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长期驻扎空间站,如何做一只“快乐肥宅”?

        2021-05-22 来源: 责任编辑:

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科技日报记者 金凤

当中国空间站核心舱“天和”号发射升空,并顺利入轨,中国空间站建设的大幕就此开启。

如果一切顺利,今年将有2组共6人的航天员乘组,成为我国空间站的首批“太空公民”,而6个月的驻留时间,将成为航天员乘组在轨的常态。

6个月,说长不长,说短不短。空间科学实验与技术试验、货运飞船物资转移、出舱活动和舱外操作、再生生保系统验证、空间站舱段管理、机械臂操作、在轨维修……这些高大上的名词,仅是看上去,就如此炫酷,它们将挤满航天员的工作时间。

但坐拥“星景房”,抬眼皆为“大片”,又岂能辜负了宇宙星河的馈赠。从空间站驻留经历来看,多国航天员们,是如何进行星地对话的,他们能上网么,睡得踏实吗,又是如何放松娱乐的?

能带上太空的笔记本电脑要更抗震、更稳定

如今,笔记本电脑、PAD、手机等电子移动装备,已经成为人类不可或缺的工作伴侣,他们见证并收录着人类的科技文明。在远离地球的空间站里,这些移动设备,也未曾缺席。

“在国际空间站,航天员把笔记本电脑带上空间站是常态。”中国航天科工二院研究员、国际宇航联合会空间运输委员会副主席杨宇光告诉科技日报记者,“飞船或者空间站用的计算机,相较于我们平时所用的计算机,更注重可靠性,它们要能抵抗严酷的空间环境,例如要能抗震动、抗噪声、抗空间射线的辐射,所以相对来说,对计算能力的要求就退而求其次了,因此航天员经常会把笔记本电脑带上天。”

“这些设备往天上带,都有一个基本要求,要保证用电安全。”杨宇光说,与乘坐飞机相似,在升空的过程中,这些设备是不能充电的,“一旦充电过程中电池爆炸,而载人飞船的空间又很封闭狭小,就可能机毁人亡。”

他说,空间站的试验机柜有各种各样的电源输出,一般电压输出会比较低。笔记本电脑、手机等设备,一般接入5伏、12伏的电压输出口即可充电。

中国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩介绍,“这些航天专用的笔记本电脑,一般对可靠性、稳定性、抗震动、抗辐射的能力也有很苛刻的要求,他们要能满足飞船发射和返回冲击,一般都是研制单位来配置。而且他们体积小、重量轻、使用比较灵活,航天员用的笔记本电脑一般用于处理实验数据等。”

在前不久发射的我国空间站“天和”号核心舱中,舱内情景照明可由手机APP控制,庞之浩解读,这也意味着手机相当于一个控制器,它的功能更多元。

有中继卫星组网,空间站也能畅用WiFi

在空间站,航天员也是勤奋的“打工人”,他们要一边完成既定的科学目标,一边维护空间站的正常运转。而“网络”,就像空气和水一样,帮助航天员们进行“天地对话”。

“空间站有路由器,但航天员如果要使用空间站的网络信号,需要与空间站的通信协议兼容。”杨宇光发现,此前国外的多位航天员不仅能在空间站上网,还能发邮件。

“目前美国航空航天局、欧空局、俄罗斯都有自己的中继卫星,这些中继卫星可以保证国际空间站和地面24小时有不间断的网络连接。”杨宇光说,在我国,空间站和地面通信,主要依靠地面测控站、数传接收站和天链中继卫星,而只有天链中继卫星能保证不间断通信。

中继卫星被称为“卫星的卫星”,可为卫星、飞船等航天器提供数据中继和测控服务,为中低轨道遥感、测绘、气象等卫星提供数据中继和测控服务,为航天器发射提供测控支持。

2008年至2012年,我国先后发射天链一号01至03星,三颗卫星组网运行,使我国成为世界上第二个拥有对中、低轨航天器全球覆盖能力中继卫星系统的国家。2016年,天链一号04星成功入轨并完成在轨测试,与01至03星实现全球组网运行,为我国神舟飞船、空间实验室、空间站提供数据中继与测控服务,支持空间交会对接等任务。

2019年3月,天链二号01星成功发射,这是我国第二代地球同步轨道数据中继卫星的首发星。它与天链一号卫星系统相互兼容,使我国以数据中继为特征的天基通信基础设施在传输速率、服务数量、覆盖范围等方面进一步提升。

目前,正在太空等待中国空间站其他组件升空的“天和”核心舱,也植入了WiFi。空间站系统副总设计师朱光辰介绍,核心舱采用了情景照明技术和WiFi通信技术,可轻松便捷控制照明设备开关、查询站上物资存储情况、与地面视频通话。通过天地通信链路和视频通话设备,可实现空间站与地面的双向视频通话和收发电子邮件。

通风+降噪,让航天员睡得香香的

“天和”核心舱的密封舱内有工作区、睡眠区、卫生区、就餐区、医监医保区和锻炼区六个区域。空间站环绕地球一圈是90分钟,航天员24小时内最多能看到16次日出日落。为了让航天员生物钟不受影响,设计师在舱内设置了情景照明系统,可以定时将灯光变成黄昏模式、日间模式。这些细节上的周到考虑,都是为了给航天员打造一个宜居环境。

“由于处于失重环境,所以航天员睡觉时,必须要把自己固定住,一般会把自己装进睡袋里,更重要的是,睡眠时,舱内要有足够的通风。”杨宇光说,失重环境下,睡眠时呼出来的二氧化碳会堆积在鼻子附近,如果没有通风,会有窒息的风险。

据悉,为了防止航天员着凉,中国空间站航天员睡眠区和工作区的风速都是不同的。经过多次测试,设计团队最终将中国空间站工作区风速设定为每秒0.08米,睡眠区风速则为每秒0.05米。

空间站有大量设备,设备转动起来会带来噪声。杨宇光举了个例子,一般来说,空间站的控制系统会将舱内的氧气、二氧化碳、水蒸气控制在适宜范围,这主要靠供气调压和通风过滤系统来补充或调节气体,而这些系统的运行,会产生噪音。

中国载人航天工程空间站系统总设计师杨宏在接受媒体采访时坦言,设计团队花了一年半时间进行噪声问题攻关,“付出了很大的辛苦”。科研人员通过加隔振器的方式有效过滤掉了噪声,使工作区的噪声从71分贝降到了58分贝,睡眠区从58分贝降到了49分贝,能让人在相对舒适的环境中入睡。

太空拍照、太空跑台、太空自行车,太空之旅难寂寞

长期在太空工作生活,虽然缺席一切地球上的社交活动,但这并不影响航天员们成为社交媒体控。有媒体报道,美国航天员斯科特·凯利在国际空间站期间,在社交网站上发出700多张“太空生活照”,这位他的推特账户赢来大量粉丝。日本航天员野口聡一,也曾通过推特和YouTube,与网友分享太空之美以及宇航员的日常生活。

前国际空间站站长、加拿大人克里斯·哈德菲尔德的太空之旅也让人耳目一新。在2012年到2013年的最后一次太空之旅中,他用吉他和略带伤感的嗓音在国际空间站上录下了太空站版MV《太空怪人》迅速走红。

哈德菲尔德还有一项特殊爱好——用长焦镜头拍摄地球的细节照片。为获得最佳效果,他会一直等到太阳直射沙漠时才按动快门,而他最得意的作品之一就是从太空中拍摄的非洲撒哈拉地区。

杨宇光介绍,在国际空间站,有七个窗户的穹顶舱,能为科学家们观察记录地球提供绝好的视角。

失重环境下,还会产生骨质疏松等症状。在和平号空间站、礼炮号空间站和国际空间站,都装备了比较系统的经特殊设计可在失重条件下提供航天员使用的体育锻炼设备,它们组成了“太空健身房”。

在中国空间站,为航天员打造的健身设备也早已安排上了。据航天科技集团五院空间站系统总体主任设计师张昊介绍,天和核心舱的密封舱内配置了锻炼区,配置了太空跑台、太空自行车、抗阻拉力器等健身器材,以满足航天员日常锻炼。