宇航员在太空的生活(航天员在太空吃喝拉撒怎么解决)

又到了我们的神舟飞船发射的日子了,时间过得真快,大家掐着指头算算日子。从2003年的10月15日,杨利伟乘坐神州5号载人飞船进入太空算起,到现在已经是整整18年了。18年啊,足够一个孩子长大成人念大学了,真是挺感慨的。



这一次,我们的神州13号飞船把翟志刚王亚平叶光富3位航天员送入了太空,翟志刚是老手了,担任指令长,王亚平是女航天员,也上过太空,倒是叶光富从来没上去过,算是新手吧。发射的过程倒是很顺利,其中有一幕画面是火箭和月亮同框,那倒是显得非常漂亮。



这一次神舟13号和以往都不太一样,这次采用的是径向对接。天宫空间站的节点舱有四个对接口,左右两个对接口是专门用来对接大型舱段的,未来要和梦天号以及问天号对接。尾部还有一个对接口,不过尾部的这个对接口通常是用来对接天舟货运飞船的。只剩下前向和径向两个对接口是用来对接神舟载人飞船的。


神舟12和神舟13交接班采用的是“先下后上”的方式。如果未来要在空间站实现交接班,那么必须是先上后下。也就是说我们的空间站要同时对接两艘神舟飞船。这时候前向对接口已经被第1艘飞船占据了。第2艘飞船就只能对接下边的那个接口,也就是径向对接口。所以,径向对接也是必须掌握的一项技术。


神舟13号径向对接成功


径向对接口和前向对接口是不一样的。前向对接就好比您从屁股后头追着公交车跑,没有左右上下偏移的问题,只有前后远近追的上追不上的问题。径向对接就麻烦多了,就好比你要从公交车的侧门上车,可是公交车在横着运动,你要考虑的不仅仅是前后距离,还有左右偏移。显然要比从屁股后边追麻烦多了。


在太空里是三维运动。那是上下左右前后全都要考虑,全都要对准。麻烦程度大大增加。不过这次对接还算顺利,全都是计算机操纵自动完成的。


王亚平的“马尾”变成了“冲天辫”


现在,他们已经顺利的进入了天宫空间站,毕竟是第一次上来嘛,看着哪儿都新鲜。王亚平扎了个马尾辫,在太空失重的环境下飘起来了,变成冲天辫了,以前只在动漫里见过,没想到这回见到真人版了。


这次任务的时间长达六个月,期间也会遇上新舱段发射对接,空间站的体积会加大很多。而且他们还有好几次出舱行走的机会。王亚平将会成为我国第一个实现太空行走的女航天员。


我国目前只有两名女性宇航员,一个刘洋一个王亚平。刘洋是1978年生的,王亚平是1980年的。屈指一算,她这个80后都41岁了。其实欧美的宇航员岁数也都不小了,因为美国从2011年以后就失去了把人送入太空的能力,那么多人只能排着队等着搭乘俄罗斯的联盟号飞船,一次才运3个人,后边有一大批人排大队等不上。所以一直等到40来岁才有机会,甚至是50来岁才上太空。现在美国靠龙飞船恢复了载人航天的能力,这个情况应该能缓解一点。


这一次,航天员要在太空里驻留半年之久。比上一次神州12号的3个航天员居住的时间长了一倍。人类在空间站长期驻留,原本不是问题的问题,也就成了问题。人是离不开吃喝拉撒睡的。在太空这个封闭空间里,也还是这些老问题。


首先从吃说起吧。在太空里,是不可能像我们地面这样想吃什么吃什么的,您没事点个外卖,太空超出服务范围,人家不送。


俄罗斯的航天食品


毫无疑问,太空里的食物都是地面上做好了带上去的。那就涉及到保存的问题,比较常见的是罐头食品和脱水食品。脱水食品啊,顾名思义都是“干的”,在太空里拿水泡开了才能吃,拿微波炉转一转就能吃热的了。


自然型食品就是普通食品,想必大家也都看到聂海胜他们3个航天员在天宫空间站里啃苹果的视频了,看他们仨吃得那叫一个开心啊。汤洪波啃得最快,扎着马步就把苹果啃完了,弄得国外的网友都羡慕嫉妒恨,苹果就属于自然型食品。



不过那自然型食品不会太多,苹果份量也不轻,自然是不能多带。大部分还是脱水食品。口感上其实是有一些问题的。也有一些新型的航天食品对口感的影响比较小,比如说辐照食品。


国际空间站里的汉堡包


国际空间站上,肉类和面包通常是用这种方法处理的。日本人是到哪儿都忘不了拉面,韩国人到哪儿都忘不了泡菜。他们把泡菜和泡面做成了辐照食品,也就是说用高剂量的伽马射线照射,经过这样处理的食品是可以保存很长时间的,而且基本不破坏原来的营养成分。


太空拉面


NASA研究用红色LED来培养植物


现在国际空间站也开始供应一些新鲜的水果和蔬菜,数量也并不多。我们的天宫空间站上未来应该也能提供新鲜的水果和蔬菜,因为我们中华民族是一个非常擅长种菜的民族。那真是走到哪儿种到哪儿,到太空也不能例外。而且,我国已经制定了登陆火星的计划,在太空里种菜就不仅仅是个爱好,而是一个必须要面对的技术难关。去火星的路途可是非常漫长的,中间也得不到任何补给,那就只能全靠自己了。


俄罗斯和其他国家合作搞了一个“火星500”试验。从全世界招募了几名志愿者。在一个封闭的实验舱里生活足足520天。一切资源都是事先存放在实验舱里的,和外界的通讯联系也有很大的延迟。就是为了模拟飞船飞向火星的生活状态。我们中国也有一个志愿者叫王跃参与了这个实验。他面临的最大的困难就是吃饭,500多天吃不到中国菜。他实在是太想念家乡的味道了,想吃个拉条子,可惜实验舱里面没有啊。再说,俄罗斯提供的航天食品虽然也尽量做到味道可口,但是真要吃上好几个月,吃上一年多,估计您都能吃出心理阴影。


王跃走出火星500实验舱


所以在太空里种菜就成为一个非常好的补充。这是对士气最大的提振。当然啦,毕竟太空嘛,你想吃个炒菜,西红柿炒鸡蛋?那肯定是不行的。你最多做个蔬菜水果沙拉,或者你教外国宇航员拍黄瓜,这也是凉拌的。吃不完可以放在冰箱里,空间站里也有冰箱,保存几天没问题。


最后,还有非常重要的一大类食品叫功能食品,其实就是为了补充航天员身体所需的各种营养成分。太空里的环境和地面毕竟不一样。他们对抗辐射要求很高。那么也就需要提高食品中的天然抗氧化剂的含量,比如说原花青素、Ω-3脂肪酸,甚至是植物的膳食纤维都可以预防或者是改善辐射造成的伤害。


还有,在失重环境下,宇航员的肠道菌群也可能退化。所以呢,还需要考虑增加一些富含益生菌的食品。意大利人曾经把普通酸奶加上蓝莓作冻干处理带上太空。在地上是民以食为天,在太空里也是一样,吃饭从来都是头等大事。


当然啦。空间站肯定是备有常用的药品的,因为航天员在太空里生了病,那可不是闹着玩的。当然有些事儿不属于生病,比如说女性的生理期。我们这次可是有女性宇航员上太空的哦,来大姨妈了怎么办呢?她在太空里起码碰到6次。有人觉得在太空里完全失重状态下,会不会造成什么麻烦?其实这种事大可不必担心,和在地球上并没有太大区别。


佩姬·惠特森


如今上过太空的女宇航员不少,而且有些人在太空里面住的时间也不短,创造纪录最多的是美国的女宇航员佩姬·惠特森,人家在太空里累积居住了666天,单次最长记录是290天,总共执行过10次太空行走。人家没受到什么困扰,感觉和在地球上差不多。


只有一件事,女航天员们必须要小心点,那就是别让血液混入水回收系统。因为在空间站里所有的水资源都是要回收的,一滴都不能浪费。回收系统有处理人类尿液的能力,但是没有处理人类血液的能力。


空间站是离不开水的,你总要洗洗涮涮吧,早上起来刷牙洗脸,上厕所也要冲水。再加上人要喝水,喝水就会产生尿液。加起来大概是2公斤。人也会出汗,也会呼吸,也在向外排出水蒸气,一天下来会向外排出1.8公斤。我们的空间站一般来讲是住3个人,一天下来要消耗11公斤的水。这些水全都不能浪费,全都是要回收的。


和平号的水回收处理流程


卫生用水是从下水道进行收集的。航天员的尿液是从厕所收集的,冷凝水是从空气循环系统收集的。这是3条不同的线路,俄罗斯人的和平号空间站在处理这3种水的时候,可以说是泾渭分明,井水不犯河水。你洗洗涮涮用的那些水,在净化回收以后还是用来洗洗涮涮。舱内收集到的那些冷凝水,最后经过净化处理以后,主要用来给宇航员喝。尿液经过净化以后,用来电解制造氧气。这完全是三条独立的路线。如果水量不够的话,只能靠地面补充,用进步号货运飞船定期补给。


国际空间站水回收处理流程


美国人在国际空间站上采用的技术就完全不一样了,尿液要经过预处理,利用真空让尿液在低温下沸腾蒸发,然后再压缩。获得尿液蒸馏水。然后把三种水混在一起,统一净化处理,最后达到饮用水标准。这种饮用水比地上的自来水还要干净很多,可以直接喝。但是俄罗斯人心理上过不了这个坎儿,一开始还不怎么愿意,后来也就慢慢接受了。


那我国的天宫空间站又是怎么处理的呢?据我查到的资料,过程跟俄罗斯是类似的,尿液蒸馏水最终是用作电解水产生氧气,并不是直接用来喝的。当然水是不可能100%回收的,尿液处理以后,剩下一点点高浓度的废水,还有压缩处理过的粪便,以及其他的一切垃圾,都要装进货运飞船,仍进大气层里烧掉,一了百了了。说实话,太空里体验最差的就是上大号,没有之一。后续处理也是最麻烦的。目前有一些方案是利用微生物对粪便进行处理,但是也还停留在实验室阶段。


洗衣服呢?算了,不洗了。直接换新的,反正空间站里不冷不热,保持恒温,穿的衣服也不厚,更换的衣服多带几件就OK啦。大不了等补给飞船来了把脏衣服丢进去呗,随同其他垃圾一起扔进大气层烧掉。


空间站里的空气成分和地面上差不多。21%氧气 78%氮气。氮气不消耗,基本上属于打酱油,始终在空间站大环境里面循环,氧气是靠电解水制造出来的。有人以为,飞船和空间站里面用的氧气是用的液氧。其实不是这样,因为液氧是非常活泼的元素,不安全。能不用咱尽量不用。水是比较安全的东西,而且容易保存,需要的时候电解水就可以制造氧气了。所以空间站里的水资源还是呼吸系统的重要环节。


萨巴蒂尔反应


人呼吸是会产生二氧化碳的,这些二氧化碳也不能浪费,一个二氧化碳分子上挂着两个氧原子呢,必须给它扯下来。如果要充分利用,可以让二氧化碳和氢气进行萨巴蒂尔反应,最后变成甲烷和水。水就留着用了,甲烷可以排到太空里了。


当然有人说,过去化学课上老师教了,太空里面吸收二氧化碳,用的是氢氧化锂。这话当然也没错。只是开飞船上去绕几天,靠氢氧化锂还算靠谱。3个大活人在空间站驻6个月,靠氢氧化锂吸收二氧化碳显然是不行的,还是要依靠循环处理系统才行。


在2010年,国际空间站的水处理系统曾经出过一次故障。是宇航员的尿液之中钙浓度超标导致系统出现堵塞。为什么宇航员的尿中钙含量会超标呢?这就是因为在太空里,人骨骼中的钙会逐渐流失。经过一系列的化学反应,最终形成了硫酸钙,硫酸钙是微溶于水的,是粉笔的主要成分。这东西堵住了尿液净化装置。



我们的骨骼是一个非常活跃的器官,实际上骨骼能对外界刺激做出各种各样的反应。人在地球上站立,实际上承受了全身的重量,时时刻刻都感受到重力的刺激,如果骨骼接收不到这些外界刺激的话,就会出现钙流失。主要是因为在失重环境下,骨形成和骨吸收的细胞分子平衡被打破。骨形成少了点,骨吸收多了点。时间长了就会出现骨质疏松,而且肌肉也会跟着萎缩失去弹性。根据现在的资料,在失重状态下,骨骼的密度平均每个月会下降1%~2%。可是在地球表面,哪怕是老年人,每年才下降1%。可见钙质流失对宇航员的健康威胁有多大。


所以呢,宇航员只能加强锻炼,把缺少重力所造成的影响尽量补回来。所以大家也可以看到。空间站里的航天员经常在做各种运动。但是即便如此。国际空间站上仍然出现了尿液处理系统被过高的含钙量堵塞的问题。由此可见,即便是拼命锻炼,也只能缓解钙的流失,而没有办法完全解决问题。


航天员在锻炼身体


长时间居住在太空环境下带来的问题不仅仅是生理上的,还有心理上的。如果是天天绕着近地轨道转悠,那还好一点,起码你能看到自己的家乡可以缓解一下思乡之情。要是去火星,地球会在你的身后变得越来越小,最后变成一个小蓝点。在这样的情况下,人的心理上又会出现什么样的问题呢?我们前面曾经提到过,在俄罗斯搞了一次“火星500”试验。6名志愿者在实验舱里足足憋了520天,他们都带着生理检测设备,最终数据发表在了美国国家科学院院刊上。


结果显示,这几个志愿者的运动功能减退了。说白了就是憋在狭小的试验舱里,大家运动太少。不是看书看电视,就是在打游戏,反正就是懒得动弹。模拟任务的最后几个月,有3个志愿者比他们刚进来的时候每天多睡一个钟头,他们的睡眠时间都变长了。这还只是在地面模拟的情况,他们毕竟不需要接受失重的考验,如果真的是去火星,天知道会出现什么样的问题。


火星500实验舱内部


所以在太空里长时间居住,接受的挑战其实是很大的。你别忘了航天员去空间站是上去工作的,不是上去休闲的。他们早上起来以后洗漱完毕,吃完早饭也要开例会。每天都有繁重的工作在等着他们,他们必须保持高昂的斗志。说实话真的挺不容易的。


要不说这些可爱的航天员都是英雄呢,他们付出的真的很多。

来源:科学史评话

编辑:岷客