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作者:王月霞

出版社:远方出版社

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太空宇航知识篇(六)

太空宇航知识篇(六)试读:

前言

人类社会已经进入一个崭新的新世纪,科学技术正以人类意想不到的发展速度深刻地影响并改变着人类社会的生产、生活和未来。《科普知识百科全书》结合当前最新的知识理论,根据青少年的成长和发展特点,向青少年即全面又具有重点的介绍了宇宙、太空、地理、数、理、化、交通、能源、微生物、人体、动物、植物等多方面、多领域、多学科、大角度、大范围的基础知识。内容较为丰富,全书涉及近100个领域,几乎涵盖了近1000个知识主题,展示了近10000多个知识点,字数为800多万字,书中内容专业性强,同时又易于理解和掌握,每个知识点阐述的方法本着从自然到科学、原理、论述到社会发展的包罗万象,非常适合青少年阅读需求。该书是丰富青少年阅历,培养青少年的想象力、创造力,加强他们的探索兴趣和对未来的向往憧憬,热爱科学的难得教材,是青少年生活、工作必备的大型工具书。

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该书编撰得到了各部门专家、学者的高度重视。从该书的框架结构到内容选择;从知识主题的阐述到分门别类的归集;从编写中的问题争议到书稿最后的审议,专家、学者都提供了很宝贵的修改意见,使本书具有很高的权威性、知识性和普及性。

本书采用分级管理、分工负责的办法编写,在编写的过程中得到了国家图书馆、中国科学院图书馆、中国社会科学院图书馆、北京师范大学图书馆的大力支持和帮助,在此一并表示真诚的谢意!在本书编写过程中,我们参考了相关领域的最新研究成果,谨向他们表示衷心的感谢!

由于编写时间仓促,加之水平有限,尽管我们尽了最大努力,书中仍难免有不妥之处,敬请广大读者批评指正。本书编委会2006年1月

天之骄子

——宇航员

航天运动病

在航天期间,当地球引力几乎为零时,在这个感觉系统的组成部分中,特别是在前庭与其他的感觉系统相互作用的情况下出现明显的重新组合,结果产生一系列症状。与航天有关的最明显的紊乱是所谓的“航天运动病”,在航天时有30%~40%的宇航员患这种病。

“航天运动病”产生的症状

1.心血管系统的变化

毛细血管动脉部分的张力上升;

视网膜血管的直径下降;

外周循环,特别是头部皮肤的血液循环下降;

肌肉血流上升。

2.呼吸系统

呼吸速率改变;

叹气或打呵欠;

3.胃肠道系统

唾液过多;

排气或打嗝;

上腹部不适;

呕吐后症状突然减轻。

4.体液、血液变化

血红蛋白浓度上升;

动脉血PH上升和CO2分压下降,推测是由于过度通气所致;

嗜伊红细胞浓度下降;

17-羟皮质类固醇下降;

血浆蛋白上升。

5.尿液

17-羟皮质类固醇上升;

儿荼酚胺上升。

6.温度

体温下降;

四肢冰凉;

7.视觉系统

眼视力不平衡:

瞳孔变小;

呕吐时瞳孔扩大。

8.行为

冷淡,不活泼,思睡,疲劳软弱,压抑或忧虑;

精神混乱,空间失定向,头晕,眼花厌食,对讨厌的情景或气味异常敏感,或对以前能耐受的刺激如热、冷或衣服不适等感觉非常不舒服;

头疼,特别是前额痛;

肌肉协调和精神活动能力下降;

时间估计下降;

动机下降。

在训练中预防航天运动病

由于航天运动病是在飞行任务的初期和关键性阶段出现,它对飞行任务的顺利进行影响很大,人们对此特别关注。已采用过各种方法来预防和控制,但是,至今成效不大。

采用训练程序控制航天运动病是以一般生理原则为基础的,即增加应激作用强度可以导致适应能力的提高。当然,这个问题是在飞行任务前而不是在Og环境下进行预防航天运动病的训练。因此,要考虑到在地面1g情况下进行的训练效果转移到空间环境可能是有限的或者甚至不起作用的。

适应性训练由飞机在飞抛物线轨道时所产生的短期失重,组成。这种短期Og得到的训练效果大于实际训练的效果。

也可采用高性能飞机的特技飞行来产生人们熟知的引起敏感个体运动病的刺激,宇航员往往在飞行任务前已参与这类飞行。根据非正式报道,人们设想这类飞行可以获得某些防护作用,但是,经过特技飞行的宇航员,在航天时同样出现了航天运动病,显然这种训练没有起到应有的防护作用。

适应性训练的第三种程序是把受试者放在旋转环境中,如转椅或慢转室里,与实验同时的研究证明通过将受试者暴露于逐渐增加应激强度下,可以降低他们对特殊环境的运动病敏感性。在一个研究中,发现在一种运动环境下超适应是可以提供在其他运动环境下的防护作用。使用慢旋转室时,受试者进行标准的头部和身体向左或向右运动,直至达到运动病终点或进行1200次差别部运动时为止。然后,受试者在三个不熟悉的象限进行头部运动,在这些情况下测量到明显的适应效果。现在必须评定这种训练效果的转移是否在失重环境下也可以得到效益。

对地面环境的再适应

对返回地面的宇航员所收集的生物医学数据表明,在每一次航天之后需要有一个对18再适应的生理代偿期,对于再适应所需要的时间及其过程的特有特征存在着很大的个体差异。某些差异可归因于飞行任务的复杂程度和持续时间,样本大小,或使用的对抗措施的不同等。此外,不同的生理系。统似乎以不同的速度达到再适应。尽管如此,还是可以得到一个有关再适应过程的推测性结论,特别是对那些受飞行持续时间影响最少的系统。

返回到地面环境后某些生理学系统的变化会重复出现,有时发生明显的症状。例如,宇航员已一致地阐明飞行后立位耐力降低,这显然是与体液移位引起的重新调整和与心肺神经感受器的反射性反应有关。飞行后前庭神经系统的再适应过程常常由于姿态平衡困难而得到预示。一系列从轻微到明显疾病的症状,曾经在某些人身上观察到。但是,大多数所测量的参数,在飞行后1~3个月内已经恢复到飞行前的基线水平。较长时间航天的再适应常常需要更长的时间,但对某些参数来说(例如红细胞容量)却观察到相反的情况。再就是,关于骨矿物质和辐射损伤组织的恢复仍然是人们所关心的问题。另一个未知问题是失重对脂肪或体重的影响,即使采用诸如剧烈的运动等对抗措施,也可能出现抗重力肌的病灶性萎缩。

飞行对视觉能力的影响

视觉系统是定向和适应于空间生活和工作的所有感觉系统中最关键性的一个系统。

对空间视觉能力的兴趣是由于知道空间的视觉环境可能不同而引起的。首先,在太阳直接光照下物体的亮度较高,因为地球大气至少吸收15%的可见光,而水蒸气、烟雾和云能使这种吸收大大提高。总的来说,这意味着白天宇航员工作的照明水平比在地面约高1/4第二,如在月球那样的表面上,那里没有大气,也没有光的散射,这就导致了在不受太阳光直接光照的区域显得很暗,以致要重新安排正常的视、觉关系。在早期的航禾任务期间,对这些环境差别可能与感觉感受器系统的微细生理变化相互作用的程度尚不了解。

美国斯克里普斯海洋学研究所的可见度研究室得到了双子星座-5号飞船宇航员飞行前、飞行时和飞行后的视力试验。用飞行中视觉测试器进行测量,这种测试器是一种小的自动的双筒光学装置,含有高和低反差直角透射阵。宇航员判断每个直角的方位并在记录卡上打孔说明自己的反应。

双子星座-5号飞船视力测量计划的第二个部分是在得克萨斯和澳大利亚地面上显示大的直角图型。宇航员的任务是报道直角的方位。在两次通过之间的时间里以校正方位的方式改变显示,按照预料的倾斜范围,太阳上升程度及宇航员以前通过时的视力进行大小的调整。

双子星座5号飞船上测量计划的结果说明,在8天任务期间宇航员的视力既没有降低,也没有提高。由于气象环境大大妨碍了地面图形的观察,仅有一次飞行测试获得成功。这些结果确证宇航员的视力是在飞行前视力测量所预测的限度之内。在阿波罗计划中,人们的研究兴趣转向于视觉器官本身。一名宇航员飞行后约3个半小时的视网膜血管照相表现出静脉和动脉都明显缩小,另一名宇航员飞行后4小时仅静脉缩小。他们的视网膜血管的收缩程度比呼吸纯氧的缩血管作用要大并持续时间更长。

阿波罗计划的宇航员还表现出飞行后眼内压比飞行前低。飞行后眼内压恢复到飞行前值比在水星和双子星座类似研究的情况预料的要慢。这种恢复慢的原因还不清楚。

在航天飞行任务中,有些宇航员报道飞行时出现眼睛“老花”和“看错地平线”现象,美国航宇局为此研制了一台新的小型视觉功能测试仪,将要在航天飞机上对宇航员进行视觉功能检查。

此外,有些宇航员报道在空间能看见地面上的诸如汽车和船等物体,显然这个距离超过眼睛的分辨力,对此目前尚无满意的解释。

前苏联在尤里·加加林进行一圈的轨道飞行后得出的结论是,短期航天飞行对视觉系统的基本功能不会产生明显的影响。此后,前苏联的研究人员在宇航员的视力、反差敏感性、色觉和一般视力方面进行了系统研究。他们发现,在飞行的第一天,主要的视觉功能降低5%~30%,然后功能逐步恢复,直到达到接近飞行前值为止。反差敏感性变化最明显,进入失重后即刻丧失10%,5天后丧失达40%。虽然存在这些变化,但结论仍是在正常照明条件下航天环境对主要的视觉功能影响不大。

除视觉外,人的感觉器官还有听觉、味觉和嗅觉等,航天飞行实践表明,这些感觉器官不受飞行的影响,飞行前后和飞行中几乎无变化。以下是感觉器官在飞行前后的比较情况。

飞行对睡眠的影响

在水星计划中最长的一次飞行持续时间为34个多小时。从这次飞行中得出的结论是,“飞行中能够睡眠,主观感觉正常”。尽管当时已知在空间能睡眠,但是没有获得有关在这种环境下睡眠的性质和长期飞行可能需要采取某种特殊措施的资料。

4天飞行的双子星座任务,首次提供了认真评定空间睡眠的机会。在这次飞行中宇航员在获得满意的较长时间的睡眠遇到了很大的困难。没有一名宇航员能进行长时间的睡眠,他们最长只能持续睡4个小时。指挥员自己估计他在整个4天的飞行中良好睡眠时间没有超过7.5至8小时。睡眠紊乱的原因包括诸如推进器点火,地面来的通信,飞船的运动,交替的睡眠时间,34小时生物节律的改变,以及每名宇航员“对飞行任务的责任感”等的干扰。

在8天的双子星座任务中曾设法改善睡眠条件。但由于和飞行计划活动的冲突,睡眠情况仍旧不好。14天的双子星座飞行中,曾设计成使飞行计划可以让宇航员在肯尼迪角相应的夜间时间里睡眠。此外,两名宇航员同时睡眠以减少飞船中的噪声。结果,睡眠大大改善,4天飞行的宇航员飞行后明显疲劳,8天飞行的宇航员疲劳减轻,14天飞行的宇航员疲劳最轻。

天空实验室实验的结果,没有证明由于长期航天引起睡眠出现任何重要的不良变化。只是在84天的飞行期间一名宇航员睡眠时间受到一些影响。但这种影响随着飞行时间的延长而逐渐减轻,仅偶尔需要用点安眠药。最明显的变化出现在飞行后,此时睡眠性质的改变比睡眠时间的变化更大。看来对1g境再适应比对0g适应出现的睡眠紊乱更大。总之,天空实验室研究者们认为,如果使用各自的睡眠区域把噪声水平减至最低,以及所习惯的睡眠时间,那么在0g环境下可以得到足够的睡眠。

飞行时的体位和幻觉

在正常的地面工作期间。人在恒定的1g重力的条件下,能完成所有的活动。航天时,这种力被取消,所有动作,无论是睡眠、进食,或者只是简单的来回走动走动,都必需以不同的方式进行。在首次载人航天飞行以前,人们担心缺乏重力可能会引起运动能力困难,特别是难于进行那些需要技巧性的和精确活动的动作。

早期酌一些载人飞行排除了有关宇航员在失重期间进行常规感觉运动活动能力的任何担心。即使在狭小的水星飞船中运动受到相当大的限制,但是当进行飞船的内部处置时不会遇到困难。随着在双子星座和阿波罗计划中的作业要求和运动场所的增加,确实证明了人在航天环境下进行工作的能力,在精确性方面没有明显影响。

粗大的运动活动,似乎得到无重力的好处,即出力少。一旦习惯了新的程序,在航天座舱中来回运动就变得容易而行动自如。因此,缺乏重力对这种运动似乎是有助而不是妨碍。

体位平衡是前庭输入、视觉、运动觉和触觉的函数。这四种感觉通道的工作,代表一个密切相互联系的系统,在这个系统中任何一个通道的异常变化都能引起这个完整系统的明显紊乱。因此,在失重环境下,当耳石刺激消失时,会出现某些定向问题,这是合乎逻辑的。如果这个完整系统的其他成分提供异常输入时,可以预料会出现特别是涉及视觉方面的某种幻觉。

在天空实验室实验中曾研究了在失重期间视觉幻觉的出现。该实验探讨了在天空实验室飞行期间8名宇航员的眼动幻觉(半规管刺激后观察到的一种明显运动方式)。4名宇航员感受这种幻觉的能力有些减退,4名宇航员没有变化。因此不能作出证明半规管敏感性有任何降低的结论。同时在该试验过程中有几名宇航员报道出现自发性目标振荡运动幻觉。因为当宇航员报道这种幻觉时,他们正处在被限制和思睡状态。因此这种振荡性幻觉可能只是睡眠前反射性眼运动的函数。

在天空实验室计划期间,对宇航员进行了飞行后体位平衡试验以测定其变化程度。例如在天空实验室3号溅落后第2天试验时,曾发现科学家和驾驶员睁眼出现体位平衡能力降低。但是,有趣的是,发现闭眼时维持垂直体位的能力降低更明显。回收后第二天,在不用视觉的情况下,驾驶员难于站立,和飞行前测量的极好平衡形成明显的对比。

前苏联的航天计划也遇到了体位以及幻觉问题。前苏联研究者们对参加联盟号飞船和联盟礼炮号轨道复合体飞行的34名宇航员进行了检查。在飞行任务中这些宇航员的飞行时间最短为4天,最长为175天。曾发现飞行中出现的幻觉反应往往多于更为熟知的前庭功能紊乱。34名宇航员中21名报道有颠倒(“头朝下”)的幻觉,偶而有绕着物体旋转的感觉。这和许多美国宇航员报道的幻觉类型相同,美国在水星计划中就有了这种报道。前苏联报道,虽然有时要在失重,两小时后才出现幻觉,但在大多数情况下,失重后即刻就出现这种反应。有些人的幻觉仅持续几分钟,也有一些人的幻觉持续4小时或更长时间。在飞行期间这种幻觉偶而重复出现,最通常的是在运动活动增加时或在企图进行某些视觉作业时出现。有时,如果宇航员注视某物体,使自己靠在座椅上不动,及采取松弛状态,则可以抑制幻觉的出现。

飞行对心肺系统的影响

飞行后肺功能试验一般没有出现异常。但是,观察到天空实验室3号驾驶员和天空实验室4号所有宇航员,在飞行中肺活量降低达10%。天空实验室4号三名宇航员肺活量试验的结果。飞行中的宇航员肺活量的降低,可能起因于体液重新分布到胸腔,膈膜向头移位,或座舱压力降低到海平面1/3的反射,这样一类因素的组合。

飞行后心肺对运动反应的测量一致地显示运动量减少。例如,阿波罗7到11飞行前、后获得的测量,这些研究证明飞行后即刻工作负荷、氧耗量、收缩压和舒张压明显降低,此时心率为160次/分。机械效率(完成一定工作量所需的氧气量)在飞行后没有表现出显著变化。天空实验室宇航员的研究表现类似的飞行后运动量减少,这由氧耗量、心率、心输出量和每搏量证明。在三星期之内大多数心血管反应恢复到正常。前苏联研究者们报道了类似结果。

在航天期间心肺系统经受着实质性的适应性变化。由于心肺系统的许多适应能力,已随着对抗地球引力持续作用的特殊机制而进化,因而失重的影响特别明显。该系统的某些变化,如体液向头部移位是失重的直接结果,其他一些变化似乎是由此而出现的调节,是Og环境的间接影响。该系统的主要变化包括体液移位、心脏动力学和肌电学的改变,以及肺功能和运动量的改变。

飞行对血液,体液及电解质的影响

人体暴露于航天环境将会产生范围广泛的体液影响。观察返回地面后的宇航员的许多变化,也都被认为直接或间接地伴随着由于失重引起体液向头部转移所造成的影响,但是,二些变化,特别是内分泌的变化可能与航天有关的应激或其它变量因素有关。

最为明显的血液变化,它包括血浆容量的减少,红细胞净容量的改变,红细胞形态分布的变化,淋巴T细胞数量和功能的改变,以及伴随航天而产生的最为显著的体液与电解质变化,包括体液总量的减少和电解质逐渐的进行性丧失等等。

血浆容量的减少是失重对人体影响生理改变之一。美、苏的研究结果表明,宇航员个体的血液学反应有相当大的差别。但这些变化确实发生于航天中和航天后。宇航员在航行印天后,体液减少趋于稳定,并且逐渐开始恢复。天空实验室3批宇航员在航行前、后的测定,表明红细胞净容量的丧失。这些变化从开始起可继续一段时间。天空实验室2号乘员的红细胞净容量在返回地面后并未立即恢复,直到航行后2周才恢复。

心肺系统发生的最重要的变化是体液从下肢向头部移位,这种体液移位可根据某些观察得以证明。

天空实验室宇航员飞行中所拍摄的照片,表明有眼窝肿胀,面部水肿和眼睑增厚的体证。颈静脉和颞部,头皮和前额的静脉似乎是充盈而扩张的。虽然飞行中面部组织肿胀的因素部分原因可能是由于无重力所致,但体液移位也可能起到重要作用,特别是由于静脉充血。这些照相是在天空实验室-3任务(59天)将要结束时拍摄的,从而说明水肿和静脉充血甚至在空间数月以后也不减退。宇航员的报道为鼻子不通气,头发胀,面部浮肿,这也支持体液移位的假设。

宇9陨典型地表现出飞行中腓肠部周径减少达30%。在天空实验室和阿波萝一联盟飞行任务中,在飞行前,飞行中和飞行后对宇航员进行了下肢多次周径测量,以获取容积的估计值并确定体液移位的时间过程。

飞行初期不是上肢而是下肢容积减少,在返回到地面时迅速恢复到飞行前值。据分析,似乎体液的主要移位不是一进入轨道就迅速发生。其移位的速度似乎是按照指数过程进行,在24小时内达最大值,然后在3至5天之内达平稳状态或一种新的稳态。飞行中下体负压试验对心血管系统比飞行前同样程度的下身负压试验表现出更强的应激,这种现象显然是由于飞行中出现体液大量向头部移位变化所造成的。总血容量的减少可能起重要作用,但飞行中体液丧失的时间过程,直到现在还未能清楚地加以阐明。

航天飞行对肌肉骨骼及人体测量的影响

航天的失重环境对人体肌肉质量有深刻影响,这显然与肌肉组织废用萎缩有关。这些影响已由许多方面,包括体重测量、人体测量、生化分析、代谢平衡的研究以及航行后肌肉情况和神经肌肉功能的评定所证实。此外,在较长时间的航行中,身体成分发生的改变;认为肌肉组织可能随着代谢效率的降低而退化。

业已证实与航天有关的生理变化之一就是体重减轻。完成各次航行任务后,宇航员的体重平均比航天前减少3%~4%。但是体重减轻的幅度并不与航天任务时间长短有密切关系。前苏联两次长达六个月的航行,四名宇航员中有三人出现体重增加,身体质量也随航行时间增加而有线性增长的趋势,航行140~160天左右体重稳定,比航行前增加2%~5%,但是,这些宇航员体重的增加归因于脂肪组织的增多,增加的脂肪组织比肌肉组织的减少还多。航行期短于六个月,体重一般减少6~7千克,这是由于体液丧失和负氮平衡的结果。

肌肉组织的变化

宇航员的体重减轻是伴随着肌肉组织及其功能变化而发生的,说明了肌肉的退化。这些肌肉变化已由血、尿及粪便样本的生化分析,自身免疫过程的评定,代谢平衡的研究,肌肉情况的评定,人体测量以及神经肌肉功能的研究所证明。

航天中所观察到的连续进行性钙的丧失和骨骼变化,是最出人意外的生物医学发现。长期航天对骨骼及矿盐代谢的变化被认为是对人体的最严重的危害。因此,引起人们极大的注意,进行了模拟和实际航行中各种研究,并收集了有关骨骼变化的大量资料。

早期研究骨骼矿盐变化是使用X光密度计测定法,证明了在相对短的航天期间宇航员丧失了大量的矿盐。曾参加双子星座4、5号,阿波罗7、8号航行的12名宇航员,航行后跟骨与航行前基线比较,矿盐丧失为3.2%。在这些早期的航天后,也观察到尺骨与桡骨均有大量矿盐丧失。

钙每天摄人量与它从尿和粪便的排出量,在航行的开始10天内,从航行前的钙从平衡逐渐减弱,使整个机体开始出现钙的丧失。开始时丧失率是缓慢的。航行到84天每天排出量增加到约300毫克,天空实验4号3名乘员,钙从体内总储量(约1250克)中丧失,平均达25克,根据航行第一个30天钙丧失的趋势计算出一年的钙丧失可能达到300克,占体内储量的25%。

职业宇航员的分类

自古以来,人类就有飞出地球、探知太空奥秘的愿望。1961年4月前苏联人加加林首先进入太空,成为人类第1名宇航员,1969年7月美国人首先登上月球,实现了人类登上地外星体的夙愿。到1988年底世界各国已有352人乘坐不同型号的载人航天器进入太空,进行了各种探索、试验和观察活动。

飞行专家:这一类就是人们所说的宇航员,包括机长、指令长、驾驶员等。他们是人类进入太空的先驱,在单人航天器上,他们是驾驶员,在多人航天器上有机长和指令长等的分工。由于开创航天活动,他们本身就是被试验者,检验人是否能在太空中生存,只有能生存,才有可能进一步开展其它项目的探索活动。飞行专家的任务,除驾驶载人航天器(在地面配合下)外,还要负责飞行安全,控制与维修航天器中的设备仪器。协助载荷专家与科学家工作。这一类人员是所有航天人员中要求条件最高的。

任务专家:由于载人航天活动的发展,人在太空不只是驾驶飞行器遨游,还要进一步开展探知太空的各项实验,如走出载人航天器做“太空行走”,操纵机械手进行机外操作,组装大型空间平台,登月后在月面上进行各种活动。总之是在载人航天器外探险或帮助科学家宇航员和载荷专家作一些操纵实验活动。对这一类人的要求条件与飞行专家大致相同。前苏联称他们为随船工程师。

科学家宇航员:是乘坐载人航天器进入太空进行科学研究工作的人员,如对天文的观测研究,对地球资源、地貌和其它目的的观察研究及科学实验活动等。对这些人的体质要求与操纵航天器的人员相比要降低一些。

载荷专家:这是一类携带仪器设备,乘坐载人航天器从事各种科学实验,生产某些产品或搜集实验数据的科技人员。仪器设备由他们本身维修和使用,与地面指挥控制中心直接联系进行专项实验研究活动。对这一类人的条件要求比科学家宇航员要低些。是非职业性宇航员。

非职业宇航员的分类

旅游者:以政治宣传或观赏旅游为目的,乘载人航天器进入太空的人。这一类人除他们本身仍然是个被试验对象之外,没有明确的科学实验和太空探险的任务。

军事任务专家:不言而喻;这是一类乘载人航天器进入太空执行军事任务的特殊宇航员。由于超级大国对外层空间的资源和势力范围的争夺,从人类进入太空的第一天开始,就一直贯穿着军事目的的活动,而且越演越烈,甚至提出了“星球大战”计划。从发展角度上看,有可能发展成一支新的兵种——天军,以太空为战场的战争也不是不可能的。

随着载人航天技术的不断发展,可望在太空中构筑“宇宙岛”或“空间城”之类大型人群聚居点,或在其它星体(首先是月球)建立永久性“居民点”,到那时非职业宇航员将要大量增加,甚至有可能把一个家庭或一个集体迁移到太空中生活,真正实现人类发展的飞跃。

但就目前人类征服太空的现阶段来看,无论是用科学与金钱培养与训练出来的佼佼者——职业宇航员,还是普通的地球人进入太空,他们本身仍然是个被试对象,都要闯过或克服几道难关,例如:火箭冲出大气层所带来的冲击力,太空的失重状态,太空中的真空带来的缺氧,太空中的流星体的撞击,宇宙射线或高能粒子的影响,以及太空中的深冷、灼热,返回地球的摩擦热,火箭发动机的噪声与震动,太空中的孤独与寂静都会形成对人的影响,如过不了这些关,就不可能进入太空。

宇航员的选拔

美国宇航局采用预防医学的原则和技术进行航天候选者的筛选,借以发现具有最大职业潜力的人。由于使用现代的诊断和评定程序,使这种方法可以从申请者中选出预料今后长时间健康状况非常好的预备宇航员。因为美国宇航局和国家在训练宇航员方面投资很大,这种选拔方法被认为能保证被选出的人在正常职业期间不会由于已查过的医学问题中途退出,而使投资受到损失。

宇航员选拔史

1957年11月,德怀特D.艾森豪威尔总统设立了总统科学咨询委员会。该委员会第一批建议之一,是美国要设置一个从事空间探索的进取性计划的非军事机构。白宫于1958年3月发出了一个文件,列出支持空间探索的主要理由是由于国防、国家威望等方面的考虑,迫切要求进行载人探索。但是探索的重点放在可以扩大人们的知识和对地球太阳系的了解,以及最终扩大对整个宇宙的新的科学观察和实验的机会上。

在美国国会经过长时间的商讨以后,在这一年的7月,国会通过了1958年的国家航空与航天条例。根据已在弗吉厄亚州基利现场设立的航天任务组的研究,确定了第一个载人航天计划(“水星计划”)的人员选拔,为国家最优先考虑的事情。为此,航天任务组成员们加紧工作,以确定选拔宇航员那样的最有效地行使职责的人。因为当时还没有关于在航天时会出现的生理变化的资料。所以这类人的大部分合格条件必须以操作高性能飞机的经验为基础。

航天任务组和生命科学专业委员会一起,根据他们认为宇航员可能有哪些职责制定了一个选拔程序,简单地说其职责有:1. 生存,即验证人能在航天条件下生活并安全返回。2. 执行任务,即验证人在航天环境下有效的工作能力。3. 作为自动控制和仪表的代替方案,补充自动控制的不足,提高航

天系统的可靠性。4. 作为科学观察者,即完成仪表和卫星性能不能做到的观察和报

道。5. 作为工程观察者,并且和真正的试飞驾驶员一样工作,以便进一

步改进飞行系统和部件。

航天任务组为了确定哪类人最有资格作为宇航员,考察了几种职业工作者,所考察的职业有飞机驾驶员、气球驾驶员、潜艇人员、深海潜水员、登山员、探险家、航空医生和科学家等。

1959年4月2日,美国宇航局宣布为“水星计划”选出了7名宇航员。根据洛夫莱斯诊所的报道,最后选出的7名宇航员是因为他们的精神、身体和心理应激的耐力特别好和特殊的科学专业。平均年龄为35.2岁。

以后,又选了8组宇航员,至1982年宇航员队总人数为127人,包括8名妇女。从1962到1969年选拔宇航员的医学评定在德克萨斯州、圣安东尼奥、布鲁克斯空军基地进行,采用了如下所示的草案。在1977和1980年,在得克萨斯州,休斯敦约翰逊航天中心进行了采用新的美国宇航局医学标准。的医学评定。1. 病史和各系统的回顾。2. 体格检查。3. 心电图检查,包括安静、过度通气、颈动脉按摩和闭气时的常规

心电图研究,双倍二阶梯运动耐受性测验,冷压测验和心电图。4. 跑台运动耐受测验。5. 向量心电图研究。6. 心音图研究。7. 倾斜台研究。8. 肺功能研究。9. X射线照片研究,包括胆囊X射线象,上胃肠道造影,腰骶脊

椎、胸椎、颈椎和头颅X射线照片。10. 身体成份研究(用氚稀释方法)。11. 实验室检查,包括整个血液学检查,尿分析,血清学测验,葡萄

糖耐受测验,酸碱性磷酸酶,血尿素氮,钠,钾、碳酸氢盐,氯,

钙,磷,镁,尿酸,胆红素。(直接的和间接的),麝香草酚浊

度,脑磷脂絮状沉淀,血清谷草转氨酶,血清谷丙转氨酶,总蛋

白(白蛋白和球蛋白),分别测定α1,和α2,β和γ球蛋白,耦合

碘的蛋白,肌酸酐,胆固醇,总脂和磷脂,羟基脯胺酸,以及红

细胞内钠和钾等的测定。大便检查潜血和显微镜下虫卵和寄生虫。

尿培养,34小时尿分析17-酮类固醇和17-羟类固醇。12. 详细检查鼻窦、喉和耳咽管。13. 前庭研究。14. 诊断性听力测验。15. 视野和特殊的眼检查。16. 普通外科评定。17. 直肠乙肠镜检查。18. 牙科检查。19. 神经学检查。20. 心理学摘要,包括韦希勒成人智力测验,本德视运动格式塔测验,

罗夏氏墨迹测验,主题统觉测验,绘人测验,戈登个人轮廓测验,

爱德华个人爱好程序,米勒米推测验和操作测验。21. 脑电图研究。22. 离心机试验。

人们有趣的是注意到;直到1969年所有的宇航员选拔都还没有一套专门“合格-不合格”的医学标准。而是应用一个评分系统,使每一选拔组的个人按健康和身体全面健全状况和同组中其他人相比较来竞争。因为这些检查由航空航天医学方面的专家进行,显然身体有不合乎高性能飞机试飞驾驶员职务的人,在该医学检查过程中得到高分的可能性会很低的,但是,因为所有候选者在担任高性能飞机驾驶员职业期间已重复地被筛选,所以几乎不可能发现这类医学缺陷。结果,不能确定合格还是不合格。

一般医学检查

选拔航天人员的一般身体条件是在医学检查中未发现有疾病,特别是与航天有关的疾病。考查的基本内容包括性别、年龄、身高、体重、生活方式及习惯、职业工作内容及工龄、嗜好和文化程度等等。

即往史:指你过去患过什么病。有些疾病虽然已经好了或不影响正常生活,但对进入太空来说也是有影响的。如,内分泌性脂肪代谢紊乱是长期航天的禁忌症;由于在航天时体液损失的结果,体重过低的人更容易降低工作能力;肾结石、胆囊疾病、甲状腺疾病、胃及十二指肠溃疡、癫痫性中枢神经症、糖尿病等患者都不能选为宇航员;有原因不明性血尿,血磷酸盐过多,草酸尿等症状的人,也不应被录取。

内、外科检查:除系统地进行全部常规检查外,重点是通过实验检查排除潜在性疾病。在功能负荷试验检查中,重。点发现高血压、冠心病患者以及自主性神经不稳定的人,例如将被检者的手放在冰水中作冷加压试验,借以评价其植物神经功能是否稳定;记录心电、心音、心冲击波和超声心电图等作分析评定;注意内分泌腺功能检查,其功能过高或过低都属单项不合格。外科检查重点放在脊柱退行性营养障碍性改变、骨质增生、脊柱形态改变及各种关节运动障碍。直肠检查中如有直肠息肉者不宜参加航天活动。

神经科检查:重点是脑电图检查、常规检查结果与视野测定、听力测定及温度试验。对检查情况作出综合判断。眼科检查:除常规视力检查外,重点为屈光视野、眼压、眼肌平衡、深部感觉、明暗适应能力检查等等。

耳鼻喉科检查:除一般常规检查外,重点为听闻测定、语言辨别、前庭功能、嗅觉功能等检查。

化验检查:在检查血、尿、便的正常基础上,重点是血容量检查,血钾、血钠、血磷酸盐、儿茶酚胺、糖负荷试验,草酸尿、尿素清除率、精子计数、脂类代谢等检查。

X线检查:做头颅、副鼻窦、全齿、脊柱、胸部、腹部等X线照片,以观察其是否正常。

其它必要的检查:妇女宇航员的选拔要检查妇科。技术试验性检查项目,包括特殊心电图检查、肺功能检查或用超声波检查等。

人体生理及心理选拔

当人进入太空后,受到狭小生活空间、高度沉静和孤独以及综合性太空特殊环境因素的刺激,同时要随时准备处理瞬间的意外情况变化等,这给人体生理和心理上造成较大的负荷。神经类型不稳定的人、应变能力不强的人、注意力和洞察力不强的人、生理耐力不强的人都不能被选人航天人员行列。故生理与心理选拔是宇航员选拔的重要标准。这项选拔一直贯穿到宇航员进入太空之前,包括被选上的预备宇航员,在各种环境条件下的训练中,也要继续进行心理与生理的考查。如在太空模拟舱中进行太空生活训练时,重点观察其完成航天任务的行为表现和反应特点,评价他们协同动作、独立完成任务与克服困难的心理与生理表现等等。人体生理与心理选拔主要有如下各项。

工作能力的检查与评价:这项选拔内容包括逻辑思维能力、心算能力、记忆力、注意力、空间定向能力和心理运动能力的测试与检查等。

个性(性格)特点的选拔:要进行个人情绪稳定性及应激能力的测试,看其在失败情况下的行为和自我控制能力;要进行个人个性趋向及机动力形成的测试,观察在团体中的行为表现,看其社交、个人热情、性情和思想交换特点、灵活性等。

实验心理学选拔:它包括视觉运动反应、对运动的客体反应、语言联想、姿势协调等实验检查,并进行墨迹试验和主题理解试验的检查,以评定其心理反应能力。

有针对性地进行精神与神经系统及其既往史的检查及询问。它包括了解被选人是否患过精神病、个性紊乱、飞行恐惧感、健忘的特点及其历史。是否服用过影响精神的药物,并对应选者进行有关妨碍飞行安全或完成飞行任务的其它精神上不利因素的检查与询问,此外,还可了解献身于航天事业的信念等等。

航天特殊因素耐力选拔

针对载人航天过程中所遇到的火箭冲击力(即加速度)、失重、低气压、振动、窄小活动空间和生活节律变化等特殊因素,进行试验性耐力检查,是选拔适合于航天的人员最必要的手段之一。选拔的目的有二,一是把对特殊因素敏感和耐力差的人淘汰掉,从中查明人体潜在性疾病的存在;二是判断人体的功能储备能力,选拔有特殊耐力的人。

这项选拔工作,需要模拟航天特殊环境,所以要有各种类型的特殊仪器和设备,如太空舱、人用离心机、震动台、旋转台、环境模拟舱和特殊功能检测仪器等。苏美两国由于开展载人航天事业较早,这方面的仪器设备较齐全、而且数量也大。我国在这方面也有相对齐全的设备仪器。航天特殊耐力选拔项目大致有如下各项。

特殊心电图检查:这里所说的特殊是指人在航天时可能遇到的特殊环境引起的心电变化。在加大人体负荷情况下检查心电图变化,来综合分析人的健康与耐力。因为在航天中主要靠心电图波来进行飞行医务监督(人体心血管系统功能紊乱、心脏兴奋与传导系统紊成都会引起心电图波的变化),因此在各种选拔中,心电图变化是一个很重要的指标。

肺功能检查:人在航天中处于人工大气环境,即载人航天器内人造的微小气候环境中,这就要求宇航员有比一般人员强的肺功能(呼吸功能)。所以在选拔时,除作常规检查外,还要用闭合气量法和最大呼吸气流透气的方法,对肺功能进行评定。

立位耐力检查:由于失重环境的影响,人体血液再分布,返回地面时又因重力恢复头部血液相对减少,对于立位耐力差的人会产生晕阙现象。在选拔中,将被检查者的体位倒立或倾斜,再复位,用仪器、直观方法、心电图波方法综合评定其立位耐力和心血管调节功能。有暂时晕厥或意识丧失的人不能选为宇航员。

最大体力负荷检查:一般用跑台和自行车功量计方法,使被检查者达到疲劳程度,观察心率、心电图和血压等心血管系统的变化和最大耗氧量。这种检查项目除能测定体力强弱外,还可查出人体某些潜在性疾病。

前庭功能检查:日常所见到的晕船和晕车的人,是人体前庭功能不好的人,人体的前庭器官位于内耳。可利用特制的设备(如秋千、转椅、转台)造成线性加速度或角速度、角加速度,对内耳前庭器官进行刺激,或用冷水或热水刺激外耳道,使人体发生一定症状,如头晕、恶心、呕吐或眼球震颤等,来综合评定前庭功能情况乙有时心电图波也会发生变化。人体前庭功能可以通过训练及锻炼来提高,所以这项选拔也弓直延续到上天之前。通过锻炼使前庭功能稳定的人,也可以进入太空。

低气压与缺氧耐力检查:这项检查是在低气压舱内进行,的。所谓低压舱,就是在地面按太空环境条件所建立的、模拟低气压到类真空环境的设备,它由舱体本身和抽气系统、监控系统、供氧系统和有关测式仪器设备所组成。检查时把被试者放在被抽成低压环境的舱体中,进行抗缺氧与抗低压耐力实验,并通过各种测试仪器进行检查和对被试者的行为进行观察。例如在地球海平面,气压为1个大气压(1大气压约等于1千帕),其中空气中的氧气占五分之一稍多点,如把低压舱抽成半个大气压时,相当于5000米高空,其中氧气也相对减少,人体就出现缺氧症状,长时间不供氧气就会晕厥,耐力强的人则坚持时间长,这就是抗缺氧耐力强。航天人员的条件必须是抗低压和抗缺氧耐力强的人,有潜在性晕撅和有晕厥素质的人,都通不过这项实验检查。

超重耐力检查:人体乘坐的载人航天器要用火箭发射,火箭推进带来的冲击力,即加速度对人体有一定影响,个体之间对这项环境因素的耐力也有差别。这项选拔在进入太空之前要不断进行,因为超重耐力可以通过训练得到提高。检查和训练在离心机上进行,离心机可以按需要造成类似火箭的加速度。离心机利用实验座舱围绕轴心旋转时产生的离心力来提供重力变化,以模拟火箭飞行时所产生的加速度。人体对这项环境因素的耐力与方向有关,从头部到足部称为纵向加速度力,人体的耐力较小;从胸到背部叫横向加速度力,人体能较大地承受。一般航天器的座椅姿式均采用承受横向加速度力的方向,选拔性检查也采用这种姿式。

失重耐力检查:真正的失重状态进入太空才能体验到,在地面模拟的失重状态只是暂时的低重力现象。这项检查一般在预备宇航员中进行。一般的方法是利用飞机作抛物线飞行,造成20~30秒钟的失重状态,检查人的定向能力、精细动作能力、心率和血液循环情况以及进食方式等等。特别是第1次进入太空的人,必须作这项检查和考验,实际上这也是一项宇航员的训练项目。但飞机抛物线飞行所造成的失重状态的前后都伴随着“超重”现象。故这项检查也称为“超重、失重交替耐力检查”,其检查结果要综合评定。

振动耐力检查:火箭起飞和载人航天器返回时都会遇到机械振动环境,因为振动可能诱发心血管系统功能紊乱及其它生理不良反应,个体之间对振动的耐力也有差别。振动耐力检查要在特制的振动台上进行。振动台是专门模拟各种振动的设备,除检查人体的振动耐力外,主要用于研究人体生理功能及对工作效率的影响,研究减振措施和个人防护装备。在选拔振动耐力时记录相应指标,对振动刺激敏感性过强的人不适合作宇航员。

沉静耐力检查:也称为“隔绝实验”检查,是针对太空环境的沉静和航天人员的孤独感而设计的项目,检查是在地面的太空环境模拟舱中进行的。把被检人送入与外部隔绝的模拟生活舱里,让他过着类似进入太空时的生活,吃航天食品,在舱里划、便,用这种方法测定候选人适应异常环境和对渺L界刺激的适应能力。这项试验,对初进太空的人一定要进行,这也是一项宇航员的训练项目。苏美两国在未进入太空之前,对这项耐力试验非常重视,把它列为重要的指标之一。随着载人航天的实现,天上地下通讯联络系统增强和宇航员生活不断多样化,这项指标的意义也随之下降。

各国航天人员选拔概况

前苏联用生物探空火箭作过30多次高空飞行(110~540千米)枷次用载有高等动物,的生物卫星研究人在太空生存的可能性,但毕竟还是缺乏人在太空飞行的实际经验。因此前苏联对第1批宇航员的选拔是非常严格的,他们在以往研究资料的基础上,制定了航天人员的选拔标准和选拔方式。随着人类第1名宇航员前苏联的加加林进入太空,载人航天技术的不断提高,以及太空探索项目的增多,对宇航员的选拔条件也有所变化,妇女和科学家、工程师也被一入选拔对象。到1988年底前苏联已进行了15批选拔,共选出预备性航天人员近300人,经训练合格已乘航天器进入太空者有142人次(共79人)。在已经进入过太空的航天人员中还包括其它国家选出的宇航员。13名,按前后次序,捷克、波兰、德意志民主共和国、保加利亚、匈牙利、越南、古巴;蒙古人民共和国、罗马尼亚、法国、叙利亚、印度、阿富汗等国各1人。在接受训练的预备宇航员中也有外国选送来的。

美国是随着前苏联人进入太空之后第2个进入太空的国家,从50年代末开始进行宇航员选拔。虽然这个国家的航天生物学和航天医学的研究也是在50年代大规模开展起来的,但当时受前苏联载人航天技术领先的压力,在第一批宇航员选拔时,显得忙乱和紧张。

美国为了与前苏联争夺太空优势,在1958年10月成立了美国国家航空航天局,简称“NASA”。这个组织统管无人和载人的航天活动。航天人员的选拔和训练也由这个组织负责。从1959年到1985年共进行了11批次的选拔活动,共选出157名宇航员。到1988年为止乘各种型号载人航天器进入过天空者(包括非职业性宇航员)共213人次,其中包括前西德3人,法国、加拿大、荷兰、墨西哥和沙特阿拉伯各1人。美国对宇航员的身体素质要求逐渐形成一些标准,称为NASA学标准Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ。

从第4批次开始,除从空军人员选拔之外,增加了对科学家宇航员的选拔工作。按进入太空的目的任务不同,其选拔标准也不一样。身体素质均按这个表所规定的条件执行。

中国是火箭技术发明国,古老的中华民族早就有“奔月”的理想。中国人进入太空终将实现。新中国建立之后,科学事业突飞猛进,我国航天技术倍受党和国家的重视。在不载人的航天技术成就方面已进入世界前列,载人航天技术和航天医学工程研究已不是空白,早在50年代末期随火箭技术研究的进展,航天生物学和航天医学也随之开展起来。这时也正是苏美两国载人航天技术进入高峰的时期。我国在60年代中期先后发射高空生物火箭成功,更促进了载人航天技术的发展,大中小型航天地面模拟设备相继研制成功。为进行载人航天技术的预先研究,在70年代初我国进行了首批宇航员的试选工作;我国首批宇航员试选对象是空军飞行员或飞行学员,选拔标准也与苏美两国选拔首批宇航员相同。选拔程序是,先从适合条件的人员档案中查找男性合格者,根据年龄、体重、身高和一般健康状况挑选出被检对象,然后进行飞行技术、心理生理及一般医学标准检测和选拔。复选项目与国际上选拔宇航员使用的方法和程序相同,如进行身体各系统的全面检查,进行部分试验性选拔和特殊环境因素的耐力检查。最后在一定的环境模拟设备上进行某些特殊耐力的试验检查。

我国除进行宇航员的实际试选之外,对载荷专家的选拔标准和条件也有所研究。我国载荷专家的选拔有两种意义:一是为我国自己研制的载人航天器准备上天做科学实验的合格人选;另一方面也不排除乘国际上他国载人航天器进入太空的可能性。

法国在开展载人航天技术方面颇为积极,它是欧洲航天局(以英文字头拼起来简称ESA)主要成员国。法国开展载人航天技术的政策是多边型开放原则,与前苏联、美国、日本等国都有合作协定。除此,它还自主地进行本国的载人航天器的研制工作。

1977年欧洲航天局就开始着手与美国合作研制“空间实验室”,航天人员的选拔也随之开始了。首次选拔对象与苏美法中等国不同,主要是载荷专家的选拔。原订为第一个空间实验选出6名预备宇航员,由各成员国初选送到欧洲航天局(总部在前西德),结果报名申请愿当宇航员者达2000多人,前西德有700人报名应选。由于初选标准采用美国国家航空航天局医学n级标准,其淘汰宰相当高。这次选拔程序和方法基本略同于其它国家的选拔。首先是由欧洲航天局成员国在本国发出招收通知,并进行筛选,初选合格者再由欧洲航天局组织进一步体检和特殊试验检查,最后由美国国家航空航天局与欧洲航天局共同评定。这次选拔共选出4名合格者接受航天训练。

以前西德为例,在7印名申请者中初步用一般标准选出103名。被淘汰的原因主要是医学常规检查有不合格,科学技术水平及学历不合格,个人既往史中有不合格的因素。在103名受心理生理测验抽查中只通过30名合格者,其淘汰原因是个人个性中的机动性和灵活性不合格,数学与逻辑推理测试检查不合格,在空间定向、注意力和心理运动功能等方面测试不合格。之后对这30名做医学实验及特殊因素耐力检查,如运动耐力、立体耐力、超重(冲击加速度)耐力、前庭功能等,只有8名通过。

其它成员国共初选出53名合格者进入心理生理学选拔阶段。其结果有12名通过。再经医学经验及特殊环境因素耐力等试验检查,仅有4名被选上。

到1986年初,美国挑战者号航天飞机出事故之前,已有3名欧洲航天局选出的航天载荷专家随“空间实验室”进入太空做科学实验。其中有2名前西德人和1名荷兰物理学家。

日本航天技术的发展研究属于世界前几名,它的无人卫星第一次发射成功是1g71年2月,比我国还早2个月。在载人航天技术方面的研究也逐渐开展起来,日本载人航天技术开展的特点是尽量与美国、欧洲合作,自己本国也进行载人航天器的研制。特别是美国航天飞机发射成功之后,日本也在极力发展自己的航天飞机,这种小型航天飞机可望90年代后发射。当前载人飞行主要是搭乘美国航天飞机进入太空。

前苏联宇航员的选拔方法和特点

前苏联第1批宇航员的选拔是在1957年进行的,当时的选拔原则及要求有4条:①优秀的歼击机驾驶员,熟悉飞行技术和理论,对于进一步学习复杂的飞行技术具有良好的基础;②身体健康、能适应航天条件以及在各种意想不到的应急情况下,能表现出情绪稳定和有机智处理问题的能力;③具有高度的学习能力,能迅速掌握飞行技术和更深奥的飞行理论和航天有关知识;④年龄要轻,例如第1批被选上的加加林当时只有9岁,进入太空时也只有27岁,季托夫当时只有34岁,进入太空时是26岁。

前苏联第1批宇航员的选拔方法和程序是:首先在前苏联空军中确定(或者说是志愿者)3000名飞行员为候选对象,分3个方面进行选拔,即技术和个人特性选拔,健康状况选拔和对航天特殊环境因素应急耐力选拔。前2项由医学专家和心理学家作一般医学及心理素质检查,要连续几天住院进行。航天耐力在特殊设备,如低压舱;爆炸减压舱、人用离心机上实验检查。进行了如下项目的试验:①为了模拟上升到5000米高空的情况,把低压舱用抽气泵抽成405毫米汞柱(53,995千帕)的气压,观察与测试被选对象的缺氧耐力;②在低压舱内模拟上升到12000米高空,即相当于150毫米汞柱(19.998千帕)的气压情况下,检查被选人有否发生减压症,即试验人体减压耐力情况;③用突然压力变化法,试验被选者耳咽管压力平衡功能;④对在水平台上站立很久的候选者测验其定向能力和血管紧张度;⑤让被检者在短时间内从噪音中选出有用的信号和在高速运动中完成给定的一连串任务,以测试其记忆能力和完成任务的能力;⑥用转椅和离心机试验被选者的平衡、幻觉、定向性和情绪稳定能力,以及抗线性加速度和角加速度的能力;⑦把个人或集体放在密闭舱中进行与世隔绝试验,观察各组成员之间的行为及抗沉静、孤独的耐力等等。

上述一系列检查和试验性选拔的淘汰率很高,约有50%的人没能通过前2项,通过航天耐力者更少。最后在3000名候选人中只选出20名作为宇航员培训对象。其中只有6人成为前苏联第1批宇航员的预备队员,其选拔合格率只有千分之二。

从1959年开始前苏联进行第2批航天人员的选拔活动,并在1960年和1963年定选。这次选拔条件有所放宽,首先是选拔对象不单纯是空军飞行员,而扩大到航空俱乐部的成员、试飞员;学员和专业大专院校的毕业生以及妇女界。年龄也不只限制在30岁以下,已放宽到40岁或40岁以上。其选拔标准除在身体素质上仍然要求严格外,在飞行技术上也有些放宽,但在专业技术上要求较高,特别是随船工程师和科学家宇航员的选拔,对业务技术标准要求更高,这批宇航员酌选拔时间和定选日期拉得较长,报名应选拔者也较多,据不完全统计超过3000人。最后定选为21名,其中有3名妇女。世界上第1位女宇航员瓦莲金娜·捷列什科娃就是这批定选的女宇航员之一。这21名定选的宇航员中有6名为科学家或工程师,占定选人数的35%之多。而这个比例在以后的选拔和定选中仍在增大。

美国宇航员的选拔方法与特点

美国宇航员的选拔工作,主要特点是根据载人航天器的型号进行的,美国国家航空航天局(NASA)成立不久,在1蝴年11月就正式定下要发射载人卫星水星号飞船,这个计划的执行,重要环节是要选拔适合的宇航员。前苏联载人航天技术的领先,对美国的宇航员选拔工作有较大的压力,因此在选拔条件及标准上不如前苏联那样严格,在时间上也显得仓促。

选拔工作从1959年1月开始,4月份结束,前后只用了3个月时间,首先由选拔委员会的成员审查所有美国现役试飞员和飞行员的档案,在有关军事当局的协作下,用数星期的时间选出来508人作为进一步考虑的对象。又经NASA按条件筛选出110人作为正式选拔检查对象。这一阶段实质是政治性和一般社会因素等的选拔。然后把这些人分成两组,分别去华盛顿听取有关“水星”型号飞船发展与发射计划报告会,包括风险性及困难条件的情况,以此考核候选对象的意向性和志愿。征求这些人是否愿意参加水星计划,实际上也是心理意志选拔的一个部分,结果有53人表示愿意加入“水星”计划。然后对这53名自愿者进一步进行心理学及神经科的一般检查及询问。先是口试,把进行中的“水星”计划较详细情况向被试者介绍,并鼓励被试者对他所关心的问题提出见解,从中看这些人的心理动机和技术知识情况。然后再由神经病学专家主持神经与精神病学鉴定,由双人分别记录,进行比较和评定,向选拔委员会报告。还要进行一组笔试,其中包括类推测验和数学推理测验。通过这些项目的检查和筛选,最后选出盟名飞行员再作进尸步的各项选拔及试验检查。

下一阶段选拔工作是把这32名定选对象送进医院,集中起来进行医学及特殊因素耐力试验检查,这32人分成6人一组,剩下2人另成一组,分别进行。

一般医学及身体检查首先是询问既往史,包括被选者本人的疾病史、家庭成员的病史;询问被选者的生长、发育和受教育有关情况;详细询问飞行史,包括驾驶过什么型号的飞机,飞行时间及平时和战时经验,跳伞或事故的次数,使用弹射座椅、爆炸减压、高空作业训练以及穿着代偿服或密闭服的飞行经验等等。

一般体格检查包括眼科、耳鼻喉科、内科(心肺及消化等)、神经科和外科项目。本书前章所列举的项目都进行了检查,值得提及的是在眼科检查时还照了眼结膜和网膜血管的彩色图片以检查眼血管的变化情况;在内科方面重点突出了心脏科的检查,除心电图外还作了投影心波图和倾斜台试验检查,以获得压力反射机制的稳定性和:自主神经系统血管运动的效率;神经科除一般检查和做脑电图外,还作了反射和协调试验,以决定期、脑功能是否正常,还测定了右侧肘至腕部的尺神经传导速度。外科检查时使用了直肠乙状镜,是按一般常规方式进行。血液检查比较全面。在肺功能检查时用的是体力负荷试验方法,叫被检者在自行车功率计(就是在室内骑的类似自行车的测力装置)上逐渐加负荷(所谓加负荷就是叫被试者快蹬车),在心电图的监视下观察最大用力时是否有潜在的异常现象,试验一直到心跳每分钟180次或出现过度疲劳为止。在测试中每分钟测定一次心率、血压、呼吸容量、呼吸换气量、和最高体力负荷时达到的氧耗量等指标,根据每个人的年龄、身高和体重的标准值进行综合评价。最后测定身体密度,其方法是叫被检者作最大的吸气后呼出定量的空气,然后裸体进入水中称量体重。

通过上述一系列检查后,对每一个候选者的身体、精神和社会情况作出最后鉴定。然后做以航天特殊环境因素的耐力为主的最后选拔。这项检查是在美国莱特空军基地航空航天医学研究所进行的,名称为“应激试验”检查。项目包括如下三方面内容:一是精神病鉴定、心理测验、人体测量;二是测定对于热流、加速度、低气压;加压服、隔绝和幽禁等的应激耐力;三是最后作能否当选预备性宇航员的评定。

美国首批宇航员(也可以叫水星号飞船的宇航员)选拔的最后项目,即应激耐力试验,有下列各项:

阶梯试验:要求被检者每两秒钟踏上和跳下50.8厘米高台阶1次,连续进行5分钟,以测定其健康状况。

最大工作负荷的跑台试验:让候选者在一个恒定速度的运动台上跑步,这个台子每隔1分钟升高1度。试验一直进行到心跳每分钟达180次时为止,以测定其健康状态。

寒冷试验检查:把候选者的脚浸泡在一盆冰水之中,在试验前和试验中测定脉率情况和血压,以评定其血管系统变化情况。

应激能力及情绪稳定性试验检查:在设计特定的“复杂行为模拟器”上进行,这种模拟器有一个12种信息信号的仪表板,在试验中仪表板的信息出现时,要被选者对每一种信号都作出不同的反应,这样测定其在紊乱的情况下能否作出正确反应和处理的应激能力。

倾斜台试验:使候选者躺在一个倾斜度极陡的台子上25分钟,测定其长时间取不正常体位时心脏的代偿能力。

代偿服试验:在低压舱内进行,把舱抽成相当于20000米高空的气压,被试者穿上代偿服在舱内呆1小时,测定低压下心脏和呼吸系统功能,也叫低压耐力试验。

火箭冲击力耐力试验检查:把候选者放在人用离心机内,其中座椅倾斜成各种不同的角度,以测定超重耐力。

高温试验检查:被检查者在温度55℃的高温舱内停留两个小时,以测定其心脏和身体对高温环境的应激耐力水平。

平衡和震动试验检查:这是在转动的椅子上加震动的实验装置进行的检查。被检者坐在同时沿着两个轴旋转的座椅上,用蒙上眼睛和不蒙眼2种方式进行试验,转动时伴有震动或没有震动。要求被检者推动操纵杆以维持座椅平衡,以测定其抗角加速度及震动的耐力及平衡能力。

噪音试验:这项检查是在噪声室内进行的,把候选者送人模拟各种不同频率的噪声室中,测定其对噪声的敏感性及抗噪音耐力。

隔绝试验:把被检者送人一个特制的黑暗隔音室里,停留3小时,测定对异常环境和沉静环境的适应能力及抗孤独耐力。

再次进行心理方面测试与检查:测试目的有二,一是测定个性和动机倾向,二是测试智力与特殊能力倾向。方法是由测试者设计不同的图表和问题,任被选者解答和评论,看其个人爱好及动机情况。例如看图作业,或让被检者根据已作好的566个倾向性问题,作自我记录,根据已作好的225对自我叙述的话题,作出个人爱好预测等等,以测定其个人个性及动机倾向。又例如利用类比方法测试其个人智力能力等等。

通过上述各项特殊检查和医学检查,最后从这32名候选者当中定出7名合格者。1959年4月2日由美国国家航空航天局(NASA)宜布为美水星号飞船正式宇航员,当选者中有海军3名、空军3名、海军陆战队1名。这7名当选者有美国第1次乘水星飞船飞行者谢泼德和美国第1个进入太空者格伦。

美国水星号飞船发射之后,第2个载人航天器型号,即双于星座飞船宇航员的选拔,于1962年4月开始。选拔标准及条件与首批选拔基本相同,只是在身高上稍放宽(水星号是不超过1.8米,而双于星座要求不超过1.83米),年龄要求在35岁以下,这是考虑到长期飞行任务。对象仍是空勤人员,最后选出的9名宇航员中有2名民航飞行员,其它是空军。美国第3批选拔是在1963年进行的,共选出14名宇航员。也是从飞行员中选出的,其中有2名民航飞行员。从第4批选拔开始,考虑到美国第3个载人航天器型号,即阿波罗号飞船将有科学探险任务,所以选拔对象扩大以科学家、医学博士和工程师。除飞行技术不作主要选拔条件外,其它条件基本同前3批,在学术水平上要求至少是自然科学、医学或工程学博士学位,并且富于创造性,仍在从事科学研究工作。由15(10名报名者中最后选拔出6个,除1名军人外,有1名医生、1名地质学家、3名物理学家。美国在1966年又从空军中选出19名宇航员,为第5批选拔。在1967年8月又进行第6批选拔,这是第2次选拔科学家宇航员,这次从500名志愿者中选出11名,全是非军人。第7批选拔是从空军中选出7名。

美国从1978年开始,进行第8批航天人员的选拔,从这次开始到第11次选拔,在身体素质要求上完全按着美国航空航天局所制定的医学标准Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级执行。除在空勤飞行员中选拔部分宇航员以补充不断淘汰的美国在职宇航员(包括飞行专家)外,重点是从非军人科学家中选拔,并扩大到妇女、美国少数民族和国际宇航员。第8批共选出35名航天人员,其中有任务专家20名,航天驾驶员15名。在35名中有妇女6名,黑人3名,东方人1名。这次申请人数超过8000人,是历次选拔中报名人数最多的一次。第9批选拔是1980年7月间进行的,在近3000名报名者当中选出19名宇航员,其中有2名妇女。第10批选拔是在1984年7月进行的,在近5000名报名者中选出17名宇航员,其中有3名妇女。第11批选拔是在1965年7月进行的,共选出13名宇航员,其中航天驾驶员6名,飞行任务专家7名(包括2名妇女)。这次选拔之后,据美国航空航天局官员说,以后将不在特定时间里发出招收宇航员的通报,而是由志愿成为航天人员者自己随时提出申请,NASA则每年选拔一次,选拔人数取决于当时的航天计划和在职宇航员的辞职与退伍情况。因1986年1月美挑战者号航天飞机的机毁人亡事故,航天计划向后推迟,选拔宇航员的活动也相对停止。美国针对他研制与发展的另一种载人航天器——航天飞机,进行了不同乘员的选拔。从已经进入太空的实际情况看,一架航天飞机最多乘员为8名,其中有指令长1名、驾驶员1名、任务专家3名、载荷专家3名。载荷专家是非职业性宇航员,只是随航天飞机进人太空的乘员之一;对载荷专家的选拔另有一套政策和程序。美国航空航天局载荷专家服务处,专门负责办理乘美国载人航天器进入太空的一切事务,其选拔的组织工作由其下属约翰逊航天中心负责。无论是美国人还是其它国家的专家乘航天飞机进入太空,都要经过这个组织选拔。被选人的载荷专家作为“机组成员”列入航天飞机的飞行计划。载荷专家的实验项目纳入航天飞机的实验计划。

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