无重力环境对人体伤害多大?

我叫郑永春,在中国科学院国家天文台工作。今天想跟大家聊聊,从地球出发,人类将去往何处?

郑永春

行星科学专家

中国科学院国家天文台研究员

《我在太空的一年》译者

没有人比宇航员本人更了解人类探索太空所面临的风险。

我们先从我翻译的这本书《我在太空的一年》聊起,作者是NASA宇航员斯科特·凯利,在书中,他带我们探索神秘的世界尽头,展现了宇航员在太空的生活状况。

斯科特和他的双胞胎哥哥、NASA 宇航员马克·凯利共同参与了双胞胎实验计划,斯科特在太空生活,马克则留在地球。通过对比他们两人的身体变化,科学家可以进一步地了解太空生活对人体的影响。

宇航员斯科特·凯利和宇航员马克·凯利

在一次对他们二人的采访中,当问到他们为什么想当宇航员的时候,哥哥马克说,因为他梦想成为登上火星的第一人;弟弟斯科特说,受阿波罗登月计划的影响,他梦想成为宇航员。

01 从懵懂起步,一位优秀的宇航员是如何炼成的?

看看这对双胞胎的成长经历,小时候,他们也像大多数男孩子一样,淘气顽皮,身上留下了各种各样的伤疤。

聊起他们为什么会把宇航员当作一个职业,他们二人不约而同地回答:宇航员是太空中的冒险家。

所以,要成为一个宇航员,首先要有冒险精神。

斯科特和马克小时候

从学习上看,小时候两人的学习成绩并不算好,并不是学不好,而是觉得没有动力。

在这点上,他们身为警察的父母做出了很好的榜样。母亲通过自身努力,从一个家庭妇女变身为当地第一个女警;另外,斯科特曾经看过一本书叫《太空英雄》,里面写着一些太空英雄的事迹,这些都给了他很大鼓舞,从此找到了学习的动力。

另外,成为一个优秀的宇航员,与斯科特自身的经历有很大关系。

军校毕业后,他成为了战斗机的驾驶员,后来又做了潜艇军人,在非常狭小的空间里长期生活,这些职业生涯磨炼了他的意志,也让他养成了细致的工作作风和孤独环境下长期独处的能力。

斯科特成为战斗机驾驶员

02 学什么专业才能当宇航员?

阿波罗登月时,哈里森·施密特成为了第一个登上月球的地质学家,兽医、植物学家也都可以成为宇航员。还有,我们知道香港有一位牙医用精巧的技术设计了火星的采样器……

哈里森·施密特正在月球表面采样

因此,宇航员是从不同的职业中挑选出来的。

最早,很多宇航员都是从空军的飞行员中选出来的,而现在我们需要越来越多的工程师、科学家、医生。斯科特告诉大家,如果你想当宇航员,那就要学一些理工类的技术性专业,比如:数学、科学、物理、化学工程技术等。

同时,他也给出建议,做你喜欢的事情,这样你才会做得特别优异。

这就是宇航员的选拔标准。

首先要有专业性的工程技术和优秀的理工科专业背景。如果有飞行员成为宇航员的先例,先成为一个军队飞行员,总之你要在技术专业中做得非常好;

其次,做你最喜欢的,同时也符合需要的事,因为做自己喜欢的事时会做得更好;

最后,在做好专业的同时,要试着让自己的能力变得更全面,尤其是当你需要生活在空间站的时候。比如说,在空间站里你不仅仅是科学家、航天器操作员,你还要成为电工、水管工、IT人员、医生、牙医,你需要把这些角色都做好。

所以你要向“评委”展示能力,让他们知道你除了专业能力外,还能做好其他事情。

03 无限风光在险峰,如何应对未知的风险和挑战?

目前,全世界只有三个国家能够独立自主地实现载人航天。虽然日本宇航员、以色列宇航员都进入过太空,但他们没有能力独立自主地实现载人航天。只有美国、俄罗斯、中国三个国家能做到。

其他国家不是不想做,而是真的很难,要实现自主航天载人进入太空不仅需要各种各样的优秀人才(工程师、科学家、执行人员、维护人员等);还需要有强大的工业基础,全产业链的独立自主能力;还要有优秀的管理能力,任何环节都可能会出错,你必须特别注意细节,加上地面团队的支持,才可能克服所有问题,保证空间探测任务的成功。

我们先从斯科特的职业生涯讲起。

1999年的12月29号,“发现号航天飞机”附着在一枚宇宙神系列的火箭上面,斯科特等7名宇航员被送上太空,这是他第一次出征太空。

1999年12月19日,发现号航天飞机发射升空

此次,他们7人承担了非常重要的使命:维修哈勃望远镜。

哈勃望远镜刚刚送上太空时,人们发现它看到的星空是模糊的,就相当于是个近视眼。这是个很麻烦的事情,后面的航天飞机几次上去维修,给它加上了矫正镜,使得哈勃望远镜可以正常工作,拍摄到很漂亮的星空。

2001年,因为一项任务,斯科特在黑海和俄罗斯人一起训练,为进入太空做准备。

斯科特在黑海和俄罗斯人一起接受训练

2007年,斯科特成为了航天飞机STS118任务的指挥官。从普通的宇航员成长为航天飞机组的指挥长,进入“奋进号航天飞机”。当时在太空工作的共有10位宇航员。

斯科特进入“奋进号航天飞机”前系上保护带

事实上国际空间站的容载能力比较大,最多可容纳13~14位宇航员。国际空间站是整个人类在太空中最大的基础设施,重达400吨,有时候在地球上用肉眼就能看到。

2010年11月到2011年3月,斯科特在太空里面连续生活了159天。

众所周知,美国有进入太空的能力,但依然发生过两次爆炸事故,14名宇航员因此丧生,这说明航天飞机技术非常复杂,风险也特别高。

我们希望能够采用一种飞船的技术,通过降落伞落到地球上,提高它的可靠性。后来美国人的航天飞机退役,也经常借助俄罗斯的飞船“联盟号飞船”来进入太空。

接下来斯科特准备在国际空间站生活一年(美国历史上时间最久的一次太空任务)。

发射升空后,飞船很快就会进入地球轨道。地球轨道的高度为四百公里,相当于北京到石家庄的距离。这相当于我们向上开四百公里,就到外太空了。升空后,国际空间站和飞船相对行驶,也就是大家以同样的速度行驶,保持相对静止的状态。

等到肩并肩时,国际空间站上会伸出一个机械臂,把“联盟号飞船”抓过去,两者之间进行交汇对接。然后,“联盟号飞船”上的宇航员进入国际空间站,在那里有人迎接他。

2015年3月28日,联盟号飞船发射

国际空间站在太空上面是什么样子呢?

我们会看到非常巨大的太阳能电池板,非常复杂的国际空间站的结构。这个结构里面有很多很多的舱段,也有很多设施。这些舱段都分属于不同的国家,也有不同的功能。

比方说把日本有独立的舱段,加拿大承担了机械臂。俄罗斯有独立的舱段,美国有独立的舱段,各个国家都在里面开展科学实验,也会派宇航员来上面生活。

看宇航员发回来的照片,可以看到太阳能电池板在阳光的照耀下熠熠生辉,正是这个巨大的反射面积,才使得我们在地球上有时可以看到国际空间站。

国际空间站和它下方的地球

04 除了失重,太空生活还有哪些独特的体验?

经常会有人说太空是失重的,我想飘到哪就飘到哪。那么,在太空工作和生活到底是一种什么样的体验呢?

首先,国际空间站因为运营长达20年了,有些舱段、仪器设备会坏掉,需要维修。斯科特曾经笑称:“实际上我们生活在国际空间站,大半时间都是在维修各种各样的设备。”

其次,在空间站吃东西的残渣,包括喷嚏,血液,或者是毛发,皮肤皮,头皮屑等都会留下,而不像在地球上生活可以随时处理掉。因此宇航员在空间站经常能看到前面的人留下来的血液、鼻涕等,甚至会看到上面长出很多霉斑。因为空间站是一个恒温恒湿的环境,很适合细菌生存。

另外,还有很多趣事,比如经常有人发现东西(纽扣、螺丝等)不见了,怎么找都找不到。若干年过去,后面的宇航员发现了这些东西,但是却不知道该还给谁。

在空间站里,食品是不愁的,种类也非常丰富。但是非常缺乏新鲜的水果和蔬菜,因为所有的航天运输都是几个月到半年才运输一次。

宇航员在太空里也会经常进行一些地面的科普。他们会跟地面的学校、博物馆、科技馆进行连线,做一些物理实验演示,甚至还会承接商业广告、发推特、甚至把地球上的黑猩猩的套装带到太空里去了。

黑猩猩出现在太空里面

我们也会看到空间站里各种各样的非常复杂的电线电缆线、仪器设备等,生活在那的宇航员也会过生日。

有仪式感的生日蛋糕

这是一支百日菊,是一种菊科植物,这是人类在太空里种出来的第一朵花。斯科特正在和同伴展示在太空生活了300天以及种出来的百日菊。

人类在太空中种出来的第一朵花——百日菊

斯科特曾经说过:“我在太空生活的目的,就是为了探索人类在太空里面进行长期生存所面临的一些挑战,对我们身体的伤害到底有多少,人类是否有能力来适应长期的太空生活?”

他其实是代表人类在出征,是一只英勇的“小白鼠”。

在太空里面,他每天都要进行各种生理指标的采集,包括精神状态、血压、心跳、血糖血值等,然后与他生活在地球上的同卵双胞胎哥哥马克进行对比,从而分析太空生活对人的健康到底有多大的伤害。

在太空中锻炼、测试

斯科特在太空生活时,进行了三次太空行走。

在空间站生活时,我们可以看到他穿的衣服跟我们平时的差不多,一件T恤、一件背心就可以了,但是一旦出仓就没那么容易了,必须要穿庞大的舱外航天服。

它至少重几百斤,相当于一艘小型的飞船,要给你控制温度、提供氧气,还要进行温度调节,甚至还需要有机动的功能,让你往前走一点,往后退一点等。

厚重的舱外航天服

另外,太空站生活的宇航员每天工作也很满,几点到几点需要干什么都提前安排好,一旦发现前面一项工作延误了,那后面一项工作就要抓紧做,把前面的时间补起来。

当然,他们每周有一天是休假的,相当于六天工作制。另外,每晚也会有几个小时可以处理私人业务,比如与家人打电话、写日志、拍照、发推特等。

05 长期生活在太空上,我们身体会有什么变化?

在太空生活到底对身体有多大影响?

首先,你的肌肉会松弛,因为不再需要强壮的肌肉来维持体重了;其次,因为没有重力活,因此骨质会受伤;另外,免疫系统也会受到影响,因此需要健身和摄入一些营养品来缓解这些症状。

事实上,生理上的变化是非常明显的。当你长期的在零重力的条件下生活,再回到地球就会不适应。

因为在太空里生活的时候,皮肤没有任何压力。就像我们现在坐在椅子上,你的屁股承受着几十斤,甚至上百斤的重量,这时屁股上的皮肤会感受到压力。但是到太空之后,皮肤是感受不到任何压力的,长此以往,当你要回到地球时,皮肤就会非常不适应,可能会出现皮疹、红肿、发炎等。

在地球上,早上起来之后,我们所有的血液都会到下肢去。但是在太空中,血液都是往上走的,因此你会看到宇航员在太空中时脑袋都圆圆的。另外大量血液充斥在脑部,还会对视力造成很大损伤。

除了这些问题,还会给人的精神和心理,造成非常大的压力。因为长期无法跟亲人近距离交流,可能会影响亲子关系;另外,狭小的空间也容易与其它宇航员发生矛盾。这样的事情也曾经发生过,两位宇航员发生不愉快,其中一位把舱门插上,冷战了一个星期。

斯科特在太空里面生活了340天后回到地球。他乘坐降落伞进入地球大气层,过了一段时间,他坠落在哈萨克斯坦的沙漠里,有队伍过去抢救他们,把他从舱内抬出来。

斯科特被抬出来

事实上,此时的斯科特是个玻璃人,非常脆弱,需要非常长时间才能调养过来,重新适应地球生活。

太空里看到的银河

国际空间站上面有个穹顶舱,它其实是个非常大的360度全观景平台。下面是蔚蓝的地球,视觉效果非常壮观。

这是宇航员们在这儿拍到的银河场景,我们看到的每个亮点都是跟太阳一样的恒星,在这些恒星周围可能就有像地球一样的行星,也可能会有生命。未来我们人类还会继续探索,这些星球上是不是有外星人。

文字整理 | 欢欢

版面 | 田晓娜