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航天员是怎么练成的

2021-12-15本刊综合

发明与创新 2021年48期
关键词:转椅模拟器飞天

◎本刊综合

2021年9月神舟十二号完美返航,2021年10月神舟十三号顺利出征,中国人奔向星辰大海的步伐不断向前,一批又一批“摘星人”筑梦太空,问鼎九天。

图1 2018年1月25日,中共中央宣传部向全社会公开发布航天员群体的先进事迹,授予他们“时代楷模”荣誉称号,图为12名航天员代表在发布仪式现场庄严宣誓(图/新华社 王泗江 摄)

发展航天事业,建设航天强国,是中国航天人不懈追求的梦。组建于1998年的中国人民解放军航天员大队,就是一个伴随我国航天事业发展壮大的英雄群体。20多年来,全体航天员仰望星空、脚踏实地,刻苦训练、为国出征,取得了多个飞天奇迹,他们不断刷新着中国人的飞天高度,在太空书写了壮丽的精神史诗。

航天员和一般职业不同,他们往往身兼指挥员、驾驶员、工程技术人员、科研人员、天文学家、医生、机械修理工等数职。选拔航天员的过程异常严格,成千上万名候选人经过重重关卡,才有十几个人被选为后备航天员。这些人也并非都能上天,他们得经历长期艰苦甚至极限负荷的航天员训练,最终仅一位或几位航天员能执行飞天任务。

你知道中国航天员是怎么练成的吗?一起来看看航天员的训练吧!

◆ 离心机训练 ◆

离心机训练是大部分航天员最深刻的记忆。该训练主要是为了模拟载人航天器上升和返回时的持续超重状态,使航天员具备在超重环境下正常操纵飞船和通信系统的能力。

在高速旋转的离心机中,常人只能承受3至4倍重力加速度,而航天员要承载8倍重力加速度,相当于8个自己压在身上。

图2 离心机(图/中央电视台国防军事频道《军事纪实》栏目截图)

训练时,钢臂和球形舱飞快旋转,航天员坐在舱内,其面部肌肉会因强大的牵引力而严重变形,眼泪不自觉地往外流,同时感到呼吸困难。这时航天员不仅要练习各种抗负荷动作,还要判断信号,回答提问。

航天员手边有一个红色按钮,训练过程中如果觉得自己挺不下去了,按下就可以停止训练,然而,自中国人民解放军航天员大队成立以来,20多年无一人按过这个按钮。

◆ 模拟器训练 ◆

在中国航天员科研训练中心模拟器训练厅里,陈列着3个模拟器,分别是模拟神舟飞船和空间实验室对接后形成的组合体、神舟飞船的返回舱和轨道舱以及航天员进行手控交会对接的模拟器,这是航天员最主要的训练设备。

图3 航天员景海鹏(中)、刘洋(右)、刘旺在组合体目标飞行模拟器中进行操作训练(图/新华社 朱九通 摄)

由于载人飞船飞行环境的特殊性,为确保万无一失,真实飞船在发射前需进行多方测试,航天员要在航天飞行模拟器中完成座舱环境模拟、运动模拟、飞行模拟等一系列训练。长期驻留时需要做的实验也会先在模拟器中进行。

◆ 模拟失重水槽训练 ◆

模拟失重水槽训练是在模拟太空失重的条件下进行的舱外活动训练。航天员要在太空中进行的工作操作,需先在水下按程序模拟操作。

图4 航天员聂海胜进行空间站任务模拟失重水槽训练(图/新华网 徐部 摄)

训练中,航天员需穿着60多千克的训练服,演练出舱活动作业程序,掌握失重状态下运动的协调性以及姿态控制、空间运动、空间操作、运送货物和维修作业等活动的方法和技巧。

航天员每次要训练四五个小时,每次训练完体重都会减轻。中国航天第一人杨利伟曾说:“航天员在水下训练完回来后,有时候吃饭拿筷子都费劲……”

◆ 前庭功能训练 ◆

神舟九号飞天时,航天员刘洋曾在天宫一号里淡定地挥舞着太极拳。其实,在太空中的日子并不像看起来那么好过。“在失重的太空,全身的血液都会向头部集中,脑袋就会肿胀,眼睛充血、鼻塞,就像患了感冒。”杨利伟如此形容在太空的感受。航天员聂海胜也说,进入太空后就像在地面头朝下倒立久了的感觉。

图5 航天员刘洋进行转椅训练(图/央视网 朱九通 摄)

在太空中,由于失重对人体前庭器官的作用,航天员易患运动病,出现恶心、呕吐等症状,严重影响身体健康和工作,这时就需要进行前庭功能训练。

转椅训练主要用于提高航天员对运动病和眩晕的耐受能力。当航天员坐在转椅上时,两眼要戴上眼罩,将头、脚及双臂固定好。转椅启动后,每2秒转一圈。普通人在转动的椅子上不一会儿就会感到头晕眼花、心脏狂跳,而航天员转椅训练每次时长需达到15分钟。

除了转椅训练,电动秋千训练也被用于训练航天员的前庭功能。电动秋千是一个高十几米的钢架,钢架下悬吊着一个方形小厢,秋千荡起时,方形小厢前后能荡出15米。

◆ 血液重新分布训练 ◆

正常情况下,人体大部分血液囤积在下肢,其他部分的血液参与血液循环。然而到了太空失重环境下,囤积在下肢的血液会减少,参加循环的血液会增加,航天员体内的血液会因失重而向头部转移。

为了提高对失重环境的适应能力,航天员需要接受血液重新分布训练——躺在一张特制的倾斜床上,训练时,这张床会通过变换各种角度来调节他们体内的血液分布。参加这种训练时往往会出现头胀、结膜充血等症状,严重时会出现胸闷、失眠等症状。

◆ 救生与生存训练 ◆

图6 航天员王亚平在沙漠进行野外生存训练(图/新华网 陈斌 摄)

载人航天存在许多不可预知的风险,如何避免险情以及危险到来时如何进行救生和生存,就成为一项重要的训练内容。为保障航天员的安全,从飞行器待发段、上升段、轨道运行段、返回段、着陆各个时期都备有救生方案。

救生与生存训练主要针对载人航天飞行任务飞船应急返回着陆沙漠或海上等特殊情况,使航天员进一步掌握救生物品的使用方法,提高其在特殊环境中的生存能力,增强团队协作能力和凝聚力。

◆ 冲击训练 ◆

在航天员科研训练中心里有一个“冲击塔室”,内有一座约4层楼高的绿色铁塔。它的作用是模拟飞船返回地球时的冲击环境,从而增强人的抗冲击耐力。

人们在游乐场坐过山车等项目从高台往下俯冲时,心脏像要从喉咙跳出来似的令人窒息,滋味很不好受。游乐场的俯冲还有一定的坡度,而在冲击塔室里毫无缓冲,从塔顶直接坠入塔底的水池。尽管只有短短的几秒钟,但航天员所受到的生理和心理冲击是常人难以想象的。

◆ 听力训练 ◆

在飞船发射和返回过程中,传导到舱内的噪声会很大。轨道飞行阶段,舱内设备产生的噪声也很难避免。在听力训练场所,会用飞行中遇到的噪声频率对航天员进行听力训练。

图7 2013年,航天员费俊龙在声学实验舱进行听力实验(图/央视网 朱九通 摄)

你以为经受住这些就可以上天了吗?其实,航天员的训练远不止这些,还需要完成基础理论培训、专业技术知识和单项操作技能训练等100多个科目的训练和考核。

就算经历了这些“残酷”的训练,也不一定有机会执行航天任务。比如首批入选航天员队伍的邓清明,到目前还没有机会执行神舟任务,还有李庆龙、吴杰、陈全、赵传东、潘占春等航天员,他们未曾飞天却已退役。他们同样是中国的飞天英雄,他们的名字值得被我们记住。

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