书城童书太空宇航知识篇(六)
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第8章 天之骄子——宇航员(7)

在载人航天中这三类都会遇到,但有的因素可用工程技术手段加以解决,对人体来说就不成为问题了,如真空、高低温度、辐射因素等;有些可部分解决,如超重、噪音、振动和刺激前庭器官的角速度及角加速度因素等;有些只能靠适应和锻炼采提高耐力,如失重、部分超重和前庭刺激因素、人工大气、狭小环境和生活节律改变等等。真正的训练适应耐力就是指后一类和第二类的一部分。

1.失重适应训练:失重或者说低重力是航天环境中主要特殊因素之一,人体进入太空后受失重环境影响较大,虽然可飞来飞去身轻如燕,但总感觉头晕脑胀,如不在地面加强训练和锻炼,很难在太空生活和执行航天任务。这项训练的目的就是使宇航员在航天前就体验失重环境,借以提高对失重情况下的稳定性,锻炼失重环境下生活和工作的适应性。

在这项训练中,基本是采用两种办法,一是在“失重飞机”中训练,一是在失重水池中训练(长期卧床法不常用,只是在研究失重或低动力条件下人体生理反应时才使用)。

所谓“失重飞机”就是使飞机进行搪物线式飞行,它可造成20~30秒钟的失重环境。前已讲过,在选拔中也使用这种方法,但那只是一次性考验,看被选者是否能适应这种短期失重条件。在训练中就不是一次两次地飞行了,要反复进行。为使宇航员适应与体验失重环境,还要求在短期失重中做一些航天时要求的动作,如进食、取物,和其它宇航员一起做共同性动作。一般这个训练项目反复进行30次左右后,被训者初试时的紊乱感觉就可消失,就可相对自如地做要求动作。

另一种训练方法是在一个大水池中进行。所谓“失重水池”也大小不等。小型水池只能使宇航员体验一下飘浮感觉,这并不是真正的失重,只是一种类似失重的浮力感觉,这种训练方法主要是要求宇航员在飘浮状态下完成航天时所需要做的各种动作。

2.超重耐力训练:超重环境,前已讲过它是由火箭起飞或载人航天器返回时的加速度引起的。这种环境因素对人体有较大的影响,不过火箭技术的发展,已使超重因素相对减少,但仍需对人体的耐力加以锻炼才能适应航天的需要。前苏联对超重耐力的训练主要有两种方法,一是在飞机上进行二是用人工重力模拟器,也就是在人用离心机上进行。前苏联星城有两台较大型人用离心机,一是7米直径,一为17米直径,并有3轴吊篮舱的离心机。训练的目的除加强宇航员对超重环境的适应耐力外,主要是使宇航员在超重环境中能作出各种技巧动作。人们发现,人体在超重环境的耐力潜力较大,经过严格训练(包括日常的其它类体质训练在内)的人,比不受训练的人,有大好几倍的耐力。

3.前庭功能训练:前苏联对宇航员的前庭功能耐力训练主要是与日常体质锻炼结合起来进行。训练方法有主动与被动之分,主动方法包括徒手体操、跳弹跳网、滑雪、滑冰、冲浪等运动项目;被动方法是把人放在转椅、转台、秋千、旋转房、离心机、飞机上进行训练。无论是主动还是被动训练,目的是使受训者在接受对前庭器官有刺激的因素(如转动、旋转、失重和超重等)刺激时,人体不会发生眩晕和错觉症状。训练周期性进行。合格的表现是耐受时间延长,心率和血压的波动幅度降低,头晕等症状减轻或消失。这项训练安排在受训期间的全过程,一直到上天之前。前苏联第二名进入太空的宇航员季托夫,首先发生了“太空运动病”,出现头晕、恶心等症状,返回地面后,还要继续对此项课目进行锻炼。一直到他第二次进入太空时为止。

4.特殊生活方式适应训练:人类在地球表面生活已成习惯,24小时为一天,人体本身也形成了生活节律,晚上要睡觉,白天工作。但进入太空后,在近地空间围绕地球旋转,大约每90分钟就是一个“昼夜”,而且要生活在狭小的载人航天器内。为了适应这种生活,在进入太空之前必须进行这方面的适应训练。前苏联非常重视这一课目的训练和科研工作,除将之作为每个受训者的必修课之外,还有重点地把将要执行任务的宇航员放在地面模拟舱内较长期地生活,锻炼宇航员的沉默孤独耐力,观察心理的稳定性程度。特别在睡眠规律遭到破坏后,看宇航员的适应能力。在地面密闭舱内不习惯的人:绝对不允许进入太空,因此此前必须经过反复训练,提高其适应能力。

特殊飞行任务训练

这项训练是针对进入太空的任务而进行的课目,前苏联载人航天系统已有4个不同型号的飞船和2个型号的载人轨道站(航天站)。在第1个飞船东方号上只是进行人体本身的试验和观察,无论男女宇航员基本上都屑这一任务性质;第2个飞船上升号除进行多人1船飞行的实验外,又进行宇航员出舱在太空“行走”的实验;从第3个飞船联盟号和以后的改型联盟T型以及札炮号与目前的和平号轨道站(航天站),所进行的空间作业就多起来了,除飞船对接操作外,还进行太空焊接、组装航天器、施放卫星,观测与军事作业等等太空活动。所有这些活动,事先都要在地面有针对性地训练。还要进行某个飞行器的飞行程序训练、意外预测及救生措施训练,包括如何使用救生装具和生命保障系统服装及措施。

所有这些训练都是在特制的飞行模拟器中进行的。这些为掌握航天作业及锻炼飞行技术的模拟器分静态和动态两种,在结构与职能上又分为通用飞行训练模拟器、复合式专用职能飞行模拟器。通用飞行训练模拟器一般由4个部分组成:座椅及操纵系统;运动系统;视景系统,即从观察窗或屏幕上显示出星际空间和地球表面的面貌;电子计算系统。被训练的宇航员在飞行模拟器中反复练习飞行技术和体会航天过程的动作以及类似飞行中的情形。前苏联在训练宇航员掌握与熟悉航天作业中,除使用通用飞行模拟训练器外,还逐渐研制成各种专业及职能训练器。如模拟历次载人航天器的发射及飞行程序的训练器、操纵及导航训练器、观察飞船外界的训练器、着陆训练器、为在太空中完善科学研究的技巧训练器、手控及脚操纵飞船训练器、飞船各特殊仪表工作模拟训练器、航天中视觉定向训练模拟器、生命保障系统模拟训练器、无线电及通讯设备训练模拟器、光学仪器训练模拟器等单项任务及技术训练模拟器。还有特殊任务模拟训练器,如为解决航天器对接、发射卫星、太空组装平台、焊接作业等的训练模拟器。此外为发展长期载人航天器,还研制了星际飞行器的训练器、航天站及航天飞机等模拟训练器。宇航员都要进入这些装置内训练。

前苏联对飞行模拟训练的要求特别严格。如在大水池中利用浮力模拟太空失重现象,进行太空作业训练,在水池中设置礼炮号航天站与联盟号飞船的联合对接体,被训练的宇航员穿上潜水衣(类似航天服装)在舱外作业,从修理、组装、处理意外情况到从舱内到舱外正常出出进进,反复练习太空作业技巧本领。据说每天训练不少于6小时,要练习近两个月才能具备进入太空的资格。

水星号飞船是美国第一个载人航天器型号,它的任务非常明确,就是证明人可否进入太空生存,并进行部分的太空观察任务,也考验载人航天器及其发射系统的可靠性。更明确一点说,水星号飞船只要能安全的发射,人与飞船能安全地返回地面,就算其特殊飞行任务顺利地完成了。因此在特殊飞行任务训练中要求,第一步要训练宇航员摸清飞船上的布局。为使宇航员熟悉他的飞船,训练的主持者要他参加所有的舱内检验活动,通过参加操纵系统的检验,可以熟悉操纵系统。当飞船进行环境控制系统检验时,受训宇航员呆在飞船里,操纵着环境控制器具,与检验工作互相配合以达到熟悉飞船的目的。宇航员还参加飞船检修和修改的所有会议以熟悉情况。在熟悉情况的基础上,每个宇航员必须演习他们的特定飞行计划,用程序训练器反复按飞行计划进行操作训练;同时为应付可能发生的紧急事件而进行一些意外情况的训练。除宇航员个别训练外,还和水星号飞船控制中心和与他们的特殊飞行有关的地面人员进行联合训练,以利整个飞行任务的完成。当飞船和运载火箭在发射台上联接后,宇航员要参加所有的发射准备、无线电频率的校正、模拟飞行试验等活动,并与地勤人员订出详细的发射程序。

美国水星号飞船的宇航员从被选上到进入太空之前,各项训练不间断地进行。如,第一个进入太空的美国人格伦共进行了两年零10个月。

双子星座飞船是个双人乘坐的载人航天器型号,整个训练是按上述的三个阶段进行的,为了进一步了解其训练实质与训练项目内容,我们再从训练设备方面来分析与观察一下其训练活动。

1.动态乘员程序模拟器。这个训练设备主要是模拟飞船发射和返回大气层的动态情况,它安装在休斯敦约翰逊航天中心。在作用与功能上,可提供音响、运动和视觉感,宇航员利用俯仰正90°角的变化来模拟纵加速度向量,同时也可编排偏转(偏航)、滚动、噪声来模拟飞船活动的真实性,训练中混合计算机组启动与控制程序,座舱仪表板可出现各种显示指标。宇航员在这台训练器上有如乘坐飞船发射和返回,模拟动作相当逼真,在训练中还可模拟80种正常或失败性的发射和返回程序,并在必要时加以修正和处理。宇航员在这里完成初步练习后,便到双于星座飞船飞行模拟器进行下一步训练。

2.双子星座飞船部分工作训练器。这是由水星飞船程序训练器改装而成的,是供双子星座飞船的宇航员早期训练时使用的,有模拟手控动作或其它单项飞行动作程序而编排的训练项目等。

3.双子星座飞船飞行模拟器。这是一种模拟双子星座飞船全程序的模拟设备,也是训练双子星座飞船宇航员的主要训练设备,共两台,其中一台安装在休斯敦约翰逊航天中心,另一台安装在肯尼迪角发射场。这个能模拟发射、人轨、轨道飞行和返回大气层全过程的飞行训练器的电子计算机组是由3个96000字节储存容量的数字机组成。训练器与双子星座飞船结构完全相似和逼真。内装种种显示器、座椅和各种控制装置,从舷窗可观察到外部星空和地球表面情况,并有电视屏遥测装置。此模拟器大致可发出知个遥测信号,在完整的联合模拟训练时,这些信号可传播到世界通讯网和所用的跟踪网络。宇航员训练时不穿全压服,在训练中飞行控制中心配备飞行控制员,在后期的大部分训练中宇航员则穿训练服或飞行服。宇航员在此训练器中要进行正常与意外操作程序的训练。在发射前到肯尼迪角发射场训练时为最后训练期,它以训练正常程序为主。

4.宇航员出舱训练器。双子星座飞船的发射任务中有在太空出舱活动的课题,因此在地面训练时对出舱程序及活动要求比较严谨。出舱训练包括装备活动的训练:宇航员按程序从储存器中取出脐带、背包和所有出舱用品。脐带是飞船主体联接宇航员的各种管路系统所形成的一条连续带。在单人生命保障系统未能独立发挥作用时,人体一切所需的氧气和压力以及能源系统都要从飞船母体供应。在取拿和联接脐带时,两名受训宇航员必须认真地互相检查生命保障系统的结合点,反复训练这种动作及人体出舱程序,即先把脚送出舱体,然后再出头部等……这些准备性活动训练是在一种静态的双子星座飞船的模拟器中进行的。训练出舱活动有两种方式,一种是在飞机失重状态下进行出舱动作训练;一种是把飞船模拟器放在水中训练,这种有3个自由度空气轴承的装备加上水池统称为出舱训练器。

5.移动和对接活动模拟训练器。称为“双子星座飞船对接训练器”的这台设备,安装在休斯敦载人航天中心。它由主舱模拟器和移动对接目标模拟器两部分组成。主舱模拟器就是双子星座飞船的模拟装置,移动性对接目标模拟器安装在一个空气轴承轨道上,并可在两个方向上移动。而双子星座飞船模拟装置则安装在另一个空气轴承轨道上,附加有4个自由度动态装置。模拟器的运动控制由模拟计算机和液压控制系统组成,在训练器的房间周围墙上有一定厚度的立体限制操作气囊,以防撞击。房间采光柯局有模拟白天、黑夜和各种目标光线的组合。宇航员在这座模拟器上进行大部分实际对接程序训练。飞船及目标飞行器所有控制方式都在此台设备上模拟,又可改变照明制度以模拟实际飞行中所遇到的情况。

以上是双子星座飞船宇航员的主要训练设备及训练方式,它分布在训练的各个程序之中,尤其在第3阶段的训练时期更为重要。

对参加阿波罗计划的每个受训的宇航员来说,当他被指定或任命为某一艘飞船的宇航员之后,就开始了他本人所承担的阿波罗飞船的特殊飞行任务的训练。具体地讲,就是在飞行前40个星期,有2040个小时的训练时间,每周分配51小时在休斯敦的约翰逊载人航天中心进行训练。另一半时间在肯尼迪角发射场进行训练,总共有600小时在各种模拟训练器和高性能飞机中训练。