概述
駕駛、維修和管理太空飛行器並在航天過程中從事科研、生產和軍事等活動的人員,又稱太空人。航天員有職業和非職業兩類,一般分駕駛員、任務專家和載荷專家,或指令長、駕駛員、隨船工程師、飛行工程師。最近出現了以旅遊為目的的遊客航天員。航天員是開拓太空之路的先鋒,作為一名航天員需要具有崇高的獻身精神、高深的學識水平、非凡的工作能力、優秀的環境耐力、良好的心理素質和健康的身體條件。要成為航天員,首先要有良好的身體素質,因為航天員在進入太空或返回地面的過程中,要克服太空飛行器飛行時的力學環境、太空的物理環境和太空飛行器的狹小空間環境等特殊環境下的重重困難,適應這種環境的考驗,航天員的身體和綜合素質十分重要。因此,有幸成為航天員的人可謂鳳毛麟角。載人航天活動對於航天員的生理和心理均有嚴格的要求。航天醫學專家根據航天任務及其對各類航天員不同的要求,制定了相應的選拔項目、內容和標準化。一般包括基本資格審查、臨床醫學檢查、生理機能選拔、心理選拔、特殊環境因素耐力和適應性選拔等。航天員的選擇標準和條件在各個國家基本相同,特別是身體素質的要求是一樣的。美、蘇早期航天員的選拔標準和方法有許多共同點;均選自戰鬥機飛行員;均以飛行員選拔為基礎;所規定的選拔項目幾乎相同。在性別方面,航天員主要是以男性為主。在年齡方面,駕駛員和任務專家一般是22~40歲,載荷專家可以是40歲以上。由於前蘇聯是用飛船作為天地往返運輸系統,對航天員的年齡要求較嚴,超過50歲以上繼續飛行的航天員較少,而美國太空梭的航天員有不少是50歲以上的。在身高方面,由於前蘇聯“聯盟號”飛船返回艙的空間很小,航天員的身高一般都在170厘米以下,而美國太空梭座艙的空間較大,航天駕駛員的身高範圍則較寬,為162.5厘米~193.0厘米。為確保航天員具有優良的身體素質,生理機能選拔是極為關鍵的。生理機能選拔主要是挑選人體各臟器和系統基本生理功能優良者。生理機能選拔內容包括心血管和肺功能檢查、中樞神經系統功能檢查、聽覺功能檢查、視覺功能檢查以及內分泌和免疫功能檢查等。航天員的心理和精神狀態對於航天任務的完成有著極大的影響,特別是對於長期飛行以及多人的乘員組,其心理素質的選拔是非常重要的。面對太空中那些難以預測的風險,沒有超乎尋常的堅強意志和優秀的心理品質是不可能在這種環境中完成規定任務的。
空間環境嚴酷, 太空飛行器上升和返回階段的過載高達10g左右,軌道運行期間處於失重環境,加之執行的任務艱巨,因此航天員必須經過專門的航天訓練。美國首批航天員的選拔與訓練始於1959年,蘇聯則始於1960年。在載人航天活動初期,美國和蘇聯均從經驗豐富的軍用飛機駕駛員和試飛員中選拔航天員,後來由於需要專業人員直接執行科研試驗任務,遂把選拔範圍擴大到科學家、醫生和工程師。太空梭的出現改善了航天環境,上升和返回階段的過載降到3g以下,為更廣泛的人員上天活動,甚至太空旅遊開闢了新的前景。世界上有兩個主要的航天員訓練基地,一個是美國詹森航天中心,另一個是蘇聯加加林航天員訓練中心。從 1961年蘇聯航天員Ю.А.加加林上天到1984年10月底,全世界上天的航天員人數已達到 151名,其中女航天員5名。身體素質
身體素質作為一個人生存的基本條件,在航天員的訓練過程中是必不可少的。蘇聯就曾為了準備阿波羅-聯盟計畫,要求其航天員在一年半的訓練時間內,騎腳踏車1000千米,滑雪3000千米,越野跑步200多千米。美國休斯敦航天中心,為提高航天員耐力,曾讓航天員穿上80千克重的航天服,在炎熱的佛羅里達沙漠中,每天步行30千米。 除了體質的訓練,航天員為了準備一次飛行還需要掌握大量的理論知識,這些理論知識包括基本的航天知識,飛行任務和太空飛行器結構、航天醫學工程知識以及空間知識和套用的有關知識等。因為航天員在進入太空或返回地面的過程中,要克服太空飛行器飛行時的力學環境、太空的物理環境和太空飛行器的狹小空間環境等特殊環境下的重重困難,適應這種環境的考驗,航天員的身體和綜合素質十分重要。因此,有幸成為航天員的人可謂鳳毛麟角。為確保航天員具有優良的身體素質,生理機能選拔是極為關鍵的。生理機能選拔主要是挑選人體各臟器和系統基本生理功能優良者。生理機能選拔內容包括心血管和肺功能檢查、中樞神經系統功能檢查、聽覺功能檢查、視覺功能檢查以及內分泌和免疫功能檢查等。在航天過程中要遇到各種特殊環境因素,如超重、失重、低壓、缺氧、高低溫、振動、噪聲、輻射、隔絕等。在航天員的選拔過程中,要淘汰那些對這些特殊環境因素敏感和耐受能力差的人,挑選耐力和適應性優良者。嚴格的前庭功能選拔是也是航天員選拔的一個重要環節,這可以有效減少在失重狀態下航天運動病的發病率。
心理素質
航天活動對於航天員的生理和心理均有嚴格的要求。航天醫學專家根據航天任務及其對各類航天員不同的要求,制定相應的選拔項目、內容和標準化。一般包括基本資格審查、臨床醫學檢查、生理機能選拔、心理選拔、特殊環境因素耐力和適應性選拔等。航天員的選擇標準和條件在各個國家基本相同,特別是身體素質的要求是一樣的。航天員的心理和精神狀態對於航天任務的完成有著極大的影響,特別是對於長期飛行以及多人的乘員組,其心理素質的選拔是非常重要的。航天員們身處的環境是惡劣、封閉和隔絕的,而且還要面對太空中那些難以預測的風險,沒有超乎尋常的“堅強神經”是不可能在這種環境中完成規定任務的。 心理選拔方法包括心理調查和心理會談,個性心理、智力和認知以及心理運動能力的測試等。對於多人的乘員組,更應該特別重視航天員彼此之間的適應性及協調工作的能力。心理訓練是航天員訓練中必不可少的內容。因為執行太空任務需要離開我們所熟悉的環境,而這種環境變化對心理的影響是很大的,尤其在早期航天活動中,載人航天其提供給航天員的生活環境無論是空間,還是飲食都不是很好,長時間呆在這么狹小的環境,會是什麼一個感受?而如果這種感受影響到航天員的心理,那極容易就產生不可想像的後果。而心理訓練也就是使航天員在沒上天之前,先對太空中的情況從心理上進行一下適應。增強心理的穩定性。現在由於執行任務複雜性增加,因此每次飛行都有幾名成員來完成。而儘快的使成員之間達到“心有靈犀”也成為心理訓練的一個重要內容。實踐證明,整個成員組在一起進行訓練對於提高他們在太空中工作的效率具有十分重要的作用。航天員共同訓練的時間短期飛行不少於半年中期飛行需要1年長期飛行1.5~2.5年
特殊環境
為了提高航天員對特殊環境因素的適應性和耐受力,需要對航天員進行航天特殊環境因素的暴露和刺激,如超重、失重、前庭器官的刺激、噪聲、高低溫等。超重適應性訓練的目的是讓航天員適應太空飛行器發射和返回再入時的超重環境,增強航天員抗超重的能力。訓練方法主要採用離心機模擬太空飛行器起飛和返回過程中的超重曲線,進行胸-背向對抗動作訓練和頭-盆向耐力維持訓練。 失重訓練則是利用失重飛機完成的。它可以完成拋物線飛行,形成15-40秒的微重力時間。使航天員感受、體驗和熟悉失重環境,在失重的時間裡可以做各種試驗,如吃東西、喝水、穿脫衣服、閉眼與睜眼的定向運動,甚至可把一個艙體搬進機艙中,還可以進行人在失重的時間裡從艙體爬出來的試驗,訓練太空的出艙活動。美國的小型失重飛機有T-33和F-104飛機改裝的失重飛機。大型失重飛機有KC-135和PC-9,蘇聯/俄羅斯用伊爾-76改裝的大型失重飛機,其微重力時間大約有30s秒。法國有“快帆”和A300失重飛機,A300是目前世界上最大的失重飛機。日本也有大型或中型失重飛機。中國曾利用殲教-5改裝成小型失重飛機。在地面還可以用中性浮力水槽產生的漂浮感覺,模擬訓練航天員在失重時進行工作和維修。中性浮力水槽模擬失重的原理是,當人體浸入水中時,通過增減配重和漂浮器使人體的重力和浮力相等,即中性浮力,獲得模擬失重的感覺和效應;但它並沒有消除重力對於人體及其組織的作用,因此,它不同於真實的失重環境。目前,這種方法主要用於對出艙活動的航天員進行訓練。一般是將1:1的太空飛行器放入水槽中,航天員穿上改制的艙外航天服,進行出艙活動程式的模擬和技能的訓練。
為了減少航天運動病的發病率,還要進行前庭功能訓練。採用轉椅、鞦韆等鏇轉和擺動設備產生線性加速度和科氏加速度,或在失重飛機上讓航天員頭部運動,對受試者的前庭器官進行刺激,以提高前庭器官的耐受能力。也可以利用氣功和生物反饋的方法對航天員進行抗運動病的訓練。其它的特殊環境因素適應性訓練還有飛機飛行訓練,跳傘訓練,振動、噪聲體驗,乘員艙大氣環境體驗以及隔離環境體驗等。
飛行模擬
航天員在執行任務時往往需要操縱各種儀器設備,但太空飛行器中的各種設備是數不勝數的,如果航天員在操作過程中出現了一點錯誤,尤其是駕駛員,很有可能就會機毀人亡。為此,在地面上建立各種模擬設備,這樣航天員在這使設備中就可以熟悉操作的程式,適應不同的環境。飛行模擬器是針對載人航天任務而設計的執行飛行任務的模擬器。其主要功能是在地面模擬太空中的飛行條件和實際載人太空飛行器運動狀態,為航天員提供運動感覺、視覺、聽覺和操縱負荷等各種感覺,使航天員感到好像真的在太空駕駛太空飛行器一樣。模擬座艙一般採用內部結構和界面與實際太空飛行器完全一致的模擬艙。俄羅斯和美國所發射的各種載人太空飛行器都有各自的飛行模擬器,其中美國“阿波羅”號登月飛船的飛行模擬器,可以模擬從起飛到登月和返回地面等全程式飛行,也有隻模擬載人航天某項飛行技術的模擬器,如有模擬飛船的起飛、入軌和姿態如何控制等飛行技術的模擬器。還有模擬在太空作業的專項模擬裝置,如太空對接、太空維修和出艙模擬器等。 模擬航天員在太空生活與工作的微小空間環境,也都是以各種艙室的形式來完成的。這種微小生活空間艙室與航天員在太空生活的空間類似,除不能模擬失重環境外,其它都能逼真模擬。這種微小生活空間模擬對於考察和訓練人對長期在太空生活的適應性是很重要的。
選訓中心
發展載人航天的各國,都有航天員選訓中心,比較著名的有美國國家航空航天局的詹森航天中心(JohnsonSpaceCenter)和俄羅斯的加加林航天員培訓中心(Gagarin Cosmonauts TrainingCentre又名星城StarCity)。它們主要的任務有:為載人飛行進行預備航天員和正式航天員的選拔;對航天員實施身體素質、心理、特殊環境因素適應性及飛行專業技能的訓練,對航天員實施飛行前、飛行中和返回後的醫學監督與醫學保障,輔助飛行控制中心進行醫學監督和及時地分析,並開展航天醫學工程研究。生存之道
載人太空飛行器在應急返回過程中可能降落到各種複雜的地形、氣候等惡劣的生存環境條件下,例如寒區、沙漠、山地、森林、海上等,因此必須對航天員進行這些地區的生存知識和技能的訓練,使他們熟悉和掌握這些地區氣候變化,地形、海況、動植物的情況,掌握生存的基本要領。比如在寒區生存要保持機體的熱平衡,在原始森林生存要防禦猛獸和昆蟲的侵襲,在沙漠中生存是保持水鹽平衡。個人救生
由於載人飛船著陸地點較難控制,特別是應急返回時落點的散布較大,這就給航天員的營救造成困難。在載人飛船上一般裝有個人救生物品,供航天員著陸等持營救期間的求救和生存使用。 個人救生物品中應有求救聯絡物品,以便於航天員使用它們儘快與營救人員取得聯繫,這些物品包括無線電通信和定位裝置、信號槍、焰火管、海水染色劑、閃光燈、反光鏡、引火物品、哨笛等。個人救生物品中還必須有陸上和海上的防寒和遮陽物品,如防寒服、抗浸服、斗篷等。飛船返回著陸在寒區或濺入水中時,航天員穿著防寒服或抗浸服等待營救,防止體熱在短時間內大量喪失,延長人的存活時間。當航天員返回濺入水中時,應有漂浮裝置,如救生筏或攜帶型漂浮裝置等,以支撐人體浮於水面,等持打撈和營救。常用的攜帶型漂浮裝置包括二氧化碳氣瓶、浮囊、吹氣管及其它附屬檔案。當航天員濺入水中時,牽拉充氣拉繩,撞針刺穿氣瓶封口薄膜,二氧化碳氣體充向浮囊內部,浮囊充氣膨脹。也可用嘴通過充氣管向浮囊內充氣。救生食品和飲水及急救藥包也是十分重要的個人救生物品,對於著陸到高溫地區,保證航天員有一定量的飲用水是十分重要的。其它個人生存物品還有手槍、驅鯊劑、漁具、濾光鏡、指北針、自衛刀、鋼絲鋸、乾燃料、取暖器、防風火柴等。參與試驗
在發射前航天員還要參與真實太空飛行器的大型試驗和全程式模擬飛行,以及航天技術各大系統的綜合試驗和演練等,以使他們進一步從總體的高度加深對於飛行任務、計畫、程式的理解和掌握。這不僅是航天員訓練的重要內容,同時,航天員的參與以及他們對航天系統的意見對載人航天系統的研製也是非常有益的。 太空環境十分嚴峻,人進入其中航行怎樣才能避免外界環境的傷害?就是說,如何才能保證航天員的生命安全?航天工程師研究和製造了一個基本與外界隔絕的密閉環境,即密閉座艙,密閉座艙內的環境可以保證航天員在太空生存所必需的條件。生活空間
供人居住、生活和工作的密閉座艙是載人太空飛行器的主要部分,艙內有裝有緩衝超重力的座椅,有各種電子設備、儀表設備及航天員的救生設備。艙體的外殼包有絕熱材料,可防止氣動力產生的熱傳入艙內。艙體是由金屬材料製成的,有防輻射的功能。密閉艙是增壓式的,所以艙內外壓力差很大,艙壁具有很強的承受壓力的能力。艙體做得很堅固,安全可靠。艙壁四周有供航天員觀察地球的舷窗,一般由三層玻璃製成,具有防強光、防紫外線及防輻射的性能。著名航員
楊利偉:男,1965年生,遼寧綏中縣人,身高1.68米。1996年參加航天員選拔,1998年1月正式成為我國首批航天員, 2003年10月15日搭乘神舟五號飛船升空,成為我國首位太空人。現為中國人民解放軍航天員大隊三級航天員。聶海勝:男,1964年生,湖北棗陽人,身高1.72米。原為空軍一級飛行員。1983年入伍,1996年參加航天員體檢,1998年1月正式成為我國首批航天員,2003年9月成為中國載人航天首飛梯隊航天員,2005年10月12日搭乘神舟六號飛船升空,執行多人多天任務。現為中國人民解放軍航天員大隊三級航天員。
費俊龍:男,1965年生,江蘇崑山人,身高1.70米。原為空軍特級飛行員。1982通過空招成為飛行員,1998年1月正式成為我國首批航天員,2005年10月12日搭乘神舟六號飛船升空,執行多人多天任務。現為中國人民解放軍航天員大隊三級航天員。
翟志剛,男,漢族,黑龍江龍江縣人,黨員,大學文化、雙學士。1966年10月出生,1985年6月入伍,1991年9月入黨,現為中國人民解放軍航天員大隊三級航天員,正團職,上校軍銜。曾任空軍試訓中心某團飛行教員,飛過殲七、殲八等機型,安全飛行950小時,為空軍一級飛行員。1998年1月正式成為我國首批航天員。經過多年的航天員訓練,完成了基礎理論、航天環境適應性、專業技術等8大類幾十個科目的訓練任務,以優異的成績通過航天員專業技術綜合考核。曾入選我國首次載人航天飛行航天員梯隊。2005年6月,入選“神舟”六號航天載人飛行乘組梯隊成員。
吳傑,男,漢族,河南鄭州人,黨員,大學文化、雙學士。1963年10月出生,1980年9月入伍,1985年5月入黨,現為中國人民解放軍航天員大隊三級航天員,副師職,大校軍銜。曾任空軍某訓練基地領航主任,飛過殲六等機型,安全飛行1200小時,為空軍一級飛行員。1998年1月正式成為我國首批航天員。經過多年的航天員訓練,完成了基礎理論、航天環境適應性、專業技術等8大類幾十個科目的訓練任務,以優異的成績通過航天員專業技術綜合考核。2005年6月,入選“神舟”六號載人航天飛行乘組梯隊成員。
劉伯明,男,漢族,黑龍江依安人,黨員,大學文化、雙學士。1966年9月出生,1985年6月入伍,1990年9月入黨,現為中國人民解放軍航天員大隊三級航天員,正團職,上校軍銜。曾任空軍航空兵某師某團中隊長,飛過殲八等機型,安全飛行1050小時,為空軍一級飛行員。1998年1月正式成為我國首批航天員。經過多年的航天員訓練,完成了基礎理論、航天環境適應性、專業技術等8大類幾十個科目的訓練任務,以優異的成績通過航天員專業技術綜合考核。2005年6月,入選“神舟”六號載人航天飛行乘組梯隊成員。
景海鵬,男,漢族,山西運城人,黨員,大學文化、雙學士。1966年10月出生,1985年6月入伍,1987年9月入黨,現為中國人民解放軍航天員大隊三級航天員,正團職,上校軍銜。曾任空軍航空兵某師某團領航主任,飛過殲六等機型,安全飛行1200小時,為空軍一級飛行員。1998年1月正式成為我國首批航天員。經過多年的航天員訓練,完成了基礎理論、航天環境適應性、專業技術等8大類幾十個科目的訓練任務,以優異的成績通過航天員專業技術綜合考核。2005年6月,入選“神舟”六號載人航天飛行乘組梯隊成員
易患疾病
由於在太空中的工作環境與地面有所不同,長期在太空中工作太空人身體也有可能得一些疾病。1、心理功能障礙:航天員在太空中,引起的不適感和對中樞神經系統的影響使其產生心理變化。如憂慮、厭煩、抑鬱、思念、記憶力衰退、對工作失去興趣等。
2、心血管疾病:由於失重,人體的血液向頭部、胸部充盈增強,頭部動脈壓升高,頭面腫脹,鼻子呼吸也不暢通,可能引發心血管疾病。
3、太空運動病:類似暈車、暈船。主要症狀是噁心、嘔吐、頭暈、嗜睡等。
4、肌肉萎縮:太空飛行時由於失重,肌肉不再對抗重力的作用,肌肉所做功大大減少,因而出現了肌肉的廢用性變化,工作能力下降。
5、骨質疏鬆:由於失重,骨骼不必再承受人體的重量,加上運動量減少,減輕了對骨骼的刺激,結果使骨骼中的礦物質排出增加,而造成骨質疏鬆。
生理考驗
神舟六號起飛後,在飛行上升段,航天員要經受過載、振動、噪聲的考驗。這個時段是飛船整流罩分離和船箭分離的節點,如果航天員身體不適會影響工作。費俊龍、聶海勝順利渡過這一關,冷靜監視和正確判斷,分秒不差地向地面作了整流罩分離的報告,並及時做好了在異常情況下補發船箭分離手控指令的準備。航天員面臨的第二個生理考驗,是在飛船從上升段到軌道運行段的交替期間。這時航天員從超重突然進入失重,容易出現空間失定向,也就是在上下、左右等方向上產生錯覺。費俊龍、聶海勝順利通過了這一考驗。
第三個太空生理考驗,是飛船在軌運行初期,航天員面臨空間運動病的挑戰。空間運動病的症狀如地面上的暈車、暈船,航天員會出現頭暈無力、嘔吐等症狀,嚴重的話會喪失工作能力。費俊龍、聶海勝也經受住了這一考驗。
四是失重初期,航天員由於血液流向轉移,會出現“航天適應綜合徵”,產生頭暈、頭漲、鼻塞等不適症狀。這些情況,費俊龍、聶海勝也沒有發生。