華興恒

編者按：物理與我們的生產(chǎn)、生活聯(lián)系緊密，可以說生產(chǎn)、生活中處處有物理。我國“神舟”系列飛船的順利升空，實現(xiàn)了我們的航天夢，這里面更是應(yīng)用了大量的物理知識和技術(shù)。下面關(guān)于航天員的太空生活的介紹，同學(xué)們不妨讀一讀，看看都用到了哪些物理知識，以激發(fā)自己學(xué)習(xí)物理的興趣。只要有夢想，有努力，將來成為一名航天員或者航天領(lǐng)域的專家，你也能行喲！

“可上九天攬月，可下五洋捉鱉”，這在我國改革開放30年后的今天都成為了現(xiàn)實，“蛟龍?zhí)枴鄙顫撈鞯某晒ι顫撘殉^7 000米，“神舟”系列飛船成功發(fā)射，特別是白我國首位航天員楊利偉乘“神舟五號”成功飛天以后，我國又相繼有11人次乘“神舟”系列飛船成功飛天。他們分別是：乘“神舟六號”于2005年10月15日成功飛天的費俊龍和聶海勝；乘“神舟七號”于2008年9月25日成功飛天的翟志剛、劉伯明和景海鵬，翟志剛順利出艙，實現(xiàn)了我國第一次太空行走；乘“神舟九號”于2012年6月1 6日成功飛天的景海鵬、劉旺和劉洋，劉洋是我國第一位遨游藍天的女航天員，“神舟九號”還成功地實現(xiàn)了與“天宮一號”的自動交會對接和手動交會對接；乘“神舟十號”于2013年6月11日成功飛天的聶海勝、張曉光和王亞平，王亞平也是我國第二個成功飛天的女航天員，王亞平還進行了太空授課，這是我國首次開展航天員太空授課活動。2016年我國還將發(fā)射“天宮二號”空間實驗室和“神舟十一號”飛船，進行“神舟十一號”與“天宮二號”的對接?！吧裰邸毕盗酗w船的成功飛天，不僅表明我國航天事業(yè)取得了驕人的巨大成就，也說明我國的科技水平進入了世界先進行列，值得我們驕傲和自豪。大家可能非常關(guān)心航天員的太空生活，下面進行簡單的介紹。

航天員在太空飛行，與在地球大氣層中飛行是完全不同的，這是由于在太空中處于完全失重狀態(tài)。因為在太空中，物體對它的支持物完全失去了壓力，物體可以靜止在任何位置上。這導(dǎo)致人們失去了方向感，因而也就無法區(qū)分頭是朝上的還是腳是朝上的。如果把裝有水的桶倒置，桶中的水也不會流出來；松開手后水桶也不會掉下來，而是懸浮在空中。如果你左手拿著一個鐵塊，右手拿著一根雞毛，無法感覺出誰重誰輕；若將雞毛和鐵塊同時丟到水桶里，令人感到不可思議的事情發(fā)生了：雞毛可以沉入水底，鐵塊也可以浮在水面上。如果將油與水放在同一容器中，輕輕緩慢地攪拌，結(jié)果可能會使你感到奇怪，它們可以均勻地混合在一起。在太空中，還有更不可思議的事情，人們好像力大無比，任何人都可以輕而易舉地舉起質(zhì)量為數(shù)噸的物體。

密封座艙是載人航天器上最基本也是最根本的生命保護設(shè)施。由于太空中存在著強輻射，會嚴重地破壞人體的組織細胞；即便是受到微流星的撞擊，對航天員來說也將是致命的；如果人體暴露在真空中，不僅會導(dǎo)致人因缺氧而窒息，更可怕的是可能導(dǎo)致體液發(fā)生沸騰、汽化而快速死亡。因而密封座艙的艙壁，必須要有防止輻射和防微流星撞擊的功能，以確保航天員的生命安全。由于密封座艙是航天員在太空生活的空間，為了給航天員提供舒適的生活環(huán)境，因此座艙中必須有足夠的空氣以確保航天員的正常呼吸，而且溫度在18℃～25℃之間可以任意調(diào)節(jié)，濕度則控制在30%～70%之間，艙內(nèi)空氣壓力一般與地面保持相同。

由于宇宙空間幾乎是一個真空環(huán)境，為了確保航天員的生命安全和正常工作與生活，他們必須穿上專門為其制作的航天服。特制航天服實際上是個人的密閉設(shè)備，它能有效地防止太空中各種不利因素的影響，如極低壓（或真空）、缺氧（或無氧）、高溫和低溫、太陽輻射、微流星體撞擊等對航天員的傷害。航天員在太空幾近真空的環(huán)境中，體內(nèi)血液中所含的氧會變成氣體，導(dǎo)致體積劇烈膨脹，如果不穿特制的航天服，航天員就會因體內(nèi)外的壓力相差過大而危及生命。航天員穿的航天服是在飛行員密閉服的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多功能安全防護服。

航天服通常是由服裝、頭盔、手套和靴子四部分構(gòu)成。服裝又由三部分組成，最外層為防護服，它既不怕火也不容易導(dǎo)熱，不僅能適應(yīng)劇烈的溫度變化，而且還能夠有效地阻擋宇宙射線的直接輻射，還能有效地抵御宇宙中小隕石的撞擊；中間一層是氣密服，它可產(chǎn)生0.25×lO⁵Pa～1.0×l0⁵Pa的壓強，以維持航天員的身體不至于向外擴張；服裝的最里層則是水冷式內(nèi)衣，是在耐綸纖維層中加入長約200多米的聚氯乙烯細軟管制成的，在這些細軟管中通入冷卻水，軟管與人體皮膚接觸，收到調(diào)節(jié)體溫的效果。

頭盔則是用透明的聚碳酸酯制成，它能確保航天員頭部免受來自太陽的紫外線與紅外線的強烈輻射，頭盔內(nèi)還有緩沖器，能有效地緩解航天員在呼吸時產(chǎn)生的沖擊。航天員的手套不僅耐熱，而且還耐磨，還可保證手套內(nèi)滿足適當?shù)膲毫?。雖然這種手套的層數(shù)很多，因為做工精巧，可確保手指的靈活性，小妨礙航天員完成各種精細的操作。靴子與手套一樣，既耐熱也耐磨，對航天員的腳有很好的保護作川。在航天服的后背上還有生命保障裝置，它是由氧氣瓶、調(diào)節(jié)器、水箱等組成，這種裝置只有航天員到艙外工作時才用得到。

在“神舟”飛船的密封艙中進食，既有情趣，也有風(fēng)險。如果工作離不開，町將食物和飲料懸在空中，用嘴一口一口地咬或吸食，這樣也不會影響雙手做各種工作。一旦產(chǎn)生食物碎渣，這些碎渣會到處亂飛，可能會鉆入航天員的鼻孔，甚至是飄入航天員的眼睛，有時還會嚴重地損壞儀器設(shè)備。為了有效地解決這個問題，在早期的航天活動中，都是將航天員的食物做成糊狀，裝在軟管中，每當食用時，就像擠牙膏一樣向嘴里擠。這種進食方法，由于看不到食物的色和形，也不能聞到食物的香味，難以引起航天員的食欲?，F(xiàn)在的航天食物與進食方法，已經(jīng)與在地面基本相同。只是食物稍帶黏性，可以粘在盤子里不飛走，不過盤子必須固定在餐桌上才行哦！

太窄廚房內(nèi)食品種類繁多，像“神舟十號”中的食品可以根據(jù)三位航天員的不同口味定制，并且在他們在軌飛行的l5天時間里，每頓食品基本上不會重復(fù)。例如“神舟十號”的三位航天員在端午節(jié)這天，與全國人民一樣吃到了新鮮的豆沙粽子。這些食品大都裝在軟管、軟袋里，嵌在艙壁上。每到吃飯時，只要把脫水食品加上水，與其他食品一起放進艙壁上的小電爐里加熱到80℃即可食用。艙壁上有兩塊平板，其上面有橡皮帶，橡皮帶的作用是將食品捆住，以免飄飛。食品直接從軟管內(nèi)吸取。由于淡水存久了會變味，航天員暫時只能以咖啡、茶和果汁等解渴。

目前，航天員的食譜已經(jīng)發(fā)展到百余種，飲料有近30種，可以讓航天員在緊張的工作之余大飽口福。食譜都是經(jīng)過營養(yǎng)學(xué)專家精心設(shè)計搭配的，足可以保證航天員每天所需的營養(yǎng)和熱量，絕不低于地面水平。

航大員在太窄中休息也與地面不同，一是黑白小分，二是睡姿奇異。之所以會黑白不分，是由于航天器在90min的時間里即可繞地球轉(zhuǎn)動一周，航天員縛天會歷經(jīng)16次白晝和16次黑夜，無法遵循地球上的“日出而作，日落而息”的規(guī)律來工作和休息，只能機械地按鐘點安排工作和休息，不過他們的工作和休息的時問安排基本上與地面同步。睡姿奇異是由于航天員在太空失重的環(huán)境中找不到“躺”著的感覺。在地球重力環(huán)境中，人們習(xí)慣于把地心引力的方向定為“下”，把“天”的方向定為“上”，這也就是人們常說的“頭頂藍天，腳踩大地”?？墒堑搅送耆е氐沫h(huán)境中，人們也就失去了“上”、“下”的參照坐標，休息也就沒有了“平躺”之說。航天員休息時可以飄在太空艙中睡，也可以掛在艙壁上睡，還可以綁在床上睡，甚至可以吊在梁上睡、靠在桌邊睡.睡姿千姿百態(tài)，隨遇而安。

在“神舟”飛船的密封座艙內(nèi)行走，非常省力和方便，只要用身體的任何一部分碰一下任何物體，在反作用力的作用下就可以將航天員推向反方向。用四肢劃動空氣，反作用力也可使人前進。也正是這個原因，才使得劉洋可以在生活艙內(nèi)連續(xù)不斷地翻幾十個跟頭，并且顯得很輕松。

然而在密封艙外的宇宙空間行走，則是非常困難和驚險的事情。首先，必須穿上航天服，確保安全；其次，由于艙外活動時航天服內(nèi)的壓強比密封艙內(nèi)的壓強小許多，為了適應(yīng)從艙內(nèi)的高壓環(huán)境到航天服的低壓環(huán)境而不致產(chǎn)生減壓病，航天員出艙前必須吸純氧氣排氮氣。這是因為航天器密封座艙中使用與地面同樣的大氣成分，除了氧氣外，主要是氮氣。被吸人人體的氮氣不會被人體吸收，而是溶解在血液中，當外界壓強減小時，就會游離出來形成氣栓，堵塞血管。輕者使人頭昏、胸悶、嘔吐，重者會使人喪生。因此，航天員在出艙前必須吸純氧氣，把氮氣排出來。再者，航天員走出座艙后，在空曠的太空中，由于沒有任何東西作參照物，也就無法判斷清楚運動的快慢、物體的遠近及大小，也無法分清方向。常常會將近在身邊的小紙片，看作遠在天邊的龐然大物。

艙外活動時航天服還要增加太空行走裝備和通信設(shè)備，這就是服裝背部的噴氣背包和通信背包。噴氣背包可以向上下、左右、前后六個方向噴氣，航天員就是靠噴氣背包的反作用力移動位置的。由于太空幾近真空，沒有傳播聲音的介質(zhì)，因此即便是近在咫尺也要靠背包通信?！爸饕S持系統(tǒng)”背在背上，它可以循環(huán)流通航天員的呼出物，排出二氧化碳，補充所需的氧氣。

在其他方面，太空中的生活與地球上也不一樣。在地球上看似簡單的洗臉、刷牙、刮胡子、理發(fā)以及洗漱等，到了太空都變成了很復(fù)雜、很麻煩的事情。

航天員的洗臉、刷牙比較奇特，為了防止水到處亂飄，一般用濕毛巾擦一擦就算是洗臉r；刷牙時川手指蘸上牙膏在牙上里里外外地蹭兒下，然后冉川濕毛巾把牙齒擦干凈，刷牙就算完成了。航大員刮胡子通常要使用電動剃須刀，使用時還必須上分小心，以防碎胡子從剃須刀邊漏出來。 如果有細小的碎胡子飄在座艙內(nèi)，不僅清理起來很困難，還常會飄進航天員的眼睛里，或鉆進鼻孔里，給航天員的工作和生活造成麻煩。

太空理發(fā)也很困難，因此無論是男航天員還是女航天員，在飛天之前都要把頭發(fā)剪得短些。即便是這樣，如果是長時間的飛行，頭發(fā)也會長長，怎么辦呢？航天員必須找兩個人來幫助理發(fā)，一個人理發(fā)，一個人拿著吸塵器吸走剪下的頭發(fā)。

最麻煩的事情當數(shù)在太空中洗澡。航天員要將腳套在一個同定的環(huán)里，不然的話飄浮的身體被水一沖就會不停地翻跟頭。失重狀態(tài)下的水全是一粒一粒的小水珠，很容易嗆傷人，嚴重的還會嗆死人。所以航天員在洗澡時，還要戴上呼吸罩和擴目罩。洗完澡后，身體上的污水不會白動流下來，需要開動水泵連同空氣一起抽走。洗一次澡，真正的洗澡時問只有卜多分鐘，可清理污水和其他準備工作卻需要近一個小時。后來科學(xué)家對太空浴室進行了一些改進，改成了一個像睡袋一樣的裝置，航天員洗澡時，袋內(nèi)有清水和浴液射出，搓洗完畢后，可以打開袋下的抽風(fēng)機，把污水抽走。

上廁所時，工作艙到對接口的過道上有衛(wèi)生間，用拉鎖橡皮簾隔開，內(nèi)有真空小便池和抽水便桶。便桶內(nèi)有帶過濾底的塑料盒，排泄物落入，橡皮閥迅速關(guān)上此盒，外包幾層橡皮袋，投入廢物箱，彈到太窄，進人大氣層后被燒掉了。

休息時，航天員可以看錄像，戴耳機聽立體聲音樂，通過電視電話同親人“見面”，透過多個舷窗觀賞太空美景……

太空是個充滿魅力的神奇世界，在太空生活更是趣味無窮。隨著航天事業(yè)的發(fā)展，人們將不斷地取得在失重世界中的自由，這是一個多么美妙的前景！