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航天员的海下训练基地

时间:2022-05-19 17:35:03 浏览次数:

“宝瓶座”是目前世界上唯一仍在使用的水下训练设施,它距离美国佛罗里达州基拉戈海岸约5英里的地方,建在27米深的水下珊瑚礁旁边。“宝瓶座”是一个黄色试管状的潜水器,长14米,宽3米,里面布满了各种仪器和生活设施。至今为止,此住所已有20多年的历史了。最初,海洋生物学家经常利用它来研究周边海域暗礁和海底的状况。现在,“宝瓶座”的主要任务从研究海洋转向了为太空服务。

“宝瓶座”可供6名成员在里面工作和生活,它虽然只有42平方米的空间,但里面淋浴、卫生间、微波炉、冰箱、联网电脑等设施一应俱全。美国航空航天局(NASA)利用这个潜水器作为他们“极限环境任务实施”计划的实验场所,在这里进行太空工程一医学研究和航天员训练。航天员在赴太空前可以在那里进行适应太空生活和工作的训练。例如,他们按照国际空间站的工作和生活情况,安排“宝瓶座”中乘员的作息时间、吃太空食品、进行舱外活动训练、开展与航天有关的科学实验等。“宝瓶座”就相当于一个在太空中飞行的潮湿的飞船。现在美国航空航天局已经派遣了12个工作组到“宝瓶座”里进行工作和训练,本文主要以尼莫-11任务组为例,说明“宝瓶座”是如何进行航天员训练的。尼莫-11的主要任务与月球探险有关,在短短的7天时间里,组员完成了模拟月球行走和在月球上采集标本、进行月球航天服设计中的重心实验、在海下建造“月海”基地、进行通信、导航系统的测试等工作。

出舱活动训练

随着载人航天的发展,人类到太空或其他星球上工作的时间越来越长,出舱活动的重要性也越来越大。为了使航天员在出舱活动中能够更好地完成任务,飞行前所有承担出舱活动任务的航天员在地面都要进行出舱活动训练。地面出舱活动训练可以在一个类似于游泳池的“中性浮力水槽”中进行,也可以在“宝瓶座”中进行。后者可以更真实地模拟太空环境,进行更好、更广泛的航天员训练,它是目前最好的航天员水下训练基地。

由于这次任务的主要目的是为月球探险作准备,因此尼莫-11首要任务是训练在月球上行走和工作。月球的地心引力相当于地球的1/6,因此要进行月球行走的训练,必须使航天员在水下行走时能够像阿姆斯特朗那样在月面上一蹦一跳地走路。为了达到此目的,科学家们让尼莫-11成员潜水时穿了一种能够影响人在水中浮力的特殊服装,并配备很多铅砝码,它可以使他们的重量与在月球上行走时一样,这样就可以模拟航天员在月球行走时的情景。

这种太空行走和工作的训练贯穿了整个任务期间。例如,当尼莫-11组员在到达“宝瓶座”的第1天就进行了定位潜水,通过这次潜水,使他们熟悉海下环境,并要完成一些任务,包括在“宝瓶座”附近寻找两个安全港潜水钟。结果是两个潜水组都只用了1.5小时就发现了那两个潜水钟,并将数据保存在水下航海设备中。第2天,他们进行了海底机器人的操作训练,学会了控制这个机器人的技术,第3天他们又进行一次模拟在月球环境下收集珊瑚虫的科学活动,拍下了珊瑚虫漂亮鲜艳的照片。同时,他们也利用一些水下导航设备来精确定位珊瑚虫所在的位置,以及发现人造物的位置。

当尼莫-11的组员沿着海底行走的时候,感觉到与在月球上行走很相似,当他们的配重合适时,他们会像在月球上那样在海底一蹦一跳地行走。不同的是随着吸进氧气,释放出泡沫,他们听到了头盔中的呼吸声,而且也看到了周围所有生物在寂静地流动。

建造“月海”

为了今后在月球建造居住地,尼莫-11的另一个任务是在水下建造一个称之为“月海”的建筑物。“月海”是一个模拟将要在月球上建造的通信塔,它由3个登月舱、一个基地和一些额外的支撑物组成,用螺钉将它们连在一起。完全组装后,它大约有25英尺高。到达“宝瓶座”的第2天,第1组潜水员就完成建造“月海”塔状结构的最初两个模块。一第3天,潜水组完成了构建月海基地的工作,并为第2天最后的建造任务找到一个合适的位置。第4天,他们完成了“月海”的建造工作。在建造“月海”塔时,他们首先将3个登月舱连接在一起,然后架上梯子和侧带,最后将“月海”竖起来。在水中完成这项工作要比在陆地上容易,两人就能够轻松地完成。为了拍摄“月海”的建造过程,这些小伙子拉着一个装着相机和其他建造设备的雪橇奔向那个地点。他们非常聪明地将摄像机装在雪橇上,这样就能够拍摄到建造工作最后阶段的、效果很好的视频文件。通过网络播放,地面的人也能够观察到他们的活动。

重力分布实验

航天员在月面行走时必须穿舱外航天服,这种航天服的结构与现在国际空间站的舱外航天服不完全相同,它必须能够让航天员在月面轻松地行走,并能够很好地完成月面采集标本的任务。所以,在这种航天服中需要“配重”,不同的配重方法,可以改变航天员的重心,对航天员的出舱活动将产生不同的影响。为了设计出适合月球探险的舱外航天服,首先要知道不同配重方法对航天服中重力中心和航天员活动的影响,找出最佳的重力分配方案。

尼莫-11组成员从任务的第2天开始就进行航天服重心分布试验。约翰逊太空中心的工程师们为他们设计了两种可以改变身体重心的方法,一种是类似背包的装置,通过配备不同的铅砝码可以任意改变身体的重量;他们开始背负着与身体重量成一定比例的重物,然后逐渐减少载重量,记录下不同配置之间的差异。他们希望收集到的数据将有助于设计小组了解最佳的负重量应该是多少。第二种方法是让潜水员穿着一件特殊的衣服和内衣,潜水员将重物放在衣服的不同的位置,并按照地面的要求移动它们。然后,他们带着不同的重物,进行了走路、跪下、躺下和再次站立、用铲挖、移动岩石或者周围的重量,以及爬梯子等一系列的活动,并将测试的数据传到地面控制中心。通过此实验,潜水员们体会到不同的重力分布对潜水员的活动有很大的影响。例如,用一种特殊的配置可以使潜水员非常轻松地跪下和捡起石头,但漫步和跑很困难。另一种配置将产生相反的结果。找出一种最合适的配重方案是这次试验的目的。潜水员在进行试验时的感觉和具体实验数据对于那些设计和制造下一代太空服的工程师们是非常有用的:可以使工程师们找出登月航天服中最佳的重力分布方案,应用到今后设计方案中。(文章代码:0406)

[责任编辑]蒲晖

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