出品：科普中國

　　製作：冰結向日葵

　　監製：中國科學院計算機網絡信息中心

　　自2016年“神舟十一號”進入太空，航天員景海鵬、陳冬雙人乘組完成了在軌一個(ge) 月的太空生存之後，時隔5年，酒泉衛星發射中心921工位久違地迎來了新的載人航天飛船——“神舟十二號”。此次任務將要完成多項實驗，每一項都與(yu) 未來空間站的建設有關(guan) 。

　　（圖片來源：人民網）

　　一個(ge) 空間站的運行時間越長，能夠完成的科學任務也就越多，我們(men) 對於(yu) 太空的認識也就能更全麵，而空間站的運行也勢必需要實現航天員的在軌駐留。顯而易見，如果航天員在軌駐留的時間越長，那麽(me) 飛船發射的頻率也就越低，空間站運營成本也越低。但要實現航天員的長期在軌駐留，就需要從(cong) 許多方麵實現突破。此次“神舟十二號”任務將著重驗證一些關(guan) 鍵技術，在一些方麵取得較大突破。

　　從(cong) 6天到90天，我們(men) 有能力為(wei) 航天員中長期駐留太空提供生命保障

　　人為(wei) 了維持生存，需要能量。為(wei) 了產(chan) 生能量，則需要攝入氧氣、水、食物，同時通過新陳代謝作用排出廢物。盡管個(ge) 體(ti) 間會(hui) 存在性別、體(ti) 重、勞動強度等差異，但平均而言，一個(ge) 人每天需要攝入約840克氧氣，3.5升水（飲用1.5升，食品攝入2升）以及640克食物（幹重）；同時會(hui) 釋放約1000克二氧化碳，1.6升尿液，120克糞便（幹重），通過呼吸排出1.8升水。而且需要注意的是，以上數據還不包括食品包裝、食物殘餘(yu) 、氣瓶以及衛生用水等等必須的物資。

　　如此計算下來，一次載人飛行任務，所需要的物資總量既與(yu) 航天員數量成正相關(guan) ，又與(yu) 飛行時長成正相關(guan) 。因此，我們(men) 在描述一套生保係統的支持水平時，就可以使用【人·日】的單位，將乘員數與(yu) 任務時長聯係起來。

　　那麽(me) ，對於(yu) 神舟飛船而言，按照已有的飛行記錄推斷，其生保係統的支持水平大約是12人·日，即2人乘組6天在軌飛行（神舟六號）或3人乘組4天在軌飛行（神舟七號）；在“天宮一號”空間實驗室發射之後，極大擴容的活動空間讓生保係統支持水平升級至45人·日，即3人15天的在軌生命保障需求（神舟九號、神舟十號）；經過升級之後的“天宮二號”進一步擴充至60人·日，即2人在軌駐留30天（神舟十一號）。

　　但未來我們(men) 要前往更遠的地方，在太空待的時間就會(hui) 更長，短期的在軌駐留顯然不能滿足我們(men) 。要想研究清楚空間環境對航天員的長期影響，就要實現航天員的長期在軌駐留；而要實現航天員的長期在軌駐留，首先要讓生命保障係統能夠支持更多乘員更長時間的在軌生存，這就需要更多的物資，更大的空間，以及更大的發射質量。

　　而在軌運行一個(ge) 多月的“天和”核心艙的發射質量為(wei) 20餘(yu) 噸，已經超過了“神舟-天宮”組合體(ti) 的質量。在此次任務中，“天和”核心艙與(yu) “天舟”貨運飛船組合體(ti) 的生保係統的支持水平實現了數倍的增長，達到了至少270人·日，即3人乘組90天（三個(ge) 月）的太空生存，可以說，我們(men) 已然從(cong) 過往任務的“短期駐留”開始向“中長期駐留”的高地大踏步邁進了。

　　2021年5月29日，天舟二號成功發射（圖片來源見水印）

　　從(cong) 十幾分鍾到數小時，航天員在太空中邁出自信步伐

　　如果想在太空中工作更長時間，除了滿足基本的生存生活之外，還需要麵臨(lin) 一些可能的突發狀況，例如設備故障。盡管航天級的產(chan) 品質量相對優(you) 良，但時間長了仍然容易損壞。此次航天員將在軌駐留三個(ge) 月，這是過去任務從(cong) 未達到的時長，將可能會(hui) 遇到以往的任務所不曾出現的狀況。比如說，如果艙內(nei) 的設備出現故障，可以依靠備品備件以及工具進行修理，未來也將會(hui) 有包括3D打印在內(nei) 的新技術應用於(yu) 空間站，進一步提升維修效率。但對於(yu) 艙外的設備而言，如果損壞，就必須在艙外更換，因此就需要航天員出艙進行維修。

　　在2020年5月發射的新一代載人飛船試驗船上，就曾開展3D打印實驗（圖片來源見水印）

　　截至目前，我們(men) 僅(jin) 實現了一次太空行走，是由航天員翟誌剛在“神舟七號”任務中實現的，時長僅(jin) 十幾分鍾。

　　翟誌剛出艙進行太空行走（圖片來源見水印）

　　翟誌剛出艙進行太空行走（圖片來源見水印）

　　盡管航天員在地麵的水池中對太空行走這一項目演練了很多次，但這與(yu) 真正的空間環境仍存在差異。

　　事實上，第一次太空行走也確實出現了一些意外。例如，氣閘艙蓋無法正常打開、陽光照射艙內(nei) 傳(chuan) 感器導致虛警等。由此來看，我們(men) 對於(yu) 太空行走的經驗仍然是有所欠缺的。因此，筆者認為(wei) ，此次“神舟十二號”的太空行走仍然是實驗性的。令人振奮的是，航天員將在未來的三個(ge) 月中開展兩(liang) 次太空行走，逐步延長太空行走時間，最終達到數個(ge) 小時。

　　不僅(jin) 如此，“天和”核心艙外圍的機械臂將助航天員一臂之力，讓航天員實現人機協同，能在較短的時間內(nei) 實現較遠距離的移動，到達空間站的任何一個(ge) 角落。無論是取回放置在艙外的科學實驗儀(yi) 器，還是對“天和”核心艙實現全方位的肉眼檢查，機械臂的加入都將令這些操作變得十分輕鬆且方便。

　　2021年與(yu) 2008年已然不同，更先進的設施、更完備的計劃、更充分的準備將幫助航天員在太空邁出更加自信的步伐。

　　航天員長期在軌的身心健康問題仍需研究

　　航天員雖然是萬(wan) 裏挑一的頂尖人才，而且接受了相當漫長且嚴(yan) 苛的訓練，體(ti) 質超出常人，但這並不意味著他們(men) 在太空中也能保持這樣的健康狀況。空間環境對於(yu) 人的短期影響可能並不顯著，但長期影響可能會(hui) 是巨大的：

　　失重效應——人站立在地麵上，體(ti) 液會(hui) 受到重力的作用自然流向下肢，人體(ti) 的血壓呈現“上低下高”的情形，且下肢作為(wei) 主要承力結構，其骨密度也比較大。但在失重狀態下，體(ti) 液會(hui) 較為(wei) 均勻地分布在人體(ti) 各處，那麽(me) 上半身的血壓會(hui) 因此升高，大腦得到反饋體(ti) 液過多；而要想釋放掉多餘(yu) 的體(ti) 液，就主要依靠排尿，導致大量水分丟(diu) 失；同時這也意味著下半身的血壓將進一步降低，下肢中的營養(yang) 物質輸入減少，輸出增加，長此以往將導致下肢肌肉萎縮。此外，在微重力的環境下，人體(ti) 不再需要保持較高的骨密度，鈣質也將持續流失，會(hui) 導致骨質疏鬆。

　　輻射效應——盡管“天和”核心艙的軌道高度在400 km以下，低於(yu) “範-艾倫(lun) 輻射帶”的高度，而且航天器的金屬外殼也對輻射具有一定的防護作用，但來自太陽和銀河的宇宙射線仍然有一部分會(hui) 穿過艙壁，形成低劑量的電離輻射。有些外國航天員報告自己在睡覺時，會(hui) 突然被眼前的閃光驚醒，這就是由於(yu) 太空粒子穿過眼瞼，在晶狀體(ti) 內(nei) 與(yu) 其中的液體(ti) 相作用，被視網膜捕捉所導致。盡管電離輻射劑量較低，但如果長期在這樣的環境下生存，患癌概率也可能因此上升。

　　心理健康——“天和”核心艙的容積與(yu) 過往的載人航天器相比實現了質的飛躍，達到了50立方米，但如果按照現代樓房每層3米的高度換算，核心艙內(nei) 麵積就僅(jin) 有約17平方米。3名航天員將在這狹小逼仄的空間內(nei) 生活3個(ge) 月，這就會(hui) 為(wei) 他們(men) 施加無形的壓力。不僅(jin) 如此，24小時的日出日落周期塑造了人類近24小時的晝夜節律，而在近地軌道上，航天器每90分鍾環繞地球一周，這就意味著一天24小時之內(nei) ，“天和”核心艙會(hui) 迎來16次日出日落。盡管在太空中，航天員將按照北京時間進行作息調整，但艙外的晝夜變化仍然會(hui) 影響航天員的節律。而且艙內(nei) 可能的突發狀況也會(hui) 突然中斷航天員的休息，讓他們(men) 以最快的速度投入到應急工作中去。如何在這樣的長時間壓力下保障航天員的身心健康，同樣值得我們(men) 在未來好好研究。

　　時代楷模——中國航天員英雄群體(ti) （圖片來源：我們(men) 的太空）

　　明天，我們(men) 的航天員將抵達我們(men) 自己的空間站，在未來的三個(ge) 月裏，中國人在太空的生存時長紀錄將得到突破；在未來的兩(liang) 年內(nei) ，我們(men) 的空間站運行體(ti) 係將實現從(cong) 無到有的建立；在未來的幾十年中，我們(men) 的載人航天事業(ye) 將以這一天為(wei) 起點，邁向成熟，我們(men) 的航天員也將以這一天為(wei) 起點，走向更加浩渺的深空。

　　鮮花簇擁英雄再啟太空征程，火箭托舉(ju) 飛船續寫(xie) 飛天夢想。相約九月金秋時節，我們(men) 期待你們(men) 的歸來。

歡迎掃碼入群！

深圳科普將定期推出

公益、免費、優(you) 惠的活動和科普好物！