載人航天是當(dāng)今世界最復(fù)雜、最龐大、最具風(fēng)險性的航天工程，那么，人類為什么還要斥巨資發(fā)展載人航天事業(yè)呢？首先，人類永無止境地探索自然奧秘的本性，促使人類在繼陸地、海洋、天空之后，向更新、更廣闊的太空邁進(jìn)；其次，在太空，人所具有的能力和作用，是任何設(shè)備都無法替代的；再次，地球面臨的資源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)，促使科學(xué)家關(guān)注和思考人類社會的未來發(fā)展，并把太空作為實現(xiàn)人類可持續(xù)發(fā)展的方向。

　　航天員常住太空的家：國際空間站

　　所謂太空，也就是外層空間，是地球稠密大氣層之外的空間區(qū)域。在航天技術(shù)領(lǐng)域，通常將地表120km以上的區(qū)域稱為空間或太空。由于技術(shù)水平的限制，人類的航天活動目前主要在太陽系以內(nèi)的空間進(jìn)行。

　　太空有著“獨家僅有”的寶貝，那就是空間環(huán)境及資源。微重力、強輻射、高潔凈、高真空環(huán)境，豐富的太陽能以及眾多星體上的海量礦物資源，比如月壤中的氦-3等等。這些資源在地球上難以獲得，但在太空中卻是隨處可見的。

　　利用這些資源，登上太空的航天員可以進(jìn)行科學(xué)實驗，改善生產(chǎn)工藝，還能夠得到在地球上難以生產(chǎn)或無法生產(chǎn)的產(chǎn)品，比如太空育種出的新品種水稻等，為人類創(chuàng)造新的財富。

　　太空育種產(chǎn)生的水稻新品種華航1號

　　人類親臨太空，不僅可以擴(kuò)展認(rèn)知領(lǐng)域，揭示新的自然規(guī)律，而且能夠?qū)⑤d人航天科技成果用于改善生活質(zhì)量和發(fā)展高技術(shù)，促進(jìn)科技進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。實際上，空間技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)成為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的重要推動力之一。

　　此外，載人航天是高技術(shù)密集的綜合性尖端科學(xué)技術(shù)，對當(dāng)今世界的政治、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)等諸多方面具有重大的影響，已經(jīng)成為衡量一個國家綜合國力的重要標(biāo)志。

　　就像藏有寶藏的密室通常配備了多重機(jī)關(guān)一樣，太空也為想要“取寶”的航天員們準(zhǔn)備了許多艱難的考驗。

　　超重和噪聲

　　在發(fā)射的加速上升段和返回途中，航天員要經(jīng)受超重過載，它通常數(shù)倍于地球引力。當(dāng)加速度作用于人體的方向由頭至骨盆時稱為正向過載，可能引起頭部、上身缺血和視力障礙，嚴(yán)重時還可能發(fā)生暈厥。

　　神舟十一號航天員景海鵬、陳冬返回地球途中

　　同時，在發(fā)射、在軌飛行、返回的過程中，航天員所處的環(huán)境都會伴隨著巨大的噪聲。噪聲強度過大，會影響航天員的心率、血壓和耗氧量，可能誘發(fā)心血管功能紊亂并降低工作效率。

　　航天員們在國際空間站的生活

　　在軌運行時，噪聲比發(fā)射上升段和返回再入段小得多，但也相當(dāng)于繁忙交通路口的噪聲強度。

　　失重

　　進(jìn)入太空后，人體處于一種失重狀態(tài)，對生理功能有很大影響。

　　航天員在太空中處于失重狀態(tài)

　　中長期航天飛行，失重會導(dǎo)致航天員出現(xiàn)多種生理、病理現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為心血管功能障礙、骨丟失、肌肉萎縮、免疫功能下降、內(nèi)分泌機(jī)能紊亂、工作能力下降等。

　　宇宙輻射、真空和高溫低溫

　　太空是一個高真空、超低溫、強輻射的環(huán)境。這種環(huán)境人一旦暴露其中，將面臨失壓、缺氧、低溫和輻射損傷4大危險。

　　太空沒有氧氣和外部大氣壓，如果人直接暴露于太空，將會立即窒息死亡，也會因為壓力壓迫內(nèi)臟和器官脹裂而立刻喪命。

　　不說太空環(huán)境本身溫度就很低，至少在-100℃以下，就說太空是高真空環(huán)境，熱量都無法傳導(dǎo)和對流。載人航天器飛行中，向陽面溫度高達(dá)100℃以上，而背陰面或陰影中，溫度則在-100℃以下。如果載人航天器沒有良好的隔熱設(shè)計和艙內(nèi)溫度控制能力，航天員將面臨“冰火兩重天”的考驗。

　　航天員在航天器內(nèi)得到隔熱設(shè)計和溫控系統(tǒng)的保護(hù)

　　太空中不僅有輻射，各種天體也在向外輻射電磁波，甚至高能粒子，形成宇宙射線，例如，銀河系有銀河宇宙線輻射，太陽有太陽電磁輻射、太陽高能粒子和太陽風(fēng)。

　　日地空間輻射環(huán)境

　　由于地球大氣層的屏蔽效應(yīng)，宇宙空間的輻射到達(dá)地面的劑量很小，對生活在地球上的人類基本沒有危害。而宇宙空間中，航天員如果沒有有效的輻射防護(hù)，可能會受到宇宙輻射的致命傷害。

　　大氣層保護(hù)我們免受輻射傷害

　　微流星和空間碎片

　　微流星來自于巖石或更大碎片的碎裂物，通常產(chǎn)生于太陽系形成之際。微流星相對于航天器的速度大約為每秒數(shù)十千米，就像武俠片中的“暗器”，對航天飛行有重大威脅。

　　在空間常見的微流星景觀

　　抵抗微流星的撞擊，是設(shè)計航天器和航天服面臨的難題。微流星雖然體積小，但數(shù)量多，高速撞擊會對航天器外殼產(chǎn)生砂蝕效果，長期暴露會危害到航天器各系統(tǒng)的性能。

　　國際空間站上的艙外防護(hù)罩被一顆微流星體擊穿

　　空間碎片又稱為空間垃圾，是指廢棄的火箭或航天器的殘骸和它們爆炸或碰撞產(chǎn)生的碎片。空間碎片與航天器的相對速度在0～16km/s之間，稍低于微流星的相對速度，但空間碎片和航天器發(fā)生碰撞的機(jī)會很多。

　　太空垃圾示意圖

　　一旦相撞，可在航天器的表面留下撞擊坑或穿孔，甚至造成航天器表面的機(jī)械損傷。體積相對較大的微流星和空間碎片，對人和航天器的破壞都是致命的。

　　時間節(jié)律

　　載人航天器一般繞近地軌道飛行一周大約90分鐘，這就是說24小時內(nèi)有16個晝夜變化。長期生活在地球上的人，短期內(nèi)不能適應(yīng)這樣的晝夜周期變化，就會出現(xiàn)一些生理功能紊亂現(xiàn)象，如睡眠障礙、容易疲勞等，同時工作效率會降低。

　　地面環(huán)境下人體的晝夜節(jié)律周期

　　因此，保障航天員在航天特殊環(huán)境下健康生存，完成預(yù)定的工作任務(wù)并安全返回地面，是非常不容易的，這也是載人航天飛行頭等重要的任務(wù)。

　　要通過層層選拔，要經(jīng)過魔鬼訓(xùn)練，要在太空中“以身犯險”，航天員們依然義無反顧，為全人類的幸福在浩瀚太空中前行。這也是航天員的故事的開始。

　　參考文獻(xiàn)/《飛天英雄——追蹤航天員飛天足跡》


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