随着近现代特别是近百年来科学科术的迅猛发展,人类对未知世界的关注目光,早已经从地球转向了茫茫宇宙空间。从17世纪第一架天文望远镜的诞生,到1957年发射第一颗人造卫星,人类逐渐将“在宇宙中翱翔”的愿景一步步逼近。随后围绕月球、太阳系内各大行星又都相继开展了系列探测活动,诸多无人探测器成功发射升空,为我们深入了解太阳系内各个星体的基本特征、运行规律和演化历史等提供了第一手资料。
不过,无人探测器虽然在发射成本控制、发射难度都较低,而且在安全性的保障等方面也相对容易实现,但是也有着不可避免的缺点,比如远程遥控存在时间差、机动性较差、适应性不强、遇突发事件破解能力不足等问题,同时也难以实施精确度高、专业性强、技术难度大的操作等。为了弥补无人探测器上述缺点和不足,世界上的航天大国都陆续将若干优秀的宇航员送入太空,执行相应的太空科学实验、近目标天体观测、微重力环境实验、采集天体样本、维修和更换空间站、太空望远镜等重大空间工程设备等等。
进入太空的宇航员们
从1961年前苏联宇航员尤里·阿列克谢耶维奇·加加林乘坐“东方号”宇宙飞船,成为世界上每一个进入太空的人类之后,截至目前,全世界共将400多位宇航员送入了太空,其中有一在半是前苏联和美国的宇航员,有22名宇航员在执行任务时出现意外而光荣献出了生命。而我国自从2003年利用神舟五号飞船将杨利伟送入太空之后,至2016年11月神舟十一号将景海鹏、陈冬两位宇航员送入太空,总共有12位宇航员送入太空,其中景海鹏一人3次进入太空。
这些宇航员在太空中完成既定任务以后,如果是身处太空站的航天员,则搭载定期运输给养和物资的航天飞机或者宇航飞船返回地球,由于补给充足、保障条件有力、活动空间宽松,而且工作任务量也很大,所以,在空间站的宇航员往往驻留太空的时间较长,一般都要90天左右,在空间站工作时间最长的宇航员为俄罗斯一名内科医生,他所创造的纪录为438天。
如果宇航员是登陆其它天体,或者乘坐宇宙飞船进行太空实验,之后返回时一般是乘坐飞船的返回仓返回地球。在这两种情况下,无论是搭乘登陆仓登陆其它天体,还是在宇宙飞船内活动,由于没有定期的补给,有保障的活动空间也比较有限,再加上工作计划的时效性也非常强,因此在太空环境中停留的时间一般都比较短。比如,搭乘阿波罗11号的3位美国宇航员,从土星五号火箭升空到返回地球,共经历了10天时间;我国第一位进入太空的宇航员杨利伟,从神州五号火箭发射升空到返回仓返回地球,一共在太空中停留了约21.5小时。
太空中的恶劣环境
由于太空环境相较于地面环境,最明显的几个区别就是微重力、低气压、超低温、强辐射,对于低气压和超低温大家很好理解,而微重力说白了就是完全失重状态,宇航员同样会受到地球或者其它星体的引力作用,只不过在宇宙空间中,没有什么物体来支撑宇航员的身体(除非在空间站中碰到其它物体),地球或者其它星体对宇航员的引力作用,全部充当围绕地球运转的向心力了,也就是说处于空中的宇航员其实一直都在向着引力源坠落,由于引力与向心力相平衡,表现为一直围绕引力源运行而已。
另一个特征就是强辐射,在宇宙空间中,不仅仅残留有宇宙大爆炸时的背景辐射,而且还有各种天体的电磁辐射、恒星向外喷发的高能粒子流、天体磁场造成的辐射带等等。进行宇宙空间作业的宇航员都会身穿宇航服,在为宇航员提供必需的热量和氧气环境外,还能够有效隔绝外部宇宙环境所带来的低气压、超低温和强辐射问题,唯一留下的就是微重力环境了,宇航员穿宇航服、或者待在空间站里,都没有办法克服这一问题。
太空环境对宇航员身体的影响
那么,在微重力环境下,会对宇航员的身体产生哪些影响呢?在地球上,大家都能清晰地感受到地面对身体的吸引作用,特别是我们在地面上行走,在身体垂直于地面的过程中,整个身体的重量会从上至下压迫每一个器官组织,特别是骨骼和肌肉时刻处于或多或少的紧张收缩状态,血液、体液等也会在重力作用下时刻压迫着血管、淋巴和肌肉等相应的支撑组织。而在宇宙空间中,这种地面的支撑作用不复存在,身体所受到的合力几乎为零,在这种环境下:
一是骨骼的压迫力明显减少。脊柱间的空隙沿着走向舒展开来,直接带来的结果就是身高要比地面上高出一些。宇航员回来后如果立即测量身高,一般都会比原来在地面上高出2厘米至5厘米。不过,在适应了地面引力环境、重新正常行走之后,宇航员的身高就会重新回复原来的水平。
二是肌肉发生不同程度的退化。在地球上,肌肉在重力作用下处于紧张状态,而且在人们行动的过程中,会时刻克服着地球的引力进行作功,相当于每时每刻都在进行着“锻炼”。而在太空环境中,一般不需要克服引力做功,肌肉长时间处于放松状态,那么就会发生“萎缩”现象,在太空待的时间越长,这种“萎缩”效应就越明显。所以,在空间站中专门配备有供宇航员“锻炼”的跑步机,可以减轻一部分肌肉出现的问题,但不能完全杜绝。在宇航员回到地球以后,还需要持续地进行恢复性训练。
三是骨密度下降。在失重环境下,由于骨骼所承受的外力减少,骨组织的电活动性明显下降,一方面会引起破骨细胞的聚集导购正常骨组织的破坏,同时失重还能引发骨骼中矿物质弥散,从而引发骨骼结构的变化、钙质流失,造成骨密度降低、骨质疏松、容易骨折、体内电解质紊乱、凝血障碍等问题。
四是引发心血管问题。由于在太空环境中,血液、体液对周围支撑组织的作用力,从地球的向下转变为各向同性,从而引起血液、体液的向上倒流以及向四周流动,身体重心上移,从而引发上半身变大、体型趋圆、头部和面部肿胀、颅压变大、静脉曲张等一系列问题。
小结一下
以上问题,有一些能通过返回地面后的体育锻炼、电疗刺激、饮食调整等加以缓解和解决,但是有一些却是短期内很难恢复的,比如骨质疏松、心脏功能衰退等,需要依靠针对性非常强的治疗措施以及宇航员坚持不懈的毅力,才能慢慢恢复。所以,宇航员们进入宇宙深空,不但任务繁重、工作艰辛、环境恶劣,而且身体还会受到很大影响,真的非常不容易,向这些为人类科学技术发展作出突出贡献的宇航员们致敬
宇航员从太空回到地球 身体会发生什么变化?