2021年10月18日 10:21
【科學快訊】
又到了我們的神舟飛船發射的日子了，時間過得真快，大家掐著指頭算算日子。從2003年的10月15日，楊利偉乘坐神州5號載人飛船進入太空算起，到現在已經是整整18年了。18年啊，足夠一個孩子長大成人念大學了，真是挺感慨的。
這一次，我們的神州13號飛船把翟志剛、王亞平和葉光富3位航天員送入了太空，翟志剛是老手了，擔任指令長，王亞平是女航天員，也上過太空，倒是葉光富從來沒上去過，算是新手吧。發射的過程倒是很順利，其中有一幕畫面是火箭和月亮同框，那倒是顯得非常漂亮。
這一次神舟13號和以往都不太一樣，這次採用的是徑向對接。天宮空間站的節點艙有四個對介面，左右兩個對介面是專門用來對接大型艙段的，未來要和夢天號以及問天號對接。尾部還有一個對介面，不過尾部的這個對介面通常是用來對接天舟貨運飛船的。只剩下前向和徑向兩個對介面是用來對接神舟載人飛船的。
神舟12和神舟13交接班採用的是「先下後上」的方式。如果未來要在空間站實現交接班，那麼必須是先上後下。也就是說我們的空間站要同時對接兩艘神舟飛船。這時候前向對介面已經被第1艘飛船佔據了。第2艘飛船就只能對接下邊的那個介面，也就是徑向對介面。所以，徑向對接也是必須掌握的一項技術。
神舟13號徑向對接成功
徑向對介面和前向對介面是不一樣的。前向對接就好比您從屁股後頭追著公交車跑，沒有左右上下偏移的問題，只有前後遠近追的上追不上的問題。徑向對接就麻煩多了，就好比你要從公交車的側門上車，可是公交車在橫著運動，你要考慮的不僅僅是前後距離，還有左右偏移。顯然要比從屁股後邊追麻煩多了。
在太空裡是三維運動。那是上下左右前後全都要考慮，全都要對準。麻煩程度大大增加。不過這次對接還算順利，全都是計算機操縱自動完成的。
王亞平的「馬尾」變成了「沖天辮」
現在，他們已經順利的進入了天宮空間站，畢竟是第一次上來嘛，看著哪兒都新鮮。王亞平紮了個馬尾辮，在太空失重的環境下飄起來了，變成沖天辮了，以前只在動漫裡見過，沒想到這回見到真人版了。 ；
這次任務的時間長達六個月，期間也會遇上新艙段發射對接，空間站的體積會加大很多。而且他們還有好幾次出艙行走的機會。王亞平將會成為我國第一個實現太空行走的女航天員。
我國目前只有兩名女性宇航員，一個劉洋一個王亞平。劉洋是1978年生的，王亞平是1980年的。屈指一算，她這個80後都41歲了。其實歐美的宇航員歲數也都不小了，因為美國從2011年以後就失去了把人送入太空的能力，那麼多人只能排著隊等著搭乘俄羅斯的聯盟號飛船，一次才運3個人，後邊有一大批人排大隊等不上。所以一直等到40來歲才有機會，甚至是50來歲才上太空。現在美國靠龍飛船恢復了載人航天的能力，這個情況應該能緩解一點。
這一次，航天員要在太空裡駐留半年之久。比上一次神州12號的3個航天員居住的時間長了一倍。人類在空間站長期駐留，原本不是問題的問題，也就成了問題。人是離不開吃喝拉撒睡的。在太空這個封閉空間裡，也還是這些老問題。
首先從吃說起吧。在太空裡，是不可能像我們地面這樣想吃什麼吃什麼的，您沒事點個外賣，太空超出服務範圍，人家不送。
俄羅斯的航天食品
毫無疑問，太空裡的食物都是地面上做好了帶上去的。那就涉及到儲存的問題，比較常見的是罐頭食品和脫水食品。脫水食品啊，顧名思義都是「乾的」，在太空裡拿水泡開了才能吃，拿微波爐轉一轉就能吃熱的了。
自然型食品就是普通食品，想必大家也都看到聶海勝他們3個航天員在天宮空間站裡啃蘋果的影片了，看他們仨吃得那叫一個開心啊。湯洪波啃得最快，扎著馬步就把蘋果啃完了，弄得國外的網友都羨慕嫉妒恨，蘋果就屬於自然型食品。
不過那自然型食品不會太多，蘋果份量也不輕，自然是不能多帶。大部分還是脫水食品。口感上其實是有一些問題的。也有一些新型的航天食品對口感的影響比較小，比如說輻照食品。
國際空間站裡的漢堡包
在國際空間站上，肉類和麵包通常是用這種方法處理的。日本人是到哪兒都忘不了拉麵，韓國人到哪兒都忘不了泡菜。他們把泡菜和泡麵做成了輻照食品，也就是說用高劑量的伽馬射線照射，經過這樣處理的食品是可以儲存很長時間的，而且基本不破壞原來的營養成分。
太空拉麵
NASA研究用紅色LED來培養植物
現在國際空間站也開始供應一些新鮮的水果和蔬菜，數量也並不多。我們的天宮空間站上未來應該也能提供新鮮的水果和蔬菜，因為我們中華民族是一個非常擅長種菜的民族。那真是走到哪兒種到哪兒，到太空也不能例外。而且，我國已經制定了登陸火星的計劃，在太空裡種菜就不僅僅是個愛好，而是一個必須要面對的技術難關。去火星的路途可是非常漫長的，中間也得不到任何補給，那就只能全靠自己了。
俄羅斯和其他國家合作搞了一個「火星500」試驗。從全世界招募了幾名志願者。在一個封閉的實驗艙裡生活足足520天。一切資源都是事先存放在實驗艙裡的，和外界的通訊聯絡也有很大的延遲。就是為了模擬飛船飛向火星的生活狀態。我們中國也有一個志願者叫王躍參與了這個實驗。他面臨的最大的困難就是吃飯，500多天吃不到中國菜。他實在是太想念家鄉的味道了，想吃個拉條子，可惜實驗艙裡面沒有啊。再說，俄羅斯提供的航天食品雖然也儘量做到味道可口，但是真要吃上好幾個月，吃上一年多，估計您都能吃出心理陰影。
王躍走出火星500實驗艙
所以在太空裡種菜就成為一個非常好的補充。這是對士氣最大的提振。當然啦，畢竟太空嘛，你想吃個炒菜，西紅柿炒雞蛋？那肯定是不行的。你最多做個蔬菜水果沙拉，或者你教外國宇航員拍黃瓜，這也是涼拌的。吃不完可以放在冰箱裡，空間站裡也有冰箱，儲存幾天沒問題。
最後，還有非常重要的一大類食品叫功能食品，其實就是為了補充航天員身體所需的各種營養成分。太空裡的環境和地面畢竟不一樣。他們對抗輻射要求很高。那麼也就需要提高食品中的天然抗氧化劑的含量，比如說原花青素、Ω-3脂肪酸，甚至是植物的膳食纖維都可以預防或者是改善輻射造成的傷害。
還有，在失重環境下，宇航員的腸道菌群也可能退化。所以呢，還需要考慮增加一些富含益生菌的食品。義大利人曾經把普通酸奶加上藍莓作凍幹處理帶上太空。在地上是民以食為天，在太空裡也是一樣，吃飯從來都是頭等大事。
當然啦。空間站肯定是備有常用的藥品的，因為航天員在太空裡生了病，那可不是鬧著玩的。當然有些事兒不屬於生病，比如說女性的生理期。我們這次可是有女性宇航員上太空的哦，來大姨媽了怎麼辦呢？她在太空裡起碼碰到6次。有人覺得在太空裡完全失重狀態下，會不會造成什麼麻煩？其實這種事大可不必擔心，和在地球上並沒有太大區別。
佩姬·惠特森
如今上過太空的女宇航員不少，而且有些人在太空裡面住的時間也不短，創造紀錄最多的是美國的女宇航員佩姬·惠特森，人家在太空裡累積居住了666天，單次最長記錄是290天，總共執行過10次太空行走。人家沒受到什麼困擾，感覺和在地球上差不多。
只有一件事，女航天員們必須要小心點，那就是別讓血液混入水回收系統。因為在空間站裡所有的水資源都是要回收的，一滴都不能浪費。回收系統有處理人類尿液的能力，但是沒有處理人類血液的能力。
空間站是離不開水的，你總要洗洗涮涮吧，早上起來刷牙洗臉，上廁所也要衝水。再加上人要喝水，喝水就會產生尿液。加起來大概是2公斤。人也會出汗，也會呼吸，也在向外排出水蒸氣，一天下來會向外排出1.8公斤。我們的空間站一般來講是住3個人，一天下來要消耗11公斤的水。這些水全都不能浪費，全都是要回收的。
和平號的水回收處理流程
衛生用水是從下水道進行收集的。航天員的尿液是從廁所收集的，冷凝水是從空氣迴圈系統收集的。這是3條不同的線路，俄羅斯人的和平號空間站在處理這3種水的時候，可以說是涇渭分明，井水不犯河水。你洗洗涮涮用的那些水，在淨化回收以後還是用來洗洗涮涮。艙內收集到的那些冷凝水，最後經過淨化處理以後，主要用來給宇航員喝。尿液經過淨化以後，用來電解制造氧氣。這完全是三條獨立的路線。如果水量不夠的話，只能靠地面補充，用進步號貨運飛船定期補給。
國際空間站水回收處理流程
美國人在國際空間站上採用的技術就完全不一樣了，尿液要經過預處理，利用真空讓尿液在低溫下沸騰蒸發，然後再壓縮。獲得尿液蒸餾水。然後把三種水混在一起，統一淨化處理，最後達到飲用水標準。這種飲用水比地上的自來水還要乾淨很多，可以直接喝。但是俄羅斯人心理上過不了這個坎兒，一開始還不怎麼願意，後來也就慢慢接受了。
那我國的天宮空間站又是怎麼處理的呢？據我查到的資料，過程跟俄羅斯是類似的，尿液蒸餾水最終是用作電解水產生氧氣，並不是直接用來喝的。當然水是不可能100%回收的，尿液處理以後，剩下一點點高濃度的廢水，還有壓縮處理過的糞便，以及其他的一切垃圾，都要裝進貨運飛船，仍進大氣層裡燒掉，一了百了了。說實話，太空裡體驗最差的就是上大號，沒有之一。後續處理也是最麻煩的。目前有一些方案是利用微生物對糞便進行處理，但是也還停留在實驗室階段。
洗衣服呢？算了，不洗了。直接換新的，反正空間站裡不冷不熱，保持恆溫，穿的衣服也不厚，更換的衣服多帶幾件就OK啦。大不了等補給飛船來了把髒衣服丟進去唄，隨同其他垃圾一起扔進大氣層燒掉。
空間站裡的空氣成分和地面上差不多。21%氧氣+78%氮氣。氮氣不消耗，基本上屬於打醬油，始終在空間站大環境裡面迴圈，氧氣是靠電解水製造出來的。有人以為，飛船和空間站裡面用的氧氣是用的液氧。其實不是這樣，因為液氧是非常活潑的元素，不安全。能不用咱儘量不用。水是比較安全的東西，而且容易儲存，需要的時候電解水就可以製造氧氣了。所以空間站裡的水資源還是呼吸系統的重要環節。
薩巴蒂爾反應
人呼吸是會產生二氧化碳的，這些二氧化碳也不能浪費，一個二氧化碳分子上掛著兩個氧原子呢，必須給它扯下來。如果要充分利用，可以讓二氧化碳和氫氣進行薩巴蒂爾反應，最後變成甲烷和水。水就留著用了，甲烷可以排到太空裡了。
當然有人說，過去化學課上老師教了，太空裡面吸收二氧化碳，用的是氫氧化鋰。這話當然也沒錯。只是開飛船上去繞幾天，靠氫氧化鋰還算靠譜。3個大活人在空間站駐6個月，靠氫氧化鋰吸收二氧化碳顯然是不行的，還是要依靠迴圈處理系統才行。
在2010年，國際空間站的水處理系統曾經出過一次故障。是宇航員的尿液之中鈣濃度超標導致系統出現堵塞。為什麼宇航員的尿中鈣含量會超標呢？這就是因為在太空裡，人骨骼中的鈣會逐漸流失。經過一系列的化學反應，最終形成了硫酸鈣，硫酸鈣是微溶於水的，是粉筆的主要成分。這東西堵住了尿液淨化裝置。
我們的骨骼是一個非常活躍的器官，實際上骨骼能對外界刺激做出各種各樣的反應。人在地球上站立，實際上承受了全身的重量，時時刻刻都感受到重力的刺激，如果骨骼接收不到這些外界刺激的話，就會出現鈣流失。主要是因為在失重環境下，骨形成和骨吸收的細胞分子平衡被打破。骨形成少了點，骨吸收多了點。時間長了就會出現骨質疏鬆，而且肌肉也會跟著萎縮失去彈性。根據現在的資料，在失重狀態下，骨骼的密度平均每個月會下降1%~2%。可是在地球表面，哪怕是老年人，每年才下降1%。可見鈣質流失對宇航員的健康威脅有多大。
所以呢，宇航員只能加強鍛鍊，把缺少重力所造成的影響儘量補回來。所以大家也可以看到。空間站裡的航天員經常在做各種運動。但是即便如此。國際空間站上仍然出現了尿液處理系統被過高的含鈣量堵塞的問題。由此可見，即便是拼命鍛鍊，也只能緩解鈣的流失，而沒有辦法完全解決問題。
航天員在鍛鍊身體
長時間居住在太空環境下帶來的問題不僅僅是生理上的，還有心理上的。如果是天天繞著近地軌道轉悠，那還好一點，起碼你能看到自己的家鄉可以緩解一下思鄉之情。要是去火星，地球會在你的身後變得越來越小，最後變成一個小藍點。在這樣的情況下，人的心理上又會出現什麼樣的問題呢？我們前面曾經提到過，在俄羅斯搞了一次「火星500」試驗。6名志願者在實驗艙裡足足憋了520天，他們都帶著生理檢測裝置，最終資料發表在了美國國家科學院院刊上。
結果顯示，這幾個志願者的運動功能減退了。說白了就是憋在狹小的試驗艙裡，大家運動太少。不是看書看電視，就是在打遊戲，反正就是懶得動彈。模擬任務的最後幾個月，有3個志願者比他們剛進來的時候每天多睡一個鐘頭，他們的睡眠時間都變長了。這還只是在地面模擬的情況，他們畢竟不需要接受失重的考驗，如果真的是去火星，天知道會出現什麼樣的問題。
火星500實驗艙內部
所以在太空里長時間居住，接受的挑戰其實是很大的。你別忘了航天員去空間站是上去工作的，不是上去休閒的。他們早上起來以後洗漱完畢，吃完早飯也要開例會。每天都有繁重的工作在等著他們，他們必須保持高昂的鬥志。說實話真的挺不容易的。
要不說這些可愛的航天員都是英雄呢，他們付出的真的很多。
來源：科學史評話
