人類進(jìn)入太空就成了“外星人”,一旦到太空生活,奇怪舉動(dòng)就永遠(yuǎn)揮之不去。就拿睡覺(jué)這樣的基本需求來(lái)說(shuō),2009年, 當(dāng)國(guó)際空間站即將竣工時(shí),宇航員在美國(guó)艙段設(shè)置了4間私人隔間作為臥室,每個(gè)隔間都用白棉軟墊裝飾,睡袋拴在內(nèi)墻上。睡覺(jué)時(shí), 宇航員就爬進(jìn)睡袋,關(guān)閉折疊門,享受幾小時(shí)的隱私和安寧。
“在地球,躺在床上時(shí), 你會(huì)如釋重負(fù),立刻有放松的感覺(jué)。而在太空,你永遠(yuǎn)沒(méi)有卸下包袱的感覺(jué)?!?014年3月,剛從空間站回來(lái)的邁克·霍普金斯說(shuō)。其實(shí),睡姿本身也面臨挑戰(zhàn)。主要問(wèn)題是你想把手臂放進(jìn)睡袋還是外面。如果放在外面,手臂會(huì)在零重力(失重)下自由浮動(dòng),身體經(jīng)常向外漂,睡覺(jué)的宇航員如同古怪的芭蕾舞演員。
在過(guò)去10年中,美國(guó)已成為真正的永久航天大國(guó)。自2000年11月以來(lái),每天都有6名男女宇航員包括兩名美國(guó)人在軌道生活和工作。在休斯敦任務(wù)控制中心,角落里的計(jì)時(shí)器記錄著空間站持續(xù)工作的日子和時(shí)間。數(shù)字已經(jīng)過(guò)去了5200天。
美國(guó)和俄羅斯共用的前哨
國(guó)際空間站是一個(gè)巨大的前哨,連參與建造的宇航員都感到震撼。從兩側(cè)的太陽(yáng)能電池板外邊緣算起,空間站足足有一個(gè)足球場(chǎng)那么大,重約453.6噸,太陽(yáng)能電池板的面積超過(guò)4047平方米,內(nèi)部相當(dāng)于6個(gè)臥室的房子,比航天飛機(jī)內(nèi)部大10倍以上。在最初只有三個(gè)乘員期間,宇航員經(jīng)常在整個(gè)工作日都不會(huì)撞在一起, 當(dāng)然進(jìn)餐時(shí)間除外。
國(guó)際空間站是聯(lián)合作業(yè),美國(guó)一半,俄羅斯一半,每個(gè)國(guó)家管理自己的艙段(美方包括加拿大、日本和歐洲的座艙或設(shè)備)。導(dǎo)航責(zé)任共同承擔(dān),基礎(chǔ)設(shè)施雙方共享,站長(zhǎng)由美俄宇航員輪流擔(dān)任。工作時(shí),俄羅斯和美國(guó)的宇航員在己方艙段。但雙方宇航員經(jīng)常聚餐并在下班后閑逛。
作為設(shè)施、宇宙飛船或住宅,空間站多數(shù)時(shí)候堪比一艘船,具有自身的個(gè)性、魅力和怪癖。宇航員在空間站里來(lái)來(lái)去去,但空間站本身有特定的節(jié)奏和基調(diào)。它有最先進(jìn)的水循環(huán)系統(tǒng),宇航員周一早晨沖杯橙汁飲料當(dāng)早餐,下午去撒尿,用新方式凈化排出物后,周四再?zèng)_一杯新鮮飲料。然而,空間站缺乏食品冷藏箱或冷凍箱,盡管食物比20年前好很多,但多數(shù)仍是真空包裝或罐裝。每隔兩個(gè)月貨運(yùn)飛船運(yùn)來(lái)橘子時(shí),大家都會(huì)慶祝一番。
在空間站,即使很普通的事也會(huì)變成怪事。美國(guó)宇航員的健身自行車沒(méi)有車把,也沒(méi)有車座。由于沒(méi)有重力,只要把腳綁在腳蹬上,踩腳蹬易如反掌。你可以一邊蹬步健身,一邊在四處漂游的筆記本電腦上看電影。但空間站居民必須切忌在同一地方待太久。因?yàn)闆](méi)有重力幫助空氣流通,他們呼出的二氧化碳會(huì)在頭上形成一層無(wú)形的云。他們最終會(huì)患上“二氧化碳頭痛”,所以,在一處待一會(huì),就要走到另一處呼吸新鮮空氣,這樣才不至于被自己制造的二氧化碳給“毒害”了。
自第一批組件發(fā)射以來(lái),已有216名男性和女性居住在空間站。NASA學(xué)會(huì)了很多在太空生活的竅門,了解了零重力下生活兩周與一次定居數(shù)月的差異。太空日常生活令人興奮的同時(shí)也危險(xiǎn),設(shè)計(jì)也更精細(xì),生活更平凡。當(dāng)然,太空也是個(gè)脆弱和無(wú)情的地方,一次輕率之舉足以引發(fā)災(zāi)難。通過(guò)規(guī)范,從濾水器的更換到宇航服的安檢等一切事宜,NASA在不斷減少風(fēng)險(xiǎn)。在人類進(jìn)入太空的54年中,NASA發(fā)生過(guò)3次致命航天事故,死亡17人,但沒(méi)有一次是宇航員的差錯(cuò)。
據(jù)保持空間站飛行每小時(shí)至少需要花費(fèi)35萬(wàn)美元,這也解釋了宇航員們?cè)谔蘸我阅敲蠢?。他們每天早?:30(格林威治標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間)上班,晚上7點(diǎn)下班。到了周末,也很少能休息。因?yàn)?,在周六打掃空間站衛(wèi)生是至關(guān)重要的,在太空中打掃衛(wèi)生遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)我們想象的那么容易,一些工作難免就被拖至周日完成。
宇航員的真本領(lǐng)在于擺脫重力
在空間站里可以看電影或者看書。但在2003年,華裔宇航員盧杰決定不在空閑時(shí)間俗氣地讀書?!拔也恢肋€能否回到地球,我想做些在家未做過(guò)的事。”當(dāng)盧杰到達(dá)空間站時(shí),只有兩個(gè)人在維持空間站的運(yùn)轉(zhuǎn)。“我決定學(xué)會(huì)飛得更好,學(xué)會(huì)雜技。我選擇一個(gè)艙并告訴自己,每次經(jīng)過(guò)這個(gè)艙,我要穿越而不觸碰所有的邊緣。我會(huì)選擇一個(gè)隔間,每次經(jīng)過(guò)時(shí)做空翻兩周。經(jīng)過(guò)數(shù)月培訓(xùn),我的表現(xiàn)遠(yuǎn)超出預(yù)期?!彼f(shuō)。
奇異的太空體驗(yàn),不是駕駛載人飛船,而是讓自己飛起來(lái)。其實(shí),宇航員的真本領(lǐng)不是飛多高,而是擺脫令人難以置信的重力。
桑德拉·馬格納斯在空間站呆了130天,執(zhí)行過(guò)3次任務(wù)。當(dāng)被問(wèn)到零重力下的生活是什么樣時(shí),馬格納斯說(shuō):“樂(lè)趣多多。我學(xué)會(huì)了用膝蓋夾東西。這樣我的手就解放了,可以推動(dòng)自己。問(wèn)題是在太空,牛頓定律支配你的生活。假如做一些簡(jiǎn)單的事情,比如在筆記本電腦上打字,你會(huì)用力敲鍵盤,但最終會(huì)被推到邊上并漂走。你必須學(xué)會(huì)用雙腳固定住筆記本。”
她說(shuō),重力是不可或缺的組織工具,人們只有在缺少它的環(huán)境下生活才能意識(shí)到。“只需看看你居住的房間,桌子、書架、地板上都擺放著東西。在太空卻漂得到處都是?!泵考|西都要固定,否則會(huì)漂走。在太空中,宇航員常常會(huì)悄悄抱怨尋找錯(cuò)放的設(shè)備要花很多時(shí)間,但固定一切也需要時(shí)間。
馬格納斯喜歡在空間站給同事做飯,用鮮洋蔥等食品做出新花樣。“做菜需要數(shù)小時(shí),所以我只能在周末做”。為什么需要花費(fèi)數(shù)小時(shí)呢?原來(lái),當(dāng)你做飯時(shí),你需要經(jīng)常往垃圾桶里扔?xùn)|西。而在沒(méi)有重力的情況下,你必須知道該怎樣把垃圾順利地扔進(jìn)垃圾桶里。我把垃圾桶用膠帶粘好,要不然處理垃圾就會(huì)沒(méi)完沒(méi)了?!?/p>
當(dāng)處于零重力時(shí),人體內(nèi)的所有液體也處于零重力,由于液體流向鼻竇,因此宇航員經(jīng)常感覺(jué)頭脹。零重力導(dǎo)致惡心和太空?。阒亓r(shí)經(jīng)歷的惡心癥狀), 進(jìn)入軌道的前兩天,許多宇航員都出現(xiàn)過(guò)。退休宇航員焦立中對(duì)此有過(guò)形象描述?!皟?nèi)耳以為你在打滾,眼睛告訴你沒(méi)有打滾。兩個(gè)系統(tǒng)向大腦發(fā)送的信息互相矛盾,非常氣人,因此,一些人會(huì)感到惡心?!睅滋靸?nèi),大腦就能學(xué)會(huì)忽略內(nèi)耳的恐慌信號(hào),太空病便隨之消失。
芬克在太空停留過(guò)381.5天,比美國(guó)其他宇航員都要長(zhǎng)。芬克具有麻省理工學(xué)院和斯坦福大學(xué)的學(xué)位,從美國(guó)空軍試飛員學(xué)校畢業(yè)后成了宇航員。他進(jìn)行過(guò)9次太空行走,共計(jì)48小時(shí)。當(dāng)首次空間站之旅意外延長(zhǎng)至2004年時(shí),芬克成了第一位在太空當(dāng)父親的美國(guó)宇航員。
太空飛行導(dǎo)致骨密度和視力受損
太空旅行充滿了神秘和愉悅,但潛在的危險(xiǎn)也是如影隨形的,零重力以隱伏的方式威脅著人體。
骨骼的再生與生長(zhǎng)部分是對(duì)每天所干的活的一種反應(yīng)。在太空中沒(méi)有重量支撐,生成新細(xì)胞的速度就會(huì)減慢,骨骼便會(huì)疏松和萎縮,宇航員的骨密度就會(huì)有損失。我們知道,在地球上,女性絕經(jīng)后可能每年損失1%的骨密度,而宇航員每月就會(huì)損失1%的骨密度。約翰遜航天中心的力量體能教練馬克·吉廉姆斯認(rèn)為,在零重力下生活,你失去的不僅是肌肉、力量和血容量,而且還有有氧運(yùn)動(dòng)、無(wú)氧健身、耐力。太空旅行對(duì)身體可謂壞處多多。
那么,如何消除或者減少對(duì)身體的傷害呢?解藥就是在太空中進(jìn)行大量的運(yùn)動(dòng)。美國(guó)艙段有3種健身器材:無(wú)座自行車、跑步機(jī)和“高級(jí)抗阻訓(xùn)練器”。根據(jù)安排,宇航員每天需要鍛煉兩個(gè)半小時(shí),每周6天,但大多數(shù)都堅(jiān)持7天。鍛煉極其重要,因此NASA才將其列入工作日程。
關(guān)注健康與關(guān)注科學(xué)和未來(lái)同樣重要。不過(guò)NASA還是擔(dān)心兩件事:宇航員返回地球后的恢復(fù)時(shí)間,以及在往返火星所需的兩年半或更長(zhǎng)時(shí)間如何保持力量和體能。事實(shí)上,弄清楚如何安全到達(dá)火星正是空間站當(dāng)前最需要解決的問(wèn)題。
我們尚未全部了解持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的太空飛行會(huì)有哪些影響,只是有這樣一些事例?!?年前,我們空間站有位宇航員突然說(shuō),‘嘿,我的視力改變了。我才待了3個(gè)月,再也無(wú)法閱讀清單了’?!必?fù)責(zé)人類研究計(jì)劃的約翰·查爾斯說(shuō)。事實(shí)證明,所有流體在零重力下向上轉(zhuǎn)移而增加顱內(nèi)壓。流體從后面推眼球并摧毀它,許多宇航員在軌道上慢慢得了遠(yuǎn)視。
當(dāng)然,在太空工作,宇航員需要精確的視力,所以太空飛行時(shí)視力的退化是個(gè)重大的問(wèn)題。NASA了解視力問(wèn)題已有幾十年?!懊绹?guó)第一個(gè)空間站‘太空實(shí)驗(yàn)室’和航天飛機(jī)都出現(xiàn)過(guò)此類問(wèn)題?!辈闋査拐f(shuō)。直到宇航員來(lái)到空間站數(shù)月后才明白其重要性。事實(shí)上,空間站現(xiàn)在備有可調(diào)眼鏡。目前,NASA不知道返回地球后如何修復(fù)視力。醫(yī)生也不知道時(shí)間超出現(xiàn)在四五倍的任務(wù)會(huì)對(duì)視力造成怎樣的影響。
控制中心掌控著空間站的一切
“嘿,休斯頓,這里是空間站。早上好。我們準(zhǔn)備開(kāi)早上交班會(huì)?!?013年7月的一天清晨,指揮官斯旺森向任務(wù)控制中心報(bào)告,美國(guó)艙段開(kāi)始上班。
空間站是個(gè)永久前哨,具有一定的獨(dú)立性,所以任務(wù)控制中心不會(huì)叫醒宇航員。他們起床很早,然后與休斯頓聯(lián)絡(luò),與任務(wù)控制中心建聯(lián)后開(kāi)始工作。每天開(kāi)始和結(jié)束都要開(kāi)交班會(huì),宇航員與全球5個(gè)控制中心進(jìn)行簡(jiǎn)要核實(shí),談?wù)撊粘坦收匣虻却S修或第二天工作。當(dāng)結(jié)束了一天的工作后,他們會(huì)關(guān)閉聯(lián)絡(luò)才睡覺(jué)。有趣的是,宇航員雖然能以每小時(shí)28164公里的速度繞地球旋轉(zhuǎn),但他們也無(wú)法逃避交班會(huì)。
盡管宇航員在空間站生活和工作,但飛行和控制都由休斯頓和莫斯科來(lái)完成。任務(wù)控制中心不僅監(jiān)控空間站在太空的位置,必要時(shí)會(huì)用陀螺儀和推進(jìn)器進(jìn)行調(diào)整。與此同時(shí),監(jiān)控所有車載系統(tǒng):電子、生命保障、計(jì)算機(jī)和通信。也就是說(shuō),在地球上,有一個(gè)龐大的團(tuán)隊(duì)支撐著空間站,1000多人負(fù)責(zé)一名在軌宇航員。
太空生活的復(fù)雜是我們難以想象的。假如宇航員要做一些實(shí)質(zhì)性的事情,就需要很多人協(xié)同完成。如:僅為美國(guó)艙段的在軌宇航員制定日程表就需要一支擁有50名員工的全職團(tuán)隊(duì)。計(jì)劃員要輸入每位宇航員的優(yōu)先任務(wù),每個(gè)項(xiàng)目都需要詳細(xì)協(xié)調(diào),每天幾十項(xiàng)活動(dòng)均需制定得詳細(xì)精確,這樣才不會(huì)出現(xiàn)任何紕漏。
出艙活動(dòng)是終極職業(yè)挑戰(zhàn)
2014年7月,斯科特·凱利和蒂姆·科普拉背靠背地站在配備宇航服的鋼平臺(tái)上。黃色吊車緩緩將平臺(tái)吊起,轉(zhuǎn)到游泳池水面的上方,然后把宇航員放進(jìn)水里。凱利和科普拉將在水下待6小時(shí),在游泳池中練習(xí)太空行走,完成更換空間站部分機(jī)械臂的每個(gè)步驟。2015年11月,他們將在太空完成這項(xiàng)維修任務(wù)。
凱利和科普拉需要花費(fèi)30分鐘穿好宇航服,每件宇航服凈重104公斤。曾任空間站站長(zhǎng)的福特說(shuō):“在空間站,只有一人給兩名宇航員穿宇航服。穿宇航服和出艙的程序有400個(gè)步驟?!?/p>
400個(gè)步驟,僅僅是讓一位宇航員準(zhǔn)備進(jìn)入密封艙和準(zhǔn)備出艙。所以,在宇航員開(kāi)始太空行走之前,穿宇航服和檢查就已經(jīng)花費(fèi)了4小時(shí)。之前,宇航員已經(jīng)在NASA稱為“中性浮力實(shí)驗(yàn)室”的游泳池里。對(duì)幾乎所有宇航員來(lái)說(shuō),出艙活動(dòng)是終極職業(yè)挑戰(zhàn)和最終刺激之旅。置身空間站外,你簡(jiǎn)直是個(gè)獨(dú)立天體,可以說(shuō)是“地球的小月亮”。
但太空行走也是個(gè)窗口,我們從中可以觀察:太空有多危險(xiǎn),一個(gè)配置欠妥的接頭如何導(dǎo)致災(zāi)難,NASA如何處置風(fēng)險(xiǎn)。這就是為什么每次預(yù)定的太空行走都列出詳細(xì)的計(jì)劃表,然后在一座可以容納兩架航天飛機(jī)的水池中演練一遍又一遍。太空行走在某種程度上是整個(gè)空間站計(jì)劃的縮影。宇航員在太空行走是為了維護(hù)和維修空間站,以便在未來(lái)宇航員有個(gè)可以去的基地。雖然空間站目前仍在運(yùn)行,美國(guó)艙段有3名宇航員,但每名宇航員每天幾乎三分之二的工作僅僅是維護(hù)空間站、處理物流和保持健康。
在太空建造或修理宇宙飛船的工作也極具挑戰(zhàn)性,因此空間站的外部結(jié)構(gòu)具有顯著的工程特點(diǎn):雖然空間站由100多個(gè)組件組成,但宇航員用的多數(shù)螺栓都是一個(gè)型號(hào)。這樣宇航員永遠(yuǎn)不必?fù)?dān)心更換插座。太空生活不僅比普通人意識(shí)到的更奇怪,更難,甚至超出了NASA的想象。
此前,NASA曾承諾航天飛機(jī)每年至少要飛25次。雖然,NASA最初設(shè)想的時(shí)候雄心勃勃。實(shí)際上,航天飛機(jī)計(jì)劃平均每年少于5次,1985年最多才飛了9次??臻g站要具備7大功能:研究實(shí)驗(yàn)室、制造設(shè)施、天文臺(tái)、太空交通樞紐、衛(wèi)星修理設(shè)施、航天飛機(jī)組裝設(shè)施和太陽(yáng)系載人任務(wù)的前進(jìn)基地。
而30年后,空間站只剩下其中一項(xiàng)功能:研究實(shí)驗(yàn)室。目前,空間站大約有40%的商業(yè)研究成果尚未利用,部分或許因?yàn)橐恍┕静恢揽梢栽趺蠢?部分是因?yàn)槠渌静恢廊绾卫昧阒亓Φ难芯坎艛R置的。
發(fā)展方向好似在原地打轉(zhuǎn)
NASA認(rèn)為,了解如何長(zhǎng)期在太空生活和工作,本身就是空間站的一個(gè)主要目的。但就載人航天飛行的發(fā)展方向而言,沒(méi)有了白宮和國(guó)會(huì)給出的路線圖,在每天花費(fèi)800萬(wàn)美元的情況下,這部分任務(wù)就好似在原地打轉(zhuǎn)。
有意思的是,運(yùn)行和維持空間站的成本與供養(yǎng)一個(gè)美國(guó)海軍航母戰(zhàn)斗群的費(fèi)用相差無(wú)幾。航母活動(dòng)可以說(shuō)與太空活動(dòng)同樣都在原地打轉(zhuǎn),所涉及的維護(hù)、日常活動(dòng)和戰(zhàn)斗演練也許永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)生。但人們對(duì)判斷載人太空探索的成本和價(jià)值,卻有個(gè)奇怪的標(biāo)準(zhǔn)。
太空讓我們感到不耐煩。我們對(duì)事情進(jìn)展順利感到不耐煩,似乎航天飛機(jī)早就運(yùn)轉(zhuǎn)得萬(wàn)無(wú)一失。我們對(duì)投資回報(bào)感到不耐煩,似乎進(jìn)入太空也許不值得,除非能迅速變成商業(yè)金礦。我們?cè)谔诊w行是因?yàn)槿祟惖囊靶?,因?yàn)樘帐堑诎舜箨憽,F(xiàn)在我們?nèi)缤C奇的探險(xiǎn)家在太空飛行,因?yàn)槲覀儗?lái)也許需要在太空飛行、采礦或定居。
或許,我們最終需要來(lái)自小行星或月球的資源,這取決于我們?nèi)绾喂芾淼厍颥F(xiàn)有資源。我們最終可能變成居住在多個(gè)星球的物種,要么就是因?yàn)槿祟惓隽说厍虺惺艿臉O限,要么就是因?yàn)槿祟悮缌说厍?。或許我們僅僅是想變成多行星物種:總有一天,有人會(huì)選擇空曠沉寂沒(méi)有光源的月亮,或是荒無(wú)人煙、火云如燒的火星。
很明顯,我們還沒(méi)有一個(gè)非常成熟的太空計(jì)劃。送入太空的宇航員仍然沒(méi)有任何真正的自主權(quán),因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)和建造太空站時(shí)沒(méi)有人設(shè)想必須“實(shí)施”自主權(quán)。一旦開(kāi)啟火星之旅,距離如此遙遠(yuǎn), 交換一個(gè)聲音或一封電子郵件,往返就需要30分鐘。一個(gè)變化將改變太空生活的整個(gè)動(dòng)態(tài),到了那時(shí),宇航員們就不得不自己處理事情。
這也許是空間站的真正價(jià)值所在,將NASA的人類探索計(jì)劃從完全由地球控制變成更多地由宇航員主導(dǎo)。目前,該計(jì)劃還不是高優(yōu)先級(jí)別的事,這既不方便,效率又低。但是,如果NASA能推出一個(gè)切實(shí)可行的計(jì)劃,讓執(zhí)行任務(wù)的人們?cè)诳臻g站的設(shè)計(jì)和控制上承擔(dān)更多責(zé)任,那么,空間站的價(jià)值可以更大。
史春樹(shù) 譯自《大西洋月刊》 周周 編