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“神七”实现了中国人的飞天梦



神七问天神七问天


        2008年9月25日,中国航天事业承载着一个古老民族对于太空的渴望,我国自行研制的神舟七号载人飞船在酒泉卫星发射中心发射升空。在这次飞行中,航天员将进行出舱活动,首次把中国人的足迹留在宇宙空间。幸运的是,本刊记者在“神舟七号载人航天飞行新闻中心”,全程跟踪了神七的“飞天”过程。

        “飞天”服的五大保障
 
        当我荣幸地踏进“神七新闻中心”的时候,实然想起公元1076年那个明月高悬的秋夜,当宋代大诗人苏轼“把酒问青天”时,是否想到,相隔932年之后的今夜,中华民族开始了又一次超越梦想的飞天。
        当有关专家来到会场大厅时,几乎所有的记者,都争先恐后地在抢问同一个问题:“舱外航天服是否安全可靠?舱外航天服是否有动力?能否对航天服进行测控?航天服最大抗辐射剂量是多少……”
        中国载人航天工程研究专家刘国宁在接受记者采访时说:“地球辐射带是高能带电粒子受到地球磁场捕获而形成的强辐射区域,包括内辐射带和外辐射带,主要由高能电子与高能质子构成,靠近地球的内辐射带中心位于距地面3000~4000km左右。
        目前的载人航天活动主要集中离地面在500km以下的低地球轨道上,处于内辐射带底部。在这个高度上,辐射带主要集中在两个区域:南大西洋异常区(内辐射带)和极区电子带(外辐射带)。辐射带高能粒子的能量相对不高,航天器的舱壁对它们能起到很好的屏蔽作用,但航天员的出舱活动应尽可能避开南大西洋异常区以降低航天员受到的辐射剂量。”
        中国载人航天工程研究专家林西强随后补充道:“银河宇宙线是来自银河系超新星爆发时的高能粒子,能量很高,但通量较低。由于其通量很低,一般不会造成显著的短期效应,但长期暴露在银河宇宙线中会增加不育和癌症的风险。在近地载人轨道上,地磁场屏蔽了大部分的银河宇宙线,其剂量贡献主要集中在极区附近,轨道越高,倾角越大,影响越大。比如国际空间站飞行高度距离地面400km,倾角51.6°,银河宇宙线对它造成的辐射剂量占总剂量的一半以上。而神舟飞船轨道的高度和倾角都比较低,银河宇宙线的剂量贡献只占总剂量的30%左右。”

舱外行走舱外行走


        舱外航天服是保障和实现航天员太空行走的关键。中国载人航天工程航天员系统副总设计师黄伟芬接受本刊记者采访时说:中国航天员科研训练中心在前期研究基础上,通过多年努力并综合国内技术基础,为“神七”进行舱外航天服的设计研制工作。航天服虽然是“批量”生产的,手套却是采用国际上先进的“三维数字扫描”技术,为每个航天员量身定做的,既安全又灵活。戴上它,航天员能够轻松握持直径为25毫米的物体,拿起一个水杯不在话下。手心握物部位的那些凸粒状橡胶,就是为了隔热和防滑而设计的。
        出舱活动主要靠手完成操作和“行走”,手套必须灵活,同时又要有相当的厚度以保证气密性、隔热性。这在材料与工艺上几乎是矛盾的,而我们的科研人员经过无数次试验,终于制造出了灵活性国际一流的手套。
        我国研制成功的“飞天”舱外航天服主要功能和性能有以下五个方面。
        1、能够提供太空环境的防护,具有压力防护、热防护、视觉防护等功能,能够保证航天员免受低压、太阳辐射、微流星的伤害;
        2、具有功效的保障功能,通过设计要保证在加压的状态下,保证航天员还具有良好的操作活动性、灵活性和必要的视觉保障功能;
        3、提供环境控制与生命保障功能,它能实现服装内环境的温湿度控制、供氧及压力控制以及大气环境的通风和净化、应急的供氧、环境参数的测量和控制,为维护航天员生命活动提供必需的基本环境条件;
        4、系统信息显示与控制功能,实现对系统主要参数的监视和主备份机手动或自动的切换控制功能;
        5、遥测通信功能,实现有线和无线出舱模式下的服装工程参数、航天员生理信息和语音信号的采集与遥测。同时,舱外航天服系统的运行过程与飞船舱载设备的相关接口必须匹配。
        我们国产的“飞天”舱外服已具备了这五大保障功能,而且,这次的太空行走,还备用了俄罗斯的“海鹰”舱外服,所以请各位记者一百个放心。
 
        五星红旗飘太空
 
        在“神七新闻中心”最让我惊心动魄的一刻,就是翟志刚出舱前的那几分钟。不光是我,包括在场的每一位中外记者。中午一起吃饭的时候,坐在我旁边的新华社记者问我;“此时,你最关心的问题是什么?”“出舱成功!”她也毫不犹豫地说:“今天的出舱是最让人关心的。”
        下午从16时20分左右开始,会场大厅一片静止,可以清楚的听见在场的每一位专家和记者的心跳声。
        激动人心的时刻到来了!从大屏幕上可以清楚地听见翟志刚在打开舱门的粗重的呼吸声。身着“飞天”航天服的翟志刚,慢慢旋拧头顶上方的气闸舱舱门,虽然是一个简单的动作,但由于失重环境的影响,动作沉重而缓慢,舱门打开了一半,又闭了起来。会场大厅里每个人的心都提到了嗓子眼,很多人不约而同的握紧拳头,为翟志刚加油鼓劲!终于,翟志刚推开舱门了!短暂而有力的掌声过后,会场大厅立刻又陷入了紧张的氛围中。
        虽然这一切都在几分钟内完成,而对现场的我们来说,是那么的惊心动魄、蔚为壮观!
        “神舟七号报告,01感觉良好,出舱准备完毕!”
        “02感觉良好,出舱准备完毕!”
        航天员翟志刚、刘伯明洪亮的声音清晰地传到会场大厅,神七航天员已按照预定程序完成了出舱前的所有操作,等待着飞控中心发出的出舱指令。
        “打开返回舱舱门,开始出舱!”16时34分,总调度向航天员发出了口令。
        每一个人的目光全神贯注,此刻所有跳动的心都在同一时刻纠结在数百公里之遥的太空。这一刻,有千万双眼睛注视着航天员,千万颗心和他紧紧相连,为他默默的祈祷,为他深深的祝福。
        只见翟志刚将头部慢慢地伸出舱外,深奥莫测的太空展现在他的眼前,日月星辰在他面前浮游而过。然后,他将半个身子探出,面向飞船推进舱上的摄像机,挥手致意!中国航天员首次出舱的第一个精彩瞬间便定格在历史的镜头里,定格在共和国的航天史册上,定格在人类征服太空的雄壮征程里。
        随后,他全身置身于蔚蓝色太空中,就像一只张开翅膀的“飞天侠”,从飞船旁边滑翔而过。接着另一名航天员刘伯明也缓缓将头探出舱外,并把一面鲜艳的五星红旗递给翟志刚,深黑色的太空中,鲜艳的五星红旗在翟志刚的手中尽情挥舞,交相辉映。大屏幕上,准确无误地记录下这一伟大的历史时刻—中国人首次实现了太空行走的壮举。
        随着翟志刚打开神七飞船舱门进入太空,中国航天员首次太空行走正式开始。亿万观众屏住呼吸、翘首企盼的时刻终于到来。航天员翟志刚挥舞国旗,漫步太空,并向地面报告:“向全国人民、向全世界人民问候!。”当翟志刚迈出轨道舱时,他所看到的那个世界,既安宁又精彩。安宁是因为千万年来,罕有人类走近浩瀚的外太空,和灿烂群星亲密接触;精彩是由于这个世界中存在着太多机会和可能,造福于人类的现代化。翟志刚的太空第一步,无疑将载入史册,而对国家未来的探索,也需要有航天探索的勇气;每一次探索式的迈步,又都可能意味着是最精彩的第一步。“飞天”梦驱动自主创新与民族自尊。
        本刊记者就翟志刚第一次未开舱门,采访了中国航天员科研训练中心总工程师邓一兵。邓工说:“航天员出舱前,连续开了两次的舱门,出现这种小花絮,主要是因为翟志刚发现第一次的出舱位置不太理想,所以挪动了位置后第二次开舱门的时候,顺利出舱了。”

航天员景海鹏(左)、翟志刚(中)、刘伯明(右)航天员景海鹏(左)、翟志刚(中)、刘伯明(右)


        天外归来的平安系统

        9月28日下午16时49分,由12万个零部件、元器件组装而成,完全是“中国制造”的神七,返航飞向祖国的怀抱。
        虽然神七飞上了天,也顺利实现舱外行走,专家们的到来,记者同样蜂拥而上。飞船返回如何保护航天员不受伤害、航天员身体的健康状况等等,又成了记者最关心的问题。
        航天员科研训练中心总工程师邓一兵在接受记者采访时说:“飞船返回过程中,航天员受到重力加速影响,会出现身体不适,甚至流鼻血等,该如何避免?航天员在返程必须横卧。当重力达到一定量时,航天员身体会受到损伤,神七飞船返回时,航天员所承受的重力加速不会超过这个量。”他告诉记者,在返回的过程中,航天员要注意在返回过程中的坐姿。由于胸背向上承受的冲击比头脚向上承受能力要好,所以在返回的时候要求人必须躺着,这样着陆的时候,才能够承受更大的压力。
        现场另一位专家梁琦进一步补充道:神舟七号飞行是一次前所未有的挑战。空间运动病、减压病、体力耐力下降,这是这次任务中的3大医学防护难题。由于太空环境因素的影响,航天员可能出现失去方位感、头晕、呕吐、恶心等症状,严重时将无法出舱。出舱过程中如果发病,呕吐物一旦堵塞舱外航天服的管道,可能导致非常危险的后果。
        航天飞行前3天是空间运动病高发期,发病率达到50%。而神七航天员飞行总天数预计为3天,出舱预计在第2天末,因此空间运动病是神七航天员防护的重中之重。除了国际上通用的防治空间运动病的西药,我国还特别研发了提高心血管能力和空间适应能力的中药,并第一次带上了太空。航天员从飞行之前8小时开始服药,按照一日3次的剂量进行预防,在出舱阶段还将使用针剂注射。
        这次神七对抗运动病药物进行了改进:口服片剂更新为口腔速崩片,不用水就能吃。注射针剂则采用预充式,药液事先已经装好,航天员可以自己注射,也可以互相注射。
        从发射升空到穿上舱外航天服执行出舱任务,航天员所处的大气环境将在短时间内从1个大气压减到40千帕—相当于7000多米高山上的气压值。在这种情况下,航天员可能出现关节疼痛,严重时可能引起头疼、呼吸紊乱甚至意识丧失。
        减压病最有效的防治办法是吸氧排氮,人体在一个大气压的普通空气中生活时,体内氧气占21%,氮气约占79%。航天员在进入舱外服之前,需要把体内多余的氮气排出,用氧气代替它。这样,当体内的气体因外界压力低而向外溢出时,人体就不会因为氮气的溢出而产生皮肤发痒、关节疼痛等不适反应。
        国外的载人航天飞行任务中,航天员通常是在入轨72小时后出舱。由于飞行天数的有限,神七航天员出舱活动安排在第2天,而这个时间段,恰恰与空间运动病的高发期重合。
        神七航天员在飞行过程中服用名为“太空养心丸”的中药制剂,以加强身体机能,更好地防治空间运动病。“太空养心丸”内含十几味中药,对提高心血管功能有显著功效。中药被做成药丸装在米纸里,航天员在太空中可以很方便地加水服用。
        实验和飞行实践证明,中医药对于航天员在空间环境中加强心血管功能、提高整体抵抗力免疫力、防治空间运动病是有效的。在经过了标准的药学药理和临床试验、审批后,这些中药在神七飞行中可以带到太空了。
        空间运动病并不是真正的“生病”,而是空间失重环境引发的心血管功能失调、骨盐丢失、红细胞下降等反应,是健康人在不正常条件下的生理应激反应。对此,西医缺乏有效而无毒、副作用的手段,但中医以强身固本的原则来调理和用药,能够提高航天员的生理功能储备,让他们能在特殊环境下的适应性和耐受性得到提高。
        带有南方口音的飞船着陆专家林斌在接受记者采访时说:“从太空返回的飞船以每秒数千米的速度进入大气层后,主要是借助降落伞和反推火箭来减速和平安着陆,从而保护航天员不受伤害。
        由于受到大气阻力的作用,飞船在进入大气层以后,速度会迅速下降。到距离地球表面约15公里时,飞船速度由超音速下降到亚音速,稳定在200米/秒左右。如果飞船以这样的速度冲向地面,航天员着陆时所受到的冲击,仍然如同从100层高楼上飞身跳下。”
        飞船减速首先依靠降落伞,当返回舱下降到距地面大约10公里的高度时,返回舱自动打开伞舱盖,引导伞打开后,再拉出减速伞。为了减少开伞冲击力,减速伞还特意设计为两级充气,分两次打开,使返回舱的速度下降到80米/秒左右。减速伞工作16秒钟后,与返回舱分离,同时拉出主伞。主伞也采取两级充气的方法,先张开一个小口,然后慢慢地全部张开,使返回舱的下降速度逐渐由80米/秒减到40米/秒,然后再减至8米~10米/秒。
        然而,即使是以8米/秒的速度着陆,飞船所受的冲击力仍可能对航天员的脊柱造成损伤。飞船距离地面大约1米时,安装在返回舱底部的4台反推火箭还将点火工作,使返回舱速度一下子降到2米/秒以内。
        此外,具有缓冲功能的航天员座椅在着陆前也开始自动提升,从而使冲击的能量被缓冲吸收。为了最大限度地吸收冲击的能量,航天员座椅上还铺设了一套根据航天员身材量体定制的缓冲坐垫。
        终于,神七在十三亿中国人民企盼中于17时37分安全地着陆了。
        惟一让记者感到遗憾的事,把那件价值3000万元人民币的舱外航天服留在天上,想想都觉得可惜。不过,这套服装一旦顺利完成出舱保障,也就完成了最重要的使命。但是,随返回舱回到地面的,将是比舱外航天服本身更宝贵的技术和经验。
        长征、神舟、飞天……就像这些中国特色的名字所寓意的那样,在太空,谁也无法预测中国人的脚步将会走多远。