书城科普读物神秘的太空世界丛书:人类星外根据地-太空站
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第8章 空间站的奥秘(2)

制导就是导引和控制飞行器按一定规律飞向目标或预定轨道的技术和方法。制导过程中,导引系统不断测定飞行器与目标或预定轨道的相对位置关系,发出制导信息传递给飞行器控制系统,以控制飞行。分有线制导、无线电制导、雷达制导、红外制导、激光制导、音响制导、地磁制导、惯性制导和天文制导等。

返回舱的控制

某返回舱当空间站上的返回部分如对接后的飞船或其他的返回飞行器需要返回地面时,要控制的内容就更多了。首先要实现返回飞行器与空间站本体的分离,为了使它能够进入返回轨道,要使它转过一个特定的角度,然后发动机工作,使它脱离运行轨道,进入返回轨道方向。

在返回舱的返回过程中,仍然需要控制,使它按规定的姿态飞行,像“联盟”号飞船要保持大头朝前的飞行姿态,而且在返回过程中还要不断地控制其摆动,目的是调整它的落点,准确着陆。而航天飞机的返回仍然需要控制它的位置。要了解掌握它的工作状态,必要的时候要对它发一些命令,完成一些临时的任务。从这个意义来讲,空间站的测控与其他类型的飞行器的测控没有本质的区别。但是,由于空间站是有人的,可以主动进行一系列的工作。如此一来,载人空间站的测控又与其他类型的飞行器的测控有很大的区别和更高的要求,因而系统的组成也就更加复杂。下面简单介绍这些系统组成。

(1)跟踪测轨

事实上,测控系统的任务首先是跟踪测轨。跟踪测轨设备的任务就是通过空间站和地面上的设备不断相互发送信息,经地面站处理后用以确定空间站的运动状况,比如轨道高度、轨道倾角等。

(2)遥测设备

空间站上的遥测设备,是了解空间站工作状况的有效手段。通过装在空间站上的传感器,可以感受测量空间站的各种工程参数。如舱内的温度、舱内压力、电压等,地面通过这些数据就可以判断空间站上的各种设备是否工作正常,空间站目前的工作状态如何。另外,在宇航员身上的典型部位均安装了各种传感器,可以观察监视宇航员的身体健康状况和在空间条件下工作时各种生理特征的变化和反应。

(3)遥控部分

当空间站或宇航员出现异常情况时,我们不能束手无策。这时,地面指挥系统就要向空间站的设备或宇航员发出遥控指令,命令空间站完成某些临时的动作,这就是遥控部分的任务。

(4)宇航员打电话

资料显示,在空间站每个宇航员的头盔上及生活工作舱内,都配备接收器即耳机和送话器,可以进行宇航员之间的通话交谈、宇航员与指挥中心的通话,当然还可以接收家属及其他人员的鼓励、问候。另外,在交会对接过程中及对接后均可以进行两个飞行器之间宇航员的通话。

(5)电视传输

事实上,另一个传输信息的重要手段就是电视传输设备。这里电视的主要功能并不是收看节目,因为在太空里是收不到地球上的电视信号的。因为在空间站生活工作舱内设置有摄像机和电视机,还有电视监视器、电视信息发射机等,用以监看航天器上的摄像装置拍下的画面,还可以通过这些设备观察工作数据的显示。

(6)空间站里的大屏幕

为了使宇航员更加有效地工作,随时可以方便地看到空间站和自身的各种参数及工作状态,做到心中有数,在空间站上还为宇航员配备了数据显示系统,正对宇航员的视线装有一个甚至几个大的显示屏。在这显示屏上有文字显示,空间站上重要的系统参数始终按类型在显示屏上显示,同时空间站的控制效果以及宇航员的生理参数等均在屏上显示。还有一个飞行轨迹的显示,随着空间站的运行同步移动,不管他们飞在任何地方,在显示屏上都能看得到一条彩色的线始终在有地图背景的显示屏上走,显示目前空间站所处的地理位置,使宇航员随时了解自己处于地球上哪个位置的上空。

另外,除了重要参数的经常显示外,其他的系统及设备参数都储存于计算机中,宇航员如果想了解哪个系统的工作状况,随时可以用键盘调出参数进行查看,以便于掌握情况。

(7)发生事故时的警报

除了上述的数字显示外,显示屏上还有语言指示设备,也就是重大的动作及宇航员该做的工作都按程序以语言的形式发出,进一步提醒宇航员注意。此外,还设有警告装置,当某个系统的工作状态出现异常时,马上出现灯光及声音警告,引起宇航员的注意,采取相应的检修措施;而当出现了危及宇航员安全的紧急的重大故障时,就会出现更加醒目的灯光及声音报警,告诉宇航员立即采取措施,对付应急的情况。

载人航天

载人航天就是人类驾驶和乘坐载人航天器在太空中从事各种探测、研究、试验、生产和军事应用的往返飞行活动。其目的在于突破地球大气的屏障和克服地球引力,把人类的活动范围从陆地、海洋和大气层扩展到太空,更广泛和更深入地认识整个宇宙,并充分利用太空和载人航天器的特殊环境进行各种研究和试验活动,开发太空极其丰富的资源。

宇航员——空间站的主人

宇航员在升空前一年内不得参加有高度危险的活动

或许我们每一个人都想成为一名宇航员,进而遨游太空。但是,你知道当宇航员有什么要求吗?一个宇航员可以执行多少次任务呢?还有,都有哪些国家把宇航员送上天了呢?下面我们简单介绍一下。

事实上,美国宇航局对宇航员的身体要求并不苛刻,宇航员不一定个个都像健美先生、拳击冠军那么健壮。但是也要达到一定标准,要有健康的身体、充足的体力。至于体重方面没有要求,而身高要求也会因工作任务不同而不同。血压要求在坐姿时为140/90。戴眼镜并无影响,但矫正视力要在一定标准之上。一般人达到这些标准问题不大,但是色盲是不能成为宇航员的,因为许多仪表和信号显示需要宇航员正确识别,色盲者当然不能胜任。

专家指出,宇航员也有工作分类,但是不论是哪类宇航员都要求最低具有数学、自然科学或是工程技术学士学位。航天飞机飞行员中有60%的人超过了这个要求,而专项任务宇航员中的比例更高,达到95%。实际上,专项任务宇航员中有55%的人都具有博士学位,这也就是说,除了飞行员几乎都是博士。可见对宇航员在文化水平上有很高要求。

对于宇航员会执行多少次航天任务,宇航员自己毫无发言权,因为这有专人定夺。目前,美国宇航员平均2~3年有一次航天的机会。在太空中工作的美国宇航员虽然没有确切规定宇航员的退休年龄,但许多宇航员年满50岁以后就去做管理工作了。而新宇航员平均年龄36岁,除去执行任务的时间,干到50岁大概可执行任务4~5次。现在美国的约翰·扬是航天次数最多的人,他曾两次乘“双子星座”号宇宙飞船、两次乘“阿波罗”号宇宙飞船、两次乘航天飞机进入太空。女宇航员中航天次数最多的是香农·露西德,她共执行过5次航天任务。宇航员们在没有航天任务时会被安排做一些后援性工作,比如负责通信或协助测试新软件及设备等等,不管做什么,这也是另一种形式的训练。

那么,当宇航员在发射前出意外该怎么办呢?事实上,当任务不太紧急时,如果宇航员在升空前患了感冒之类的小病会将发射推迟几天,有时会推迟一两星期,但如果任务紧急,是不允许推迟太久的,因为每个机组都有替补人员。曾经在“阿波罗13”号升空前几天,发现一名宇航员患了麻疹,就由一名替补人员代替了他,所以不会因为宇航员的伤病而影响大局。在执行任务前,为了防止宇航员伤病,对他们的行动是有规定的。作为制度,宇航员在升空前1年内不得参加有高度危险的活动,如滑翔、滑雪等,在升空前8个月不得参加有中度危险的活动,如滑水、垒球及其他一些集体项目的体育运动。

迄今为止,除美、俄、中3个国家的宇航员外,还有来自其他22个国家的40余人上过天。这22个国家是:德国、法国、加拿大、日本、保加利亚、波兰、匈牙利、越南、古巴、蒙古、墨西哥、荷兰、沙特阿拉伯、印度、叙利亚、阿富汗、英国、奥地利、比利时、瑞士、意大利和捷克斯洛伐克。

在太空中也要建“健身房”

人在空间,必须保持肌肉组织的良好状态,并防止由失重引起的虚脱。失重对人体影响之严重性,是在1970年航天员安·尼可来耶夫经18天的航天飞行后才被认识的。这次飞行给许多专家带来了不愉快的惊异。在这之前,航天飞行时间较短,他们认为人体必须适应失重,那时他们认为在空间要调节到地球重力条件是困难的。

当安·尼可来耶夫和弗·斯万斯塔诺夫结束航天飞行返回地球着陆时,他们在没有别人帮助的情况下走不出飞船。航天员不能站立,甚至连坐也很艰难。他们的脉搏率和血压很高。

航天医学家们不久便知道了问题出在什么地方。他们发现,长时间在失重状态下飞行和缺乏锻炼,削弱了航天员的心脏和体质。在失重状态下,肌肉组织的负荷是不合适的。因此肌肉开始变弱,力量变小。人体坚硬的骨头在太空中也没有了用处。人体摆脱了它不需要的东西,其结果是钙从骨中消失,骨骼变得很脆。因此,航天医学家们不得不考虑采取某种办法,使身体“记忆”起地球功能和抵消失重。这样他们便提出建议:建立一个太空器械锻炼室。

现在空间站上的器械锻炼室拥有自行车练功器、胸扩展器、跑步练功器以及一些其他锻炼器械。自行车的骑手负荷可以从最轻调节到最重。在后一种情况下,航天员踏两分钟之后会感到犹如已经爬了一座很陡的小山。通常,航天员按规定每日在跑步练功器上跑4~5千米。

在失重条件下从事体力锻炼是很艰苦的,因为他们与其说是进行锻炼,不如说是从事某种令人讨厌的工作。

在太空器械锻炼室建立初期,还缺乏锻炼的经验和知识,当时航天员必须每日在锻炼器械上操练25~3小时。多年实践获得的经验,使现在有可能将这种操练时间缩短为1小时或半小时。

现已经发现并证实,如果航天员按照医生规定的办法操练,从太空返回时,他们能很快地使自己重新适应地球。

安·尼可来耶夫和弗·斯万斯塔诺夫在18天太空航行归来后,花费将近6个月时间才恢复体力。而现在,在持续很多个月甚至1年之久的航天飞行之后,重新适应地球的生活,相对来说没有什么痛苦与麻烦。航天员在返地着陆后几天走路就没有困难了。他们的前庭混乱消失,行动时的协调能力得到恢复。经15~2个月时间,航天员们的体力实际上和航天飞行前一样了,如果需要,他们便可再进入太空执行任务。例如,弗·季托夫和穆·马纳罗夫在太空连续飞行1年之后返回地球,着落后只几个小时便轻松地走下舷梯。第二天就在莫斯科附近的星城散步。两天后,还用半个多小时回答了记者的问题。航天训练中心的医学专家说,他们除了在支持运动的系统和血液供给方面有一些异常,如不能站立1小时外,健康状况令人满意,自我感觉也良好。

宇航员到开放空间活动的意义

宇宙空间的环境极其恶劣,人到开放空间活动是很危险的。但这是研究和探索空间必不可少的部分。1965年3月18日,前苏联公民阿·列昂诺夫穿着宇宙服第一个出舱来到开放空间时,用绳子和飞船连接在一起,空间自由漂浮结束时,借助这根绳子才能回到飞船,否则他可能成为宇宙的俘虏而回不了飞船。

事实证明,航天员需要到开放空间去,就像海员必须学会游泳一样。开头,人离开飞船到开放空间是想弄清楚是否可能在舱外作业。人进入开放空间的计划也是小心翼翼的,在舱外停留时间也是缓慢增加的。从1965年列昂诺夫第一次来到开放空间起,直到1968年,前苏联航天员进入开放空间的总计时间不超过8小时。然后在开放空间逗留时间迅速增加。由于在开放空间逗留时间增长以及在工作上积累了经验,航天员在开放空间可以检查飞船、更换有毛病的设备以及试验各种系统。1980年开始,航天员已开始在开放空间进行复杂的装配工作了。例如航天员列沃尼特·砍什和弗拉基米尔·索洛伏夫曾在开放空间修复“礼炮7”号空间站的推进系统并安装附加的太阳能电池帆板。现在这类帆板的安装已经变成规范化的操作过程了。类似的工作,其他航天员在“和平”号空间站也进行过。

太空行走1984~1986年两次航天飞行期间,前述两位航天员进入外层空间的时间也增长了8倍,在空间站外工作共达32小时。1984年7月之前,开放空间的工作只有男人承担;在这之后情况改变了,妇女也大胆进入开放空间。斯维特拉诺·萨维茨可娃是第一个进入开放空间的女性航天员。当时她和另一名航天员在舱外试验一种新的能切割、锡焊、熔焊金属板曩及镀膜的多用途工具,共工作3小时35分钟。

2007年11月3日,美国航天员帕拉金斯基完成历时7个多小时的外层空间活动,成功修补了一块太阳能电池板。由于电池板依然带电,而且破损点距离工作舱足有半个足球场远,帕拉金斯基要“走”上近一个小时。

人在开放空间活动对未来航天事业有着重要的意义,它为在宇宙空间装配所有各类轨道结构物奠定了基础,为空间工厂和开拓人类太空居住地铺平了道路。