太空有間“房” ,“裝修”很講究
隨著長征五號B火箭的成功發射,國人期盼已久的中國空間站建設拉開了帷幕。在不久的將來,中國將擁有自己的長期有人照料的空間站。根據太空任務需求,航天員在空間站中的工作時間可能要持續半年到一年,這麼長的時間裡,生活環境、睡眠、洗澡、鍛煉等想要安排好可不簡單。
在太空微重力的狀態下,這些設施都要做出調整,使用起來也與地面上大不相同。那麼空間站中的這些設施到底有多講究?讓我們一起了解一下。
包裹全身的“床”
失重環境下,躺下和站著其實沒有區別,所以空間站的航天員不用躺在床上,而是可以在任何地方、以任何姿勢睡覺。但是這樣並不舒服,因為會有四處不著靠、自由下落的感覺;而且人在艙內飄來飄去,一不小心就會相互碰撞或撞到艙壁上,發生危險,所以航天員在空間站都是睡在睡袋裡。
航天員睡在睡袋裡
睡袋固定一端或兩端位置,人鑽進去後拉上拉鎖,只把頭露在外面,這樣既保暖又可起到固定作用。胳膊一般也要塞到睡袋裡,否則醒來時航天員說不定會被自己自由擺動的胳膊嚇一跳。當乘員比較多的時候,還可以在生活艙中設置“雙層床”。睡前務必要將身體繫牢,否則睡著後飄走可不是什麼美妙的感受。
為了減輕負荷、節約空間,航天員的睡袋都很輕便,疊起來佔地很小,選用衛生性能好的毛、棉、麻等材料製成。蘇聯禮炮5號空間站上採用的睡袋設有供手臂伸出的開口,足部設有通風口。歐空局設計了一種雙層充氣的新睡袋,充氣後睡袋拉緊,給人體施加一定壓力。這樣不僅可以改善胸部血液循環,還可以消除那種自由下落的不良感受。
除了睡袋,航天員休息還要準備很多東西。空間站裡各種儀器設備工作會產生噪聲,所以要戴隔音帽。太空中太陽每90分鐘升起一次,45分鐘後又落下,升起時整個艙內都被照亮,眼罩也必不可少。如果睡覺時頭部不通風,航天員呼出的二氧化碳會聚集在鼻子附近,超過一定濃度就會產生危險,所以還要有一個報警器監測氣體情況。太空中想要睡個好覺,真是太不容易了。
廚房餐廳“機關”多
如今航天員的太空食品越來越豐富,美味又營養,幾天不重樣。在空間站裡做飯倒是非常容易,廚房裡備有冷熱水管道、烤箱、各種餐具、乾濕抹布等,各類食品分裝在食品櫃和冰箱中,就餐時在烤箱裡預熱一下就好。最麻煩的食物是脫水食品,這種食品裝在塑料盒裡,食用前先把空心的針管插入盒內,按量注入熱水或冷水,還要充分揉搓,使水和食品混合均勻。
航天員吃的食物
空間站裡的餐桌是特製的,具有磁性,可以吸住食品容器、刀、叉、湯勺等餐具,並裝有水冷卻器和水加熱器。用餐時,航天員先將身體固定好,以免飄浮起來。
太空就餐時有很多事項要注意。吃飯時必須集中精力,不能漫不經心,動作要輕柔,調整呼吸,不把食物弄碎弄飛。咀嚼食物時不張嘴,要用鼻呼吸,以免食物從嘴裡飛出。所以“食不言”在這裡可不只是就餐“禮儀”哦!
在太空中,食物不會老老實實待在勺子裡,由於多數食物比較粘稠,所以有些食物會在勺底,有些會掛在勺邊甚至勺子尖上。把食物送到嘴邊的過程也要緩慢而仔細,避免食物碎塊飛起來到處漂浮。
太空零重力會導致腦充血,影響味覺,使人像感冒了一樣沒有食慾,所以一些航天員偏愛辛辣重口味的食物。不過辣椒面、胡椒面是不可能有的,鹽水和辣椒水都放在可擠壓的瓶子裡,需要航天員擠進嘴裡來調味。
供水系統非常複雜
空間站飲水系統非常複雜,由貯水容器、手動泵、防護組件和飲水裝置等部件組成,完全處於密閉狀態。
由於失重,杯子裡的水不能倒進嘴裡,航天員喝水時,首先打開防護組件開關,取出自己的引水管,把水嘴放入口中,再按按鈕來飲水。這個過程中,要確保沒有水滴漏出來,否則水滴可能會漂浮在空間站裡,被航天員吸入或滲入儀器設備中。
航天員喝水
空間站裡也可以享受各種飲料。把乾粉狀態的飲料裝進鋁袋裡,通過注水針向袋子裡加水,再插入吸管就可飲用了。所以航天員在太空中不僅可以喝水,也可以喝到茶水、可可、咖啡和其他果汁等。
把水從地面送進空間站,1公斤就要1萬美元,實在是令人心痛,所以空間站中的水大部分是就地製造。
一種方式是通過氫氧燃料電池獲得。電池中的氫和氧在催化劑的作用下生成水,經過冷卻器冷卻和消毒器淨化後進入貯水箱。美國航天飛機攜帶3個燃料電池,每天可以產生160公斤水,足夠航天員飲用。
另一種方式就是淨化水。2020年9月,美國宇航局把一個價值2300萬美元的馬桶送上空間站,它可以直接把尿液轉化為純淨水以供飲用,航天員形容它是“把昨天的咖啡變成了今天的咖啡”。
太空馬桶責任重大
空間站的馬桶責任重大,因為微重力會使任何物體到處飛……
空間站的馬桶不是抽水馬桶,是抽氣馬桶。馬桶可以男女通用,馬桶兩側各有一個把手,航天員方便時將把手向內拉,銬住大腿,這樣人就可以被固定住。馬桶中央有一個管道,管口有活動蓋板,周圍是一圈很小的吸孔。馬桶右側有控制桿,可以操作吸孔和蓋板的開關。
航天員使用的馬桶
方便時,航天員坐好後將控制桿向前推,蓋板和吸孔同時打開,大便就通過吸孔被吸走了。然後再將控制桿拉回原位,管口就被蓋上,吸泵也被關掉。
用過的衛生紙不能扔進便桶,便桶左側有專門的小桶,充當紙簍,它的功能類似真空吸塵器,衛生紙放進去後會被牢牢吸住,用完後這個小桶要放回到馬桶的背後。
此外,小便需要用到馬桶上的吸尿管,尿液由這根管子進入儲尿箱。針對不同性別的航天員,吸尿管的吸頭也有專門設計,不會讓尿液飄灑到外面。這一套操作非常複雜,航天員在任務前要反复練習如何使用太空馬桶。
前文提到的價值2300萬美元的太空馬桶,是美國宇航局用6年時間研製的,全稱“通用廢物管理系統”。它的材質為鈦合金,可以做到干濕分離,糞便和尿液分開儲存。糞便經過脫水壓平,裝到專用存儲容器中,送回地球用於科研。尿液可直接淨化為飲用水。未來,這套系統還將用於美國的載人登月計劃和前往火星的宇宙飛船等任務。
太空浴室使用率不高
辛苦工作一天,一身疲倦,洗個澡就會清爽很多,而如果長時間不洗澡,會讓人感覺很不舒服,在太空中也是如此。不過,航天員洗澡就非常麻煩了,因為既不能灑出一點水珠到艙內,也要注意不讓水飄進嘴和鼻子裡。
美國早期曾在天空實驗室中設置了淋浴間,那是一個密閉的塑料布套,還包括了水加溫器、手持噴頭和廢水吸收等裝置。此外,浴室的地板上還有1雙可以固定在飛船上的橡皮鞋。
洗澡時,航天員首先要把連接在浴室外的呼吸管套在嘴上,用夾子把鼻子夾住,避免水珠飄進鼻腔或嘴裡,穿上橡皮鞋,將自己固定到合適位置。洗澡時氮氣會把水從蓄水罐推送至噴頭,噴射到人身體上。浴室地板上有許多小孔,可以把洗澡後的髒水吸進廢水箱,這些廢水可以進入淨化設備,淨化後循環使用。
航天員在空間站上洗澡
這套設備使用起來非常複雜,和平號空間站中洗一次澡要3個半小時,其中加熱40分鐘,擦乾身體和設備25分鐘,還要花2個小時對設備進行消毒,真正用於洗澡的時間只有5分鐘。在使用幾次後,這套洗澡設備便由於供水管道故障等問題被棄置了。
蘇聯的禮炮7號空間站中,使用一種蒸桑拿的方法讓航天員清潔身體。洗澡設備將水轉化為水蒸氣,一次用水2.5升。航天員洗澡時要佩戴水下呼吸器和護目鏡,防止肥皂水進入眼睛和肺內,蒸完拿毛巾擦乾身體。
這兩種方式都很不方便,耗時很長。由於空間站中空氣潔淨,主要是人的皮質脫落,所以最簡單的方法就是乾洗、幹擦。國際空間站和我國“天宮二號”都是採用這種方案。航天員們使用洗澡巾、毛巾和洗澡袋,袋內裝有無需用水沖洗的浴液和洗髮液,洗澡時就拿特製毛巾擦一擦,再把水分回收就完事了。
健康器械絕不能少
長期生活在微重力環境裡,航天員會發生骨組織和肌肉組織流失,對身體損害很大。為了保持身體機能健康,空間站中會設置健身設施,供航天員鍛煉身體。
由於空間狹小,這些健身設施既要簡單、方便,又要能實現足夠的運動強度。其中最常用的是自行車、微型跑道和彈簧拉力器,這3種運動方式都是依靠彈簧彈力提供運動負荷。
自行車運動中,車架固定不動,航天員用安全帶把自己固定住,雙腳克服彈性帶的彈力蹬動車輪,自行車上的儀器會記錄下運動做功。
航天員使用自行車鍛煉
微型跑道是一個皮帶式的滾道,人跟著跑道走,需要克服490牛左右的皮帶拉力,通過這種方式,可以使骨骼—肌肉系統得到鍛煉。蘇聯航天員羅曼年科在11個月的太空飛行中曾使用微型跑道跑了1000多公里。
彈簧拉力器好像和地面上的沒什麼差別。
航天員在空間站上長期工作,需要定期檢查身體健康狀況,包括稱體重。由於處於失重狀態,人踩在體重計上是沒有顯示的,為此,科學家們發明了太空體重計。
航天員稱體重時,首先站到一個位於槓桿之上的踏板上,使踏板上的一根彈簧收縮,再用扳手鬆開彈簧,使彈簧發生振動。測量儀通過測量彈簧的振動幅度,即可測量出航天員的體重。
航天員在空間站的生活需要克服非常多的困難,科學家和航天工程師們一直在努力為航天員打造舒適的環境。中國正在建造的天宮空間站未來將會提供什麼樣的生活設施呢?讓我們拭目以待。