各位同学大家好，我是本次家长课堂的主讲人王二超，来自中国科技馆。

 

　　相信同学们已经看了“天宫课堂”，其中王亚平老师在太空中做的几个实验，真的是令人印象深刻。航天员在太空中的生活和工作，同样非常精彩，那就让我们一起去了解认识一下吧。

 

　　一、航天员的一天

 

　　在新闻或电视节目中经常能看到空间站航天员在忙碌地工作，那么他们一天到底有什么计划安排？这就是这一部分主要讲的内容。

 

　　中国空间站天和核心舱，一天大约能围绕地球转16圈，也就是说能经历16个昼夜，但航天员不会按照16个昼夜来生活工作，他们也同样按照北京时间作息。

 

　　空间站中的航天员每天六点钟起床。起床后洗漱、准备早餐，七点半左右开始用早餐。八点，与地面沟通一天的任务计划，然后就开始一天的工作了。十二点是午餐及午休时间。晚上八点左右，向地面进行第二次工作汇报，并与地面沟通调整第二天的工作计划。

 

　　航天员在一周中会有一天休息时间。周六，站务管理时，航天员会用吸尘器、消毒纸巾对空间站进行大扫除，将干湿垃圾分类，取出下周所需物资并分类放到指定位置，使空间站保持整洁干净的工作环境。物资和垃圾的运输都是依靠天舟货运飞船来完成的。

 

　　空间站中的航天员早上要从睡眠舱中醒来，并在更衣室中换上舱内工作服。穿工作服时，要从脚部整体套入。洗漱时，要拿出一个浴帽套在头上，隔着浴帽揉揉擦擦，就是洗头了。

 

　　航天员如果不小心将水碰洒怎么办呢？这时候要及时处理，以免水珠飘到设备里造成短路，要用锡纸做的纸巾吸附住水珠，并将整个锡纸都扔进垃圾桶中。

 

　　航天员脚下绑了固定装置，否则航天员就会在空间站中来回飘动。这也是太空中失重环境带来的一个有趣感受，同时也带来了不便，让太空中的生活与地球上有很大不同。

 

　　二、严酷的太空环境与温馨的太空家园

 

　　（一）严酷的太空环境

 

　　航天员在空间站中可以既舒适又高效地工作，得益于天和核心舱提供的温馨环境，然而太空中的环境还是很恶劣的。

 

　　航天员在太空中需要面对的严酷环境，有以下四个方面。

 

　　第一，超重。相信各位同学在坐电梯的时候都体会过超重，但这种超重的感觉还是比较轻微的。航天员在升入太空的发射阶段、入轨阶段，以及从太空进入大气层的减速阶段，都要经历数倍于地球引力的超重过载。在航天发展的早期，超重过载可以达到七倍的体重。比如，一个人自身体重是50kg，那么他就要承担自身体重七倍的压力，即350kg。随着航天技术的发展，航天器的速度提高，超重过载降到了5倍左右，但对于航天员来说，仍有很大重量压在身上。

 

　　超重会导致人体血液流向下身，引起头部缺氧，可能会出现眩晕，甚至是昏厥。但是超重是必不可免的，航天员一定要锻炼自己耐受超重的能力。那么如何训练呢？航天员要坐在一个快速旋转的离心机中，承受自身体重八倍的重力，以此来提高耐受力。除离心机之外，航天员还要长时间地头朝下，脚朝上，让血液重新分布，适应血液集中于头部的感觉，以此抵抗眩晕感。三维滚环也是航天员训练时经常会用到的一个器械。它可以在不同的方向进行复杂地转动，以此训练航天员适应眩晕感。

 

　　第二，失重。太空中人们的体重引力近乎为零，航天员相当于悬浮在空中，与在地球上受地心引力的影响而自然形成“上下左右”的概念不同，航天员在太空中要重新建立方位感。由于不受重力影响，航天员在太空中的感觉就像跌入无底深渊，感觉四周都一样，没有上下前后的区别，也感受不到四肢的去向，这就是在微重力环境下引发的空间错觉和运动协调障碍。

 

　　为了让航天员适应失重，我们营造了一些相应的失重环境。比如，失重飞机训练。飞机先爬上高空，再向下俯冲，俯冲的过程就相当于重力近乎零的失重状态。在这种状态中训练航天员在失重环境下的运动以及各种操作技巧，比如，进食、拿取物品、操作仪器。

 

　　另一种训练方式是中性浮力水槽训练。飞机俯冲营造出的失重环境只有短短几十秒，一些需要长时间完成的工作则不太容易进行模拟训练。所以，建一个大型浮力水槽，将空间站按照一比一的比例放置在水槽中，可以为航天员提供一个长时间作业的环境。航天员也会穿上专用的水槽训练服，利用配重块来平衡浮力和重力，以此达到重力近乎零的状态，在这种环境下模拟各种操作，比如，出舱训练、使用工具、操作仪器设备等。在这种比较仿真的训练下，航天员可以熟练掌握到在太空失重环境下的各种技能。

 

　　随着航天员在太空中的时间越来越长，失重也会带来一系列不适症状，比如体重减轻，骨骼间隙增大，身高增加，肌肉松懈，心血管系统也会发生变化。这些都需要航天员通过相应的训练来应对。

 

　　第三，宇宙辐射、真空和高低温。太阳风暴导致很多带电粒子轰击到地球上来，但在地球上的同学们不用担心，在地面还是很安全的，因为地球受到了大气层和地球磁场的保护，可以屏蔽掉一些辐射粒子，臭氧层也会吸收抵御紫外线。

 

　　在太空中的空间站则没有这层保护，完全暴露在太阳的辐射之下。因此，航天器的结构材料会快速老化，电子器件会加快失灵。更重要的是，航天员的健康可能会受到严重损伤，使机体分子、细胞、组织结构受到损害，失去原有的生理功能。所以，虽然我们看到的太空很美，但潜藏的威胁无处不在，除了辐射，还有流星体等。

 

　　另一个不利因素是真空和高低温。太空中没有空气，属于真空环境，人无法在其中直接生存，另外，因为没有大气压与人体内部气压平衡，内脏器官会向外膨胀，直至破裂。高低温，指太空中背阴的一面，也就是没有太阳照射的一面，与太阳直射的一面相比，温差超过200℃。航天员在训练时会进入到低压舱，进行低压测试，以提高对太空环境的适应能力。

 

　　在空间站内，航天员可以得到很好的保护，出舱后保护航天员的是航天服。航天服相当于一个小型的没有动力的航天器。航天服的设计蕴含了较高的科技含量，营造出适宜人体生活的微环境，可为航天员舱外活动提供至少4小时生命安全和工效保障。目前生产航天服的国家非常少，包括中国在内只有几个国家能生产航天服。

 

　　第四，微流星和空间碎片。相信很多小朋友在晚上看星空时，都看到过流星划过。有时会觉得很美丽，甚至会许个愿望，但是如果在空间站中接触流星的话，是非常危险的。第一宇宙速度是7.9km/s，但流星在太空中的飞行速度远远超过第一宇宙速度，如果它要迎面撞到空间站上，破坏力是非常大的。

 

　　虽然我们见到的流星和落地的陨石不是很多，但据统计，其实每年都有4~6万吨的地外物质降落到地球上，相当于每年都有三万辆小轿车降落在地球上。其中大多数是微小的宇宙尘，看不到实体，较大的就成了流星或是陨石。

 

　　这里简单介绍一下微流星的大小与分类。如黄豆般大的流星体，会形成流星光芒划过。比黄豆还要小的流星体，其热量会在与空气的摩擦中散失，从而不会产生光芒。如核桃般大的流星体，进入大气层后会产生火流星现象。一般要达到苹果大小的流星体，才不会在大气层中燃烧殆尽，其残余物质落在地面，形成陨石。

 

　　按化学组成的不同，可以把陨石分成三类，一是铁陨石，二是石陨石，三是石铁陨石。其中，石铁陨石比较漂亮，是铁镍合金以及硅酸盐的融合物。用灯照一下橄榄石的切片，能透过光芒发亮的部分就是铁镍合金。

 

　　最初没有发射卫星之前，太空中是肯定没有空间碎片的。随着航天器的发射，到目前为止有数亿颗毫米以上大小的空间碎片在地球轨道中运行，总质量达到了几千吨。地面有专门的监控来监测大的碎片，预测其轨道，以提前规避危险，而针对小的碎片，就要靠航天器在设计上对结构进行防护了。

 

　　（二）温馨的太空家园

 

　　虽然太空中的危险无处不在，但是空间站或航天器给航天员提供了一个温馨的太空家园。

 

　　下面简单介绍一下天和核心舱。天和号长16.6米，直径4.2米，给航天员提供了更大的生活和工作空间。其中，尾段是资源舱，有燃料推进，对接的是天舟货运飞船，货物要从这里运输；前部是节点舱，有很多对接口，可以对接神舟飞船；中间是生活控制舱，大柱段是实验和工作的区域，小柱段是生活和休息的区域。与其他国际空间站相比，天和号空间较大，功能也属于比较先进的。且后续会添加新的舱段来完成更复杂的任务，增添更多的功能，进行更多的实验。

 

　　在中国科技馆西大厅放置了天和核心舱1:1结构验证件。这是用来进行结构验证的。在正式制作之前，先要进行仿真实验，进行原理验证，看看设计是否合理，有无改进空间等。

 

　　空间站上的机械臂是怎么运动的？机械臂有个特色，能像虫子一样爬行，它的两头都有标准的对接模块，可以从一个固定点移动接力到另一个固定点，并再原路倒回。这是非常先进和实用的设计，极大提高了机械臂的适用性。

 

　　三、太空中的生活和工作

 

　　（一）饮食

 

　　现在大家能看到很多航天员在太空中吃东西的场景，甚至能看到新鲜的水果，可以说，现在航天员在太空中的饮食条件有了很大进步。早期，航天员只能吃到牙膏一样膏状的食品，这是受技术所限，一方面要保证食品方便保存和易于处理，另一方面也要保障航天员的营养。虽然膏状的食物不易到处飘残渣，但具体口感肯定没有现做的饭菜可口。

 

　　随着技术的进步，尤其是在专门的航天食品领域的研究下，航天员可以吃到真空包装的牛肉片和各种小菜，甚至可以在空间站中开派对。饮食变得越来越方便和可口了。这一方面源自火箭的运载能力提高了，可以运输更多的物资到空间站中，另一方面在于食品的保存手段提升了，可以把新鲜的食物带上太空，供航天员品尝。

 

　　虽然我们在地球上吃饭很简单，可以把食物、餐具放在桌上，平稳地坐下吃饭，但在太空中如果不好好处理的话，食物会飘得到处都是。为了克服这一点，航天器中设计了专门的餐桌和餐盘，可以吸附在固定的位置上。食品包装袋也可以通过松紧扣固定在餐桌上。现在航天员已经可以吃到地面做好的菜品了，比如宫保鸡丁。另外，也有很多脱水食品送到太空中。脱水食品就是利用技术手段将新鲜的食物脱水，这样食物就会变得很轻，利于保存。等到航天员食用时再将水注入，食物就又回归到新鲜的状态了。

 

　　（二）锻炼

 

　　失重环境下，人体会出现骨质疏松和肌肉萎缩。为了保持良好的体能状态，开展各项工作，航天员们需要不断锻炼。我国航天员每周至少做两到三次高强度运动来保持体力。国外航天员在国际空间站中，会依靠橡皮条一样的固定装置将自己固定在跑步机上进行锻炼。我国航天员也是通过把自己固定在设备上来进行运动的。中国空间站中很多附属的布条、布套，都相当于工作位，航天员通过把自己固定在不同的工作位上来完成不同的工作。

 

　　中国空间站上的航天员在跑步机上锻炼，用拉力器进行扩胸运动，工作间隙也会做比较方便的运动，来保持肌肉力量，维持良好的身体素质。

 

　　（三）洗澡

 

　　运动完后肯定会出汗，出汗后如何在太空中洗澡呢？其实在太空中洗澡是一个很复杂、很麻烦的事情，因为失重，在太空中无法像在家中一样可以选择淋浴或泡澡。所以，在太空中洗澡，要进入到一个专门的装置中。航天员要在这个半密封的装置里，用像吸尘器一样的装置将水淋出，再用另一个装置及时将水吸走。太空中洗澡可以说是一个比较奢侈的享受，因为操作起来很复杂且影响较大，所以很多时候航天员都是用湿巾擦拭头发和身体。而且空间站中的温湿度都处于人体舒适的范围内，除了运动外，航天员也不会出很多汗。

 

　　（四）理发

 

　　神舟十三号航天员要在太空工作半年之久，头发长了怎么办？在太空中理发，需要格外注意整理碎屑。碎屑到处飞，一方面给清理造成困难，另一方面也可能会造成设备短路。所以，航天员会手持一个类似吸尘器的装置，及时将碎屑收集起来，并在垃圾分类之后，统一由货运飞船运回地面。

 

　　（五）睡眠

 

　　航天员的睡眠舱虽然看起来像火车中的上下铺，但其实现在航天员的睡眠环境已经有了很大提升。之前只是钻进睡袋中，再将睡袋固定到舱壁上。虽然失重环境下，人体没有上下左右的概念，但有了睡眠舱后，舒适性和私密性都会有所提升。

 

　　（六）使用卫生间

 

　　阿波罗登月计划执行的时候，将90多份航天员的粪便袋遗留在月球上。原因是当时既没有有效的处理方式，携带回地球又很浪费燃料。几十年过去后，很多人呼吁再次登月，取回粪便袋，研究其变化。

 

　　在太空中如厕是很复杂的事情。首先要将自己固定在卫生间中，其次要用类似于吸尘器的装置将排泄物完全吸纳收集干净，避免残渣到处飘。

 

　　美国新研发的号称价值1.5亿人民币的马桶，是比较先进的。这个马桶采用3D打印技术，用钛合金打印了风扇分离器，相当于把排泄物打碎、分离，它可以产生强大的吸引力，将尿液和粪便吸入马桶当中，并能做到干湿分离，将尿液回收起来，将粪便适当保存。这个太空马桶对尿液的回收效率显著提升。回收的尿液经过处理可以变为饮用水，直接再次饮用，这听上去可能感觉不是很好，但航天员对把提炼后的尿液当作饮用水再次饮用已经习以为常了。美国航天员还有一个有趣的比喻——“昨天的咖啡变成了明天的咖啡”。水处理技术是维持在太空中长时间生活的必不可少的技术，因为水循环使用会极大减少物资的运载量，提高燃料的使用效率。

 

　　四、一起飞向太空

 

　　可能很多同学都觉得航天离我们比较远，但其实航天技术的应用就在我们身边。航天技术转为民用的案例中，比较有趣又广为人知的是纸尿裤。纸尿裤最初是为航天员发明的，因为早期没有生产出太空马桶。现在，基本上每个婴儿都会使用纸尿裤。

 

　　还有一个例子，笔记本电脑，其实最初也是为太空专门设计的。因为早期的电脑都是台式机，非常笨重，也比较大，为了带到太空中处理一些数据计算等工作，专门开发了便携式笔记本电脑。

 

　　我们国家的一个科研成果，红外血管成像仪，也是参与了航天技术的研发工作。这是能通过红外线投影，实时反映出我们的血管分布的。比如，在输液或扎针时，遇到血管比较细的情况，可以使用这个设备，帮助护士准确找到血管的所在。这也是现在航天成果转为民用的一个例子。

 

　　相信同学们已经对空间站中航天员的生活和工作有了一定了解。是不是很向往太空中的生活呢？如果各位同学对航天事业感兴趣的话，那就请利用好现在的大好时光，好好学习，强身健体，将来有机会成为航天员，进入空间站，进行探索和考察。

 

　　今天的讲座到这里就结束了，谢谢各位同学。