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地球资源那么丰富,为何人类要以身犯险上太空呢?

来源:中国航天科普微信公众号 作者: 发布时间:2020-02-04 12:35:31 浏览次数: 【字体:

载人航天是当今世界最复杂、最庞大、最具风险性的航天工程,那么,人类为什么还要斥巨资发展载人航天事业呢?首先,人类永无止境地探索自然奥秘的本性,促使人类在继陆地、海洋、天空之后,向更新、更广阔的太空迈进;其次,在太空,人所具有的能力和作用,是任何设备都无法替代的;再次,地球面临的资源危机和环境危机,促使科学家关注和思考人类社会的未来发展,并把太空作为实现人类可持续发展的方向。

航天员常住太空的家:国际空间站

所谓太空,也就是外层空间,是地球稠密大气层之外的空间区域。在航天技术领域,通常将地表120km以上的区域称为空间或太空。由于技术水平的限制,人类的航天活动目前主要在太阳系以内的空间进行。

太空有着“独家仅有”的宝贝,那就是空间环境及资源。微重力、强辐射、高洁净、高真空环境,丰富的太阳能以及众多星体上的海量矿物资源,比如月壤中的氦-3等等。这些资源在地球上难以获得,但在太空中却是随处可见的。

利用这些资源,登上太空的航天员可以进行科学实验,改善生产工艺,还能够得到在地球上难以生产或无法生产的产品,比如太空育种出的新品种水稻等,为人类创造新的财富。

太空育种产生的水稻新品种华航1号

人类亲临太空,不仅可以扩展认知领域,揭示新的自然规律,而且能够将载人航天科技成果用于改善生活质量和发展高技术,促进科技进步和产业发展。实际上,空间技术应用已经成为促进经济和社会发展的重要推动力之一。

此外,载人航天是高技术密集的综合性尖端科学技术,对当今世界的政治、经济、科学技术等诸多方面具有重大的影响,已经成为衡量一个国家综合国力的重要标志。

就像藏有宝藏的密室通常配备了多重机关一样,太空也为想要“取宝”的航天员们准备了许多艰难的考验。

超重和噪声

在发射的加速上升段和返回途中,航天员要经受超重过载,它通常数倍于地球引力。当加速度作用于人体的方向由头至骨盆时称为正向过载,可能引起头部、上身缺血和视力障碍,严重时还可能发生晕厥。

神舟十一号航天员景海鹏、陈冬返回地球途中

同时,在发射、在轨飞行、返回的过程中,航天员所处的环境都会伴随着巨大的噪声。噪声强度过大,会影响航天员的心率、血压和耗氧量,可能诱发心血管功能紊乱并降低工作效率。

航天员们在国际空间站的生活

在轨运行时,噪声比发射上升段和返回再入段小得多,但也相当于繁忙交通路口的噪声强度。

失重

进入太空后,人体处于一种失重状态,对生理功能有很大影响。

航天员在太空中处于失重状态

中长期航天飞行,失重会导致航天员出现多种生理、病理现象,主要表现为心血管功能障碍、骨丢失、肌肉萎缩、免疫功能下降、内分泌机能紊乱、工作能力下降等。

宇宙辐射、真空和高温低温

太空是一个高真空、超低温、强辐射的环境。这种环境人一旦暴露其中,将面临失压、缺氧、低温和辐射损伤4大危险。

太空没有氧气和外部大气压,如果人直接暴露于太空,将会立即窒息死亡,也会因为压力压迫内脏和器官胀裂而立刻丧命。

不说太空环境本身温度就很低,至少在-100℃以下,就说太空是高真空环境,热量都无法传导和对流。载人航天器飞行中,向阳面温度高达100℃以上,而背阴面或阴影中,温度则在-100℃以下。如果载人航天器没有良好的隔热设计和舱内温度控制能力,航天员将面临“冰火两重天”的考验。

航天员在航天器内得到隔热设计和温控系统的保护

太空中不仅有辐射,各种天体也在向外辐射电磁波,甚至高能粒子,形成宇宙射线,例如,银河系有银河宇宙线辐射,太阳有太阳电磁辐射、太阳高能粒子和太阳风。

日地空间辐射环境

由于地球大气层的屏蔽效应,宇宙空间的辐射到达地面的剂量很小,对生活在地球上的人类基本没有危害。而宇宙空间中,航天员如果没有有效的辐射防护,可能会受到宇宙辐射的致命伤害。

大气层保护我们免受辐射伤害

微流星和空间碎片

微流星来自于岩石或更大碎片的碎裂物,通常产生于太阳系形成之际。微流星相对于航天器的速度大约为每秒数十千米,就像武侠片中的“暗器”,对航天飞行有重大威胁。

在空间常见的微流星景观

抵抗微流星的撞击,是设计航天器和航天服面临的难题。微流星虽然体积小,但数量多,高速撞击会对航天器外壳产生砂蚀效果,长期暴露会危害到航天器各系统的性能。

国际空间站上的舱外防护罩被一颗微流星体击穿

空间碎片又称为空间垃圾,是指废弃的火箭或航天器的残骸和它们爆炸或碰撞产生的碎片。空间碎片与航天器的相对速度在0~16km/s之间,稍低于微流星的相对速度,但空间碎片和航天器发生碰撞的机会很多。

太空垃圾示意图

一旦相撞,可在航天器的表面留下撞击坑或穿孔,甚至造成航天器表面的机械损伤。体积相对较大的微流星和空间碎片,对人和航天器的破坏都是致命的。

时间节律

载人航天器一般绕近地轨道飞行一周大约90分钟,这就是说24小时内有16个昼夜变化。长期生活在地球上的人,短期内不能适应这样的昼夜周期变化,就会出现一些生理功能紊乱现象,如睡眠障碍、容易疲劳等,同时工作效率会降低。

地面环境下人体的昼夜节律周期

因此,保障航天员在航天特殊环境下健康生存,完成预定的工作任务并安全返回地面,是非常不容易的,这也是载人航天飞行头等重要的任务。

要通过层层选拔,要经过魔鬼训练,要在太空中“以身犯险”,航天员们依然义无反顾,为全人类的幸福在浩瀚太空中前行。这也是航天员的故事的开始。

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