人類進入太空就成了“外星人”,一旦到太空生活,奇怪舉動就永遠揮之不去。就拿睡覺這樣的基本需求來說,2009年, 當(dāng)國際空間站即將竣工時,宇航員在美國艙段設(shè)置了4間私人隔間作為臥室,每個隔間都用白棉軟墊裝飾,睡袋拴在內(nèi)墻上。睡覺時, 宇航員就爬進睡袋,關(guān)閉折疊門,享受幾小時的隱私和安寧。
“在地球,躺在床上時, 你會如釋重負,立刻有放松的感覺。而在太空,你永遠沒有卸下包袱的感覺。”2014年3月,剛從空間站回來的邁克·霍普金斯說。其實,睡姿本身也面臨挑戰(zhàn)。主要問題是你想把手臂放進睡袋還是外面。如果放在外面,手臂會在零重力(失重)下自由浮動,身體經(jīng)常向外漂,睡覺的宇航員如同古怪的芭蕾舞演員。
在過去10年中,美國已成為真正的永久航天大國。自2000年11月以來,每天都有6名男女宇航員包括兩名美國人在軌道生活和工作。在休斯敦任務(wù)控制中心,角落里的計時器記錄著空間站持續(xù)工作的日子和時間。數(shù)字已經(jīng)過去了5200天。
美國和俄羅斯共用的前哨
國際空間站是一個巨大的前哨,連參與建造的宇航員都感到震撼。從兩側(cè)的太陽能電池板外邊緣算起,空間站足足有一個足球場那么大,重約453.6噸,太陽能電池板的面積超過4047平方米,內(nèi)部相當(dāng)于6個臥室的房子,比航天飛機內(nèi)部大10倍以上。在最初只有三個乘員期間,宇航員經(jīng)常在整個工作日都不會撞在一起, 當(dāng)然進餐時間除外。
國際空間站是聯(lián)合作業(yè),美國一半,俄羅斯一半,每個國家管理自己的艙段(美方包括加拿大、日本和歐洲的座艙或設(shè)備)。導(dǎo)航責(zé)任共同承擔(dān),基礎(chǔ)設(shè)施雙方共享,站長由美俄宇航員輪流擔(dān)任。工作時,俄羅斯和美國的宇航員在己方艙段。但雙方宇航員經(jīng)常聚餐并在下班后閑逛。
作為設(shè)施、宇宙飛船或住宅,空間站多數(shù)時候堪比一艘船,具有自身的個性、魅力和怪癖。宇航員在空間站里來來去去,但空間站本身有特定的節(jié)奏和基調(diào)。它有最先進的水循環(huán)系統(tǒng),宇航員周一早晨沖杯橙汁飲料當(dāng)早餐,下午去撒尿,用新方式凈化排出物后,周四再沖一杯新鮮飲料。然而,空間站缺乏食品冷藏箱或冷凍箱,盡管食物比20年前好很多,但多數(shù)仍是真空包裝或罐裝。每隔兩個月貨運飛船運來橘子時,大家都會慶祝一番。
在空間站,即使很普通的事也會變成怪事。美國宇航員的健身自行車沒有車把,也沒有車座。由于沒有重力,只要把腳綁在腳蹬上,踩腳蹬易如反掌。你可以一邊蹬步健身,一邊在四處漂游的筆記本電腦上看電影。但空間站居民必須切忌在同一地方待太久。因為沒有重力幫助空氣流通,他們呼出的二氧化碳會在頭上形成一層無形的云。他們最終會患上“二氧化碳頭痛”,所以,在一處待一會,就要走到另一處呼吸新鮮空氣,這樣才不至于被自己制造的二氧化碳給“毒害”了。
自第一批組件發(fā)射以來,已有216名男性和女性居住在空間站。NASA學(xué)會了很多在太空生活的竅門,了解了零重力下生活兩周與一次定居數(shù)月的差異。太空日常生活令人興奮的同時也危險,設(shè)計也更精細,生活更平凡。當(dāng)然,太空也是個脆弱和無情的地方,一次輕率之舉足以引發(fā)災(zāi)難。通過規(guī)范,從濾水器的更換到宇航服的安檢等一切事宜,NASA在不斷減少風(fēng)險。在人類進入太空的54年中,NASA發(fā)生過3次致命航天事故,死亡17人,但沒有一次是宇航員的差錯。
據(jù)保持空間站飛行每小時至少需要花費35萬美元,這也解釋了宇航員們在太空何以那么累。他們每天早上7:30(格林威治標(biāo)準(zhǔn)時間)上班,晚上7點下班。到了周末,也很少能休息。因為,在周六打掃空間站衛(wèi)生是至關(guān)重要的,在太空中打掃衛(wèi)生遠遠沒我們想象的那么容易,一些工作難免就被拖至周日完成。
宇航員的真本領(lǐng)在于擺脫重力
在空間站里可以看電影或者看書。但在2003年,華裔宇航員盧杰決定不在空閑時間俗氣地讀書?!拔也恢肋€能否回到地球,我想做些在家未做過的事?!碑?dāng)盧杰到達空間站時,只有兩個人在維持空間站的運轉(zhuǎn)?!拔覜Q定學(xué)會飛得更好,學(xué)會雜技。我選擇一個艙并告訴自己,每次經(jīng)過這個艙,我要穿越而不觸碰所有的邊緣。我會選擇一個隔間,每次經(jīng)過時做空翻兩周。經(jīng)過數(shù)月培訓(xùn),我的表現(xiàn)遠超出預(yù)期。”他說。
奇異的太空體驗,不是駕駛載人飛船,而是讓自己飛起來。其實,宇航員的真本領(lǐng)不是飛多高,而是擺脫令人難以置信的重力。
桑德拉·馬格納斯在空間站呆了130天,執(zhí)行過3次任務(wù)。當(dāng)被問到零重力下的生活是什么樣時,馬格納斯說:“樂趣多多。我學(xué)會了用膝蓋夾東西。這樣我的手就解放了,可以推動自己。問題是在太空,牛頓定律支配你的生活。假如做一些簡單的事情,比如在筆記本電腦上打字,你會用力敲鍵盤,但最終會被推到邊上并漂走。你必須學(xué)會用雙腳固定住筆記本?!?/p>
她說,重力是不可或缺的組織工具,人們只有在缺少它的環(huán)境下生活才能意識到?!爸恍杩纯茨憔幼〉姆块g,桌子、書架、地板上都擺放著東西。在太空卻漂得到處都是?!泵考|西都要固定,否則會漂走。在太空中,宇航員常常會悄悄抱怨尋找錯放的設(shè)備要花很多時間,但固定一切也需要時間。
馬格納斯喜歡在空間站給同事做飯,用鮮洋蔥等食品做出新花樣?!白霾诵枰獢?shù)小時,所以我只能在周末做”。為什么需要花費數(shù)小時呢?原來,當(dāng)你做飯時,你需要經(jīng)常往垃圾桶里扔?xùn)|西。而在沒有重力的情況下,你必須知道該怎樣把垃圾順利地扔進垃圾桶里。我把垃圾桶用膠帶粘好,要不然處理垃圾就會沒完沒了。”
當(dāng)處于零重力時,人體內(nèi)的所有液體也處于零重力,由于液體流向鼻竇,因此宇航員經(jīng)常感覺頭脹。零重力導(dǎo)致惡心和太空?。阒亓r經(jīng)歷的惡心癥狀), 進入軌道的前兩天,許多宇航員都出現(xiàn)過。退休宇航員焦立中對此有過形象描述?!皟?nèi)耳以為你在打滾,眼睛告訴你沒有打滾。兩個系統(tǒng)向大腦發(fā)送的信息互相矛盾,非常氣人,因此,一些人會感到惡心?!睅滋靸?nèi),大腦就能學(xué)會忽略內(nèi)耳的恐慌信號,太空病便隨之消失。
芬克在太空停留過381.5天,比美國其他宇航員都要長。芬克具有麻省理工學(xué)院和斯坦福大學(xué)的學(xué)位,從美國空軍試飛員學(xué)校畢業(yè)后成了宇航員。他進行過9次太空行走,共計48小時。當(dāng)首次空間站之旅意外延長至2004年時,芬克成了第一位在太空當(dāng)父親的美國宇航員。
太空飛行導(dǎo)致骨密度和視力受損
太空旅行充滿了神秘和愉悅,但潛在的危險也是如影隨形的,零重力以隱伏的方式威脅著人體。
骨骼的再生與生長部分是對每天所干的活的一種反應(yīng)。在太空中沒有重量支撐,生成新細胞的速度就會減慢,骨骼便會疏松和萎縮,宇航員的骨密度就會有損失。我們知道,在地球上,女性絕經(jīng)后可能每年損失1%的骨密度,而宇航員每月就會損失1%的骨密度。約翰遜航天中心的力量體能教練馬克·吉廉姆斯認為,在零重力下生活,你失去的不僅是肌肉、力量和血容量,而且還有有氧運動、無氧健身、耐力。太空旅行對身體可謂壞處多多。
那么,如何消除或者減少對身體的傷害呢?解藥就是在太空中進行大量的運動。美國艙段有3種健身器材:無座自行車、跑步機和“高級抗阻訓(xùn)練器”。根據(jù)安排,宇航員每天需要鍛煉兩個半小時,每周6天,但大多數(shù)都堅持7天。鍛煉極其重要,因此NASA才將其列入工作日程。
關(guān)注健康與關(guān)注科學(xué)和未來同樣重要。不過NASA還是擔(dān)心兩件事:宇航員返回地球后的恢復(fù)時間,以及在往返火星所需的兩年半或更長時間如何保持力量和體能。事實上,弄清楚如何安全到達火星正是空間站當(dāng)前最需要解決的問題。
我們尚未全部了解持續(xù)長時間的太空飛行會有哪些影響,只是有這樣一些事例?!?年前,我們空間站有位宇航員突然說,‘嘿,我的視力改變了。我才待了3個月,再也無法閱讀清單了’?!必撠?zé)人類研究計劃的約翰·查爾斯說。事實證明,所有流體在零重力下向上轉(zhuǎn)移而增加顱內(nèi)壓。流體從后面推眼球并摧毀它,許多宇航員在軌道上慢慢得了遠視。
當(dāng)然,在太空工作,宇航員需要精確的視力,所以太空飛行時視力的退化是個重大的問題。NASA了解視力問題已有幾十年?!懊绹谝粋€空間站‘太空實驗室’和航天飛機都出現(xiàn)過此類問題?!辈闋査拐f。直到宇航員來到空間站數(shù)月后才明白其重要性。事實上,空間站現(xiàn)在備有可調(diào)眼鏡。目前,NASA不知道返回地球后如何修復(fù)視力。醫(yī)生也不知道時間超出現(xiàn)在四五倍的任務(wù)會對視力造成怎樣的影響。
控制中心掌控著空間站的一切
“嘿,休斯頓,這里是空間站。早上好。我們準(zhǔn)備開早上交班會。”2013年7月的一天清晨,指揮官斯旺森向任務(wù)控制中心報告,美國艙段開始上班。
空間站是個永久前哨,具有一定的獨立性,所以任務(wù)控制中心不會叫醒宇航員。他們起床很早,然后與休斯頓聯(lián)絡(luò),與任務(wù)控制中心建聯(lián)后開始工作。每天開始和結(jié)束都要開交班會,宇航員與全球5個控制中心進行簡要核實,談?wù)撊粘坦收匣虻却S修或第二天工作。當(dāng)結(jié)束了一天的工作后,他們會關(guān)閉聯(lián)絡(luò)才睡覺。有趣的是,宇航員雖然能以每小時28164公里的速度繞地球旋轉(zhuǎn),但他們也無法逃避交班會。
盡管宇航員在空間站生活和工作,但飛行和控制都由休斯頓和莫斯科來完成。任務(wù)控制中心不僅監(jiān)控空間站在太空的位置,必要時會用陀螺儀和推進器進行調(diào)整。與此同時,監(jiān)控所有車載系統(tǒng):電子、生命保障、計算機和通信。也就是說,在地球上,有一個龐大的團隊支撐著空間站,1000多人負責(zé)一名在軌宇航員。
太空生活的復(fù)雜是我們難以想象的。假如宇航員要做一些實質(zhì)性的事情,就需要很多人協(xié)同完成。如:僅為美國艙段的在軌宇航員制定日程表就需要一支擁有50名員工的全職團隊。計劃員要輸入每位宇航員的優(yōu)先任務(wù),每個項目都需要詳細協(xié)調(diào),每天幾十項活動均需制定得詳細精確,這樣才不會出現(xiàn)任何紕漏。
出艙活動是終極職業(yè)挑戰(zhàn)
2014年7月,斯科特·凱利和蒂姆·科普拉背靠背地站在配備宇航服的鋼平臺上。黃色吊車緩緩將平臺吊起,轉(zhuǎn)到游泳池水面的上方,然后把宇航員放進水里。凱利和科普拉將在水下待6小時,在游泳池中練習(xí)太空行走,完成更換空間站部分機械臂的每個步驟。2015年11月,他們將在太空完成這項維修任務(wù)。
凱利和科普拉需要花費30分鐘穿好宇航服,每件宇航服凈重104公斤。曾任空間站站長的福特說:“在空間站,只有一人給兩名宇航員穿宇航服。穿宇航服和出艙的程序有400個步驟?!?/p>
400個步驟,僅僅是讓一位宇航員準(zhǔn)備進入密封艙和準(zhǔn)備出艙。所以,在宇航員開始太空行走之前,穿宇航服和檢查就已經(jīng)花費了4小時。之前,宇航員已經(jīng)在NASA稱為“中性浮力實驗室”的游泳池里。對幾乎所有宇航員來說,出艙活動是終極職業(yè)挑戰(zhàn)和最終刺激之旅。置身空間站外,你簡直是個獨立天體,可以說是“地球的小月亮”。
但太空行走也是個窗口,我們從中可以觀察:太空有多危險,一個配置欠妥的接頭如何導(dǎo)致災(zāi)難,NASA如何處置風(fēng)險。這就是為什么每次預(yù)定的太空行走都列出詳細的計劃表,然后在一座可以容納兩架航天飛機的水池中演練一遍又一遍。太空行走在某種程度上是整個空間站計劃的縮影。宇航員在太空行走是為了維護和維修空間站,以便在未來宇航員有個可以去的基地。雖然空間站目前仍在運行,美國艙段有3名宇航員,但每名宇航員每天幾乎三分之二的工作僅僅是維護空間站、處理物流和保持健康。
在太空建造或修理宇宙飛船的工作也極具挑戰(zhàn)性,因此空間站的外部結(jié)構(gòu)具有顯著的工程特點:雖然空間站由100多個組件組成,但宇航員用的多數(shù)螺栓都是一個型號。這樣宇航員永遠不必擔(dān)心更換插座。太空生活不僅比普通人意識到的更奇怪,更難,甚至超出了NASA的想象。
此前,NASA曾承諾航天飛機每年至少要飛25次。雖然,NASA最初設(shè)想的時候雄心勃勃。實際上,航天飛機計劃平均每年少于5次,1985年最多才飛了9次??臻g站要具備7大功能:研究實驗室、制造設(shè)施、天文臺、太空交通樞紐、衛(wèi)星修理設(shè)施、航天飛機組裝設(shè)施和太陽系載人任務(wù)的前進基地。
而30年后,空間站只剩下其中一項功能:研究實驗室。目前,空間站大約有40%的商業(yè)研究成果尚未利用,部分或許因為一些公司不知道可以怎么利用;部分是因為其他公司不知道如何利用零重力的研究才擱置的。
發(fā)展方向好似在原地打轉(zhuǎn)
NASA認為,了解如何長期在太空生活和工作,本身就是空間站的一個主要目的。但就載人航天飛行的發(fā)展方向而言,沒有了白宮和國會給出的路線圖,在每天花費800萬美元的情況下,這部分任務(wù)就好似在原地打轉(zhuǎn)。
有意思的是,運行和維持空間站的成本與供養(yǎng)一個美國海軍航母戰(zhàn)斗群的費用相差無幾。航母活動可以說與太空活動同樣都在原地打轉(zhuǎn),所涉及的維護、日?;顒雍蛻?zhàn)斗演練也許永遠不會發(fā)生。但人們對判斷載人太空探索的成本和價值,卻有個奇怪的標(biāo)準(zhǔn)。
太空讓我們感到不耐煩。我們對事情進展順利感到不耐煩,似乎航天飛機早就運轉(zhuǎn)得萬無一失。我們對投資回報感到不耐煩,似乎進入太空也許不值得,除非能迅速變成商業(yè)金礦。我們在太空飛行是因為人類的野心,因為太空是第八大陸。現(xiàn)在我們?nèi)缤C奇的探險家在太空飛行,因為我們將來也許需要在太空飛行、采礦或定居。
或許,我們最終需要來自小行星或月球的資源,這取決于我們?nèi)绾喂芾淼厍颥F(xiàn)有資源。我們最終可能變成居住在多個星球的物種,要么就是因為人類超出了地球承受的極限,要么就是因為人類毀滅了地球。或許我們僅僅是想變成多行星物種:總有一天,有人會選擇空曠沉寂沒有光源的月亮,或是荒無人煙、火云如燒的火星。
很明顯,我們還沒有一個非常成熟的太空計劃。送入太空的宇航員仍然沒有任何真正的自主權(quán),因為在設(shè)計和建造太空站時沒有人設(shè)想必須“實施”自主權(quán)。一旦開啟火星之旅,距離如此遙遠, 交換一個聲音或一封電子郵件,往返就需要30分鐘。一個變化將改變太空生活的整個動態(tài),到了那時,宇航員們就不得不自己處理事情。
這也許是空間站的真正價值所在,將NASA的人類探索計劃從完全由地球控制變成更多地由宇航員主導(dǎo)。目前,該計劃還不是高優(yōu)先級別的事,這既不方便,效率又低。但是,如果NASA能推出一個切實可行的計劃,讓執(zhí)行任務(wù)的人們在空間站的設(shè)計和控制上承擔(dān)更多責(zé)任,那么,空間站的價值可以更大。
史春樹 譯自《大西洋月刊》 周周 編