航天員的海下訓(xùn)練基地

唐承革

“寶瓶座”是目前世界上唯一仍在使用的水下訓(xùn)練設(shè)施，它距離美國佛羅里達(dá)州基拉戈海岸約5英里的地方，建在27米深的水下珊瑚礁旁邊。“寶瓶座”是一個(gè)黃色試管狀的潛水器，長14米，寬3米，里面布滿了各種儀器和生活設(shè)施。至今為止，此住所已有20多年的歷史了。最初，海洋生物學(xué)家經(jīng)常利用它來研究周邊海域暗礁和海底的狀況。現(xiàn)在，“寶瓶座”的主要任務(wù)從研究海洋轉(zhuǎn)向了為太空服務(wù)。

“寶瓶座”可供6名成員在里面工作和生活，它雖然只有42平方米的空間，但里面淋浴、衛(wèi)生間、微波爐、冰箱、聯(lián)網(wǎng)電腦等設(shè)施一應(yīng)俱全。美國航空航天局(NASA)利用這個(gè)潛水器作為他們“極限環(huán)境任務(wù)實(shí)施”計(jì)劃的實(shí)驗(yàn)場所，在這里進(jìn)行太空工程一醫(yī)學(xué)研究和航天員訓(xùn)練。航天員在赴太空前可以在那里進(jìn)行適應(yīng)太空生活和工作的訓(xùn)練。例如，他們按照國際空間站的工作和生活情況，安排“寶瓶座”中乘員的作息時(shí)間、吃太空食品、進(jìn)行艙外活動(dòng)訓(xùn)練、開展與航天有關(guān)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)等。“寶瓶座”就相當(dāng)于一個(gè)在太空中飛行的潮濕的飛船。現(xiàn)在美國航空航天局已經(jīng)派遣了12個(gè)工作組到“寶瓶座”里進(jìn)行工作和訓(xùn)練，本文主要以尼莫-11任務(wù)組為例，說明“寶瓶座”是如何進(jìn)行航天員訓(xùn)練的。尼莫-11的主要任務(wù)與月球探險(xiǎn)有關(guān)，在短短的7天時(shí)間里，組員完成了模擬月球行走和在月球上采集標(biāo)本、進(jìn)行月球航天服設(shè)計(jì)中的重心實(shí)驗(yàn)、在海下建造“月海”基地、進(jìn)行通信、導(dǎo)航系統(tǒng)的測試等工作。

出艙活動(dòng)訓(xùn)練

隨著載人航天的發(fā)展，人類到太空或其他星球上工作的時(shí)間越來越長，出艙活動(dòng)的重要性也越來越大。為了使航天員在出艙活動(dòng)中能夠更好地完成任務(wù)，飛行前所有承擔(dān)出艙活動(dòng)任務(wù)的航天員在地面都要進(jìn)行出艙活動(dòng)訓(xùn)練。地面出艙活動(dòng)訓(xùn)練可以在一個(gè)類似于游泳池的“中性浮力水槽”中進(jìn)行，也可以在“寶瓶座”中進(jìn)行。后者可以更真實(shí)地模擬太空環(huán)境，進(jìn)行更好、更廣泛的航天員訓(xùn)練，它是目前最好的航天員水下訓(xùn)練基地。

由于這次任務(wù)的主要目的是為月球探險(xiǎn)作準(zhǔn)備，因此尼莫-11首要任務(wù)是訓(xùn)練在月球上行走和工作。月球的地心引力相當(dāng)于地球的1／6，因此要進(jìn)行月球行走的訓(xùn)練，必須使航天員在水下行走時(shí)能夠像阿姆斯特朗那樣在月面上一蹦一跳地走路。為了達(dá)到此目的，科學(xué)家們讓尼莫-11成員潛水時(shí)穿了一種能夠影響人在水中浮力的特殊服裝，并配備很多鉛砝碼，它可以使他們的重量與在月球上行走時(shí)一樣，這樣就可以模擬航天員在月球行走時(shí)的情景。

這種太空行走和工作的訓(xùn)練貫穿了整個(gè)任務(wù)期間。例如，當(dāng)尼莫-11組員在到達(dá)“寶瓶座”的第1天就進(jìn)行了定位潛水，通過這次潛水，使他們熟悉海下環(huán)境，并要完成一些任務(wù)，包括在“寶瓶座”附近尋找兩個(gè)安全港潛水鐘。結(jié)果是兩個(gè)潛水組都只用了1．5小時(shí)就發(fā)現(xiàn)了那兩個(gè)潛水鐘，并將數(shù)據(jù)保存在水下航海設(shè)備中。第2天，他們進(jìn)行了海底機(jī)器人的操作訓(xùn)練，學(xué)會(huì)了控制這個(gè)機(jī)器人的技術(shù)，第3天他們又進(jìn)行一次模擬在月球環(huán)境下收集珊瑚蟲的科學(xué)活動(dòng)，拍下了珊瑚蟲漂亮鮮艷的照片。同時(shí)，他們也利用一些水下導(dǎo)航設(shè)備來精確定位珊瑚蟲所在的位置，以及發(fā)現(xiàn)人造物的位置。

當(dāng)尼莫-11的組員沿著海底行走的時(shí)候，感覺到與在月球上行走很相似，當(dāng)他們的配重合適時(shí)，他們會(huì)像在月球上那樣在海底一蹦一跳地行走。不同的是隨著吸進(jìn)氧氣，釋放出泡沫，他們聽到了頭盔中的呼吸聲，而且也看到了周圍所有生物在寂靜地流動(dòng)。

建造“月海”

為了今后在月球建造居住地，尼莫-11的另一個(gè)任務(wù)是在水下建造一個(gè)稱之為“月海”的建筑物。“月海”是一個(gè)模擬將要在月球上建造的通信塔，它由3個(gè)登月艙、一個(gè)基地和一些額外的支撐物組成，用螺釘將它們連在一起。完全組裝后，它大約有25英尺高。到達(dá)“寶瓶座”的第2天，第1組潛水員就完成建造“月海”塔狀結(jié)構(gòu)的最初兩個(gè)模塊。一第3天，潛水組完成了構(gòu)建月海基地的工作，并為第2天最后的建造任務(wù)找到一個(gè)合適的位置。第4天，他們完成了“月海”的建造工作。在建造“月海”塔時(shí)，他們首先將3個(gè)登月艙連接在一起，然后架上梯子和側(cè)帶，最后將“月海”豎起來。在水中完成這項(xiàng)工作要比在陸地上容易，兩人就能夠輕松地完成。為了拍攝“月海”的建造過程，這些小伙子拉著一個(gè)裝著相機(jī)和其他建造設(shè)備的雪橇奔向那個(gè)地點(diǎn)。他們非常聰明地將攝像機(jī)裝在雪橇上，這樣就能夠拍攝到建造工作最后階段的、效果很好的視頻文件。通過網(wǎng)絡(luò)播放，地面的人也能夠觀察到他們的活動(dòng)。

重力分布實(shí)驗(yàn)

航天員在月面行走時(shí)必須穿艙外航天服，這種航天服的結(jié)構(gòu)與現(xiàn)在國際空間站的艙外航天服不完全相同，它必須能夠讓航天員在月面輕松地行走，并能夠很好地完成月面采集標(biāo)本的任務(wù)。所以，在這種航天服中需要“配重”，不同的配重方法，可以改變航天員的重心，對(duì)航天員的出艙活動(dòng)將產(chǎn)生不同的影響。為了設(shè)計(jì)出適合月球探險(xiǎn)的艙外航天服，首先要知道不同配重方法對(duì)航天服中重力中心和航天員活動(dòng)的影響，找出最佳的重力分配方案。

尼莫-11組成員從任務(wù)的第2天開始就進(jìn)行航天服重心分布試驗(yàn)。約翰遜太空中心的工程師們?yōu)樗麄冊O(shè)計(jì)了兩種可以改變身體重心的方法，一種是類似背包的裝置，通過配備不同的鉛砝碼可以任意改變身體的重量；他們開始背負(fù)著與身體重量成一定比例的重物，然后逐漸減少載重量，記錄下不同配置之間的差異。他們希望收集到的數(shù)據(jù)將有助于設(shè)計(jì)小組了解最佳的負(fù)重量應(yīng)該是多少。第二種方法是讓潛水員穿著一件特殊的衣服和內(nèi)衣，潛水員將重物放在衣服的不同的位置，并按照地面的要求移動(dòng)它們。然后，他們帶著不同的重物，進(jìn)行了走路、跪下、躺下和再次站立、用鏟挖、移動(dòng)巖石或者周圍的重量，以及爬梯子等一系列的活動(dòng)，并將測試的數(shù)據(jù)傳到地面控制中心。通過此實(shí)驗(yàn)，潛水員們體會(huì)到不同的重力分布對(duì)潛水員的活動(dòng)有很大的影響。例如，用一種特殊的配置可以使?jié)撍畣T非常輕松地跪下和撿起石頭，但漫步和跑很困難。另一種配置將產(chǎn)生相反的結(jié)果。找出一種最合適的配重方案是這次試驗(yàn)的目的。潛水員在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)的感覺和具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)于那些設(shè)計(jì)和制造下一代太空服的工程師們是非常有用的：可以使工程師們找出登月航天服中最佳的重力分布方案，應(yīng)用到今后設(shè)計(jì)方案中。(文章代碼：0406)

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