2017年8月5日 星期六

航天飛行中的7個不可思議

  習慣於一個G(重力加速度)重力的人類,一旦進入太空,就會遇到各種各樣不可思議的事情。
   從航天飛機出來的航天員為什麼會和航天飛機一起飛?
   航天飛機在太空中飛行和航空飛機在大氣層的飛行,是依據於完全不同的原理。
   航空飛機在大氣層內,機翼上方的氣流速大於機翼下方的氣流速,因此機翼上方的壓力小於下方,從而產生向上的揚力,這樣航空飛機就飛了起來。
   航天飛機則是依靠所獲得的7.91公里/秒的速度飛行的。這正如投球時球速越快,球的落地也就越遠,速度一超過7.91公里/秒,就能環繞地球運行。
   另一方面,能為航空飛機產生揚力的大氣,也會對行進中的航空飛機產生阻力,因此航空飛機必須用螺旋漿和引擎持續地給出推力。而航天飛機則是在平均高度為230公里的地球軌道上飛行,那裡的大氣密度只有地上的100億分之一。因此,如果給予7.91公里/秒的最終速度,由於不存在空氣阻力,那麼僅僅憑借慣性,就可以保持住這個速度。
   當飛行員離開航空飛機時,起始一瞬間飛行員具有飛機相同的速度,但立刻遇到空氣的阻力而減速。與此相反,當宇航員離開航天飛機時,由於沒有空氣的阻力,因此可以依靠慣性保持航天飛機的原有速度,而不會與航天飛機拉開距離。
   穿著航天服時身體是否會發癢?
   航天員弗朗克·波曼說:「穿著航天服時感覺發癢的情況當然是有的,這時可從上往下按按,並輕輕敲敲,即可解除瘙癢。但是這種情況極為罕見,尤其是在緊張的作業中,身體發癢的情況是不存在的。」
   這是因為研製航天服時,已在如何避免招致發癢感等生理上的不適方面下了功夫。
   首先,直接接觸肌膚的貼身內衣是用刺激皮膚很少的天然木棉製作的,其上著用液體冷卻式通氣服,其冷卻用水和呼吸用的空氣是由背包式生命維持系統和置於胸前的控制裝置控制的。
   航天服的連續使用時間是8小時,根據計算,在這段時間排尿400毫升,因此使用可以采尿950毫升的尿布。如果想飲水,可以通過從頭盔中伸出的管子,飲用內藏於航天服之中的飲料水包中的水。
   在失重狀態下這些動物會顯示出哪些反應?
   到目前為止,美國航天飛機搭載過的生物有2只松鼠、24隻老鼠、16只蜜蜂、36只蚊子和3300個蜜蜂群。其中蚊子和蜜蜂在失重狀態下也可以和在地面上一樣,活躍地飛翔。
   而松鼠和老鼠卻為染上SAS病(宇宙不適應症候群)而痛苦。太空飛行第3天,兩歲的松鼠就不能進一切食物,下洩,而且在鐵籠內抽縮成虛脫狀態。在老鼠中,動作緩慢的有7只,看來也得了SAS病。
   在航天飛機以前的實驗中,蜘蛛也可以正常結網,顯然昆蟲可以很好地適應失重狀態。
   太空中上下以什麼為標準?
   在地球上向著地球中心的引力發生作用,人類可以根據這點來認識上下,進而憑借視覺,可以判斷更大範圍內的上下關係。
   但是一旦成為失重狀態,就不能認識基於重量感的上下關係了。因此,不得不僅僅憑借視覺情報來判斷上下。
   航天飛機由於實驗、觀測、作業等不同目的,要採取各種不同的飛行姿態,但是不論採取什麼姿態,總是決定以地板方向為「下」。因此,在拍攝和觀測地球時,地面上的「上」方向就成為航天飛機上的「下」方向。即使如此,幾乎所有的航天員都證言「沒有什麼失調之感」。
   在失重狀態下物體沒有重量,為何一碰撞就會損壞?
   在地面上如果把蘋果放在台秤上,那麼秤的指針就會指示出蘋果的重量。但是,如果使載著蘋果的台秤自由下落,那麼指針就指示為零。
   這就是說,物體在引力作用下,作自由落體運動時,從外表上看是沒有重量的,這就叫失重狀態。我們知道,在地球軌道上運行的物體,也可以說是「在持續地作自由落體運動」,因此這些物體都是沒有重量的。
   如果在地球軌道上推地面重量比自己的重的物體,由於與推力相等的反作用力的作用,推著反而會退後。
   在航天飛機第10次飛行中,航天員很輕鬆地就把重630公斤的人造衛星推出航天飛機,這是航天員背負的姿態控制裝置噴出反作用噴氣所起的作用。此後人造衛星就依靠慣性飛行。所以,航天員的動作看起來很輕鬆。
   由此可知,失重狀態不過是表面看起來沒有重量,其實本來的重量(即質量)並沒有失去。在失重狀態下,物體與物體相碰撞,其能量是與質量和速度的乘積成正比的,所以質量大的物體容易受到損傷。這與地面上的碰撞情況並沒有什麼改變
   在失重狀態下航天員不應遇到阻力,但為何動作遲緩?
   人們感到:進入失重狀態下的人,動作遲緩,其理由可以舉出一些,其中最大的理由是人的肌肉是長期適應地面1G重力下的運動而形成的。
   在地面上,人的手、腕和足的運動是分別以其重量為前提的,所以如果感覺不到重量,那麼就會發生移動。尤其是手和腕的動作,與其說是根據頭腦的考慮,不如說僅僅根據原來的重量就可以斷定向上方移動。航天員睡眠中的「手臂向上」現象,就是由於這個原因。
   另一個是航天員的肌肉「不活動性萎縮」問題。在失重狀態下,肌肉總是處於休息,不能活躍地動作。
   但是如果習慣於失重狀態,動作也會一點一點地變得敏捷起來。如果把腳固定在地板、天花板和牆壁上,那麼就可以比飄浮狀態動作更快,作業效率大大提高。
   SAS病與暈車、暈機有哪些不同?
   在NASA(美國航空與航天局)把防止SAS病的發生列為最優先的課題。這是因為根據到目前為止的統計,航天飛行日數的30%都由於SAS病而不能工作。
   SAS病與暈機、暈車完全不同,暈機、暈車是由於反覆前進和停止的搖動而形成的搖動病,SAS的病因與此不同。
   一般人類是用腦子處理眼睛、耳朵和肌肉(感覺重量)三方面來的信息,知覺上下。但是,在失重狀態下,上下的標準失去了原有的依據,而眼睛、耳朵和肌肉可以隨意判斷上下,把信息送往腦子,這樣腦子無法處理這些信息,從而產生SAS病。
   搖動病按照頭暈→噁心→嘔吐的症狀發展。但是,SAS病沒有自覺的症狀,經常冷不防嘔吐。即使不得搖動病的人,也會得SAS病,例如美國著名飛行員羅伯特·奧伯馬伊雅,在航天飛行時就也得過SAS病。
   即使得了SAS病,經過3天,腦子就習慣於根據來自視覺的信息判斷上下,從而使症狀平息下來。關於這一點,還有一個非常有趣的報告。長期逗留在太空的人,在返回地面後,如果馬上進入完全黑暗的屋子,就會站不起來,這是因為他還只能憑借視覺判斷上下。
   遺憾的是對SAS病迄今還沒有有效的治療辦法。


 
Provenance :知識就是力量

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