保这些系统稳定运行,排除隐患。同时也要充当仓库管理员,把每天使用的食物、水、备用零件和实验仪器药品准备好,确保空间站的“仓库”井井有条。

舱外活动与作业

把舱内工作做完之后,航天员们还会在计划下进行舱外作业。可能你有疑问:为啥航天员要到舱外去?要知道在太空环境中,航天员要面对真空、高低温、太阳辐射和微流星1等恶劣环境,这些因素让航天员时刻面临巨大风险。拿温度来说,这里有以90分钟为周期的±120°C的冷热变化。可以说在太空里,每在外边一秒钟都很危险。我国已经有了先进的舱外宇航服,就相当于一个小型的飞行器,可以为航天员提供8小时的压力防护、热防护、辐射防护以及氧气等生命保障。

穿上舱外航天服,航天员要进行太空行走以及在飞船内不能完成的工作。拿神舟十三号航天员乘组完成的第二次出舱任务举例,翟志刚、叶光富两位航天员配合将全景相机C抬升,舱外作业点脚限位器安装,同时进一步验证了核心舱气闸舱、舱外服、机械臂的功能与性能。这次出舱也是一次训练任务,进一步考核了出舱活动相关技术、舱内外航天员协同以及天地协同能力,为后续出舱活动进一步积累了经验。

总结来说,舱外的工作主要是以安装调试设备和维护空间站为主。

1微流星

也叫微流星体、微陨星、流星尘,通常产生于太阳系形成之际,是来自岩石或更大块碎片的碎裂物,典型成分是金属。在太空中,特别是在地球的附近,普遍存在着微流星体。这些微粒对太空风化过程起到了主要作用。当它们撞击月球或者没有大气层的天体(水星或小行星等)的表面时,会造成这些天体表面的熔解与蒸发,导致模糊、变暗等光学变化。

开展空间科学实验和技术实验

虽然我国的航天员主要以第一批和第二批为主,并且以航天驾驶员为主,但他们都是一人多能,同样也能展开空间科学实验。例如王亚平在太空授课中给大家展示的心肌细胞实验,在显微镜下闪闪发光,这是微重力环境下活的心肌细胞因为生物电脉冲而产生的明暗闪烁。中国的空间站目前搭载的实验柜能开展航天医学、空间生命学与生物技术、微重力流体物理与燃烧科学等技术研究。这些或多或少都需要航天员的操作和协作来进行。

进行航天员的自身健康管理

失重状态下,航天员的身体会发生很多改变,例如失重环境会导致航天员的血液分布发生改变,身体下肢的血液会上涌。进入空间站一段时间后,航天员的脸看起来比在地面要胖,这会带来一些身体上的问题。为此空间站里除了工作区之外,还设立了必备的卫生区、独立睡眠区和重要的锻炼区。

中国空间站的健身区,有太空自行车、太空跑台、抗阻锻炼装置等设施。这些设备与地面类似设备不同,是增加了重力模拟装置。宇航员就相当于在太空进行正常重力的环境运动。拿太空自行车来说,在锻炼期间可以通过增加间歇或者冲刺的运动状态,刺激航天员的心率,增加心血管的调节能力。在蹬车运动时,航天员还需佩戴专用的呼吸器强化心肺功能。这些数据都会被记录下来,反馈到地面医学专家进行分析,为之后的航天员积累经验。

航天员在空间站上无论是工作、用餐、休息还是锻炼,都会被记录下来,这些有用的经验,为人类更遥远的太空飞行和探索打下基础。

【自测】

你觉得自己长大后,有没有可能达到职业航天员初步选择标准。说不定通过努力,你也有机会飞向太空!

身体条件——

年龄段:25~35岁

身高:1.60~1.75米

体重:55~70公斤

其他要求——

语言是否清晰

有无地方口音

有无药瘾、酒瘾和烟瘾

是否偏食

是否易入睡

是否有打鼾

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