载人航天６０问（１０）

44．乘员舱内温度宜人吗?

我国国家军用标准《工作舱(室)温度环境的通用医学要求》提出了舒适(正常、维持)、工效(保证、降格)和耐受(安全、极限)三档六级医学要求。对于具体的舱室，特别是航天器座舱的温度要求，一般根据实际需要和客观可能来选择合适的档级要求。

舒适档要求。温度环境的舒适档要求分正常与维持两级。正常级要求能保证人体、温度调节处于正常的平衡状态，没有不良的温度性感觉，并能确保最佳的工作效率，适用于各种舱室，特别是持续时间长、操作难度大、任务要求高或供较长时间休息用的舱室或其作业阶段(例如轨道飞行时)的航天乘员舱等。

工效档要求。温度环境的工效档要求分保证与降格两级。保证级要求能确保较长时间内建立新的动态热平衡，工效无明显变化。降格级要求则允许身体带有一定的温度负荷，忍受一定的不舒适感，但工效不能发生显著下降。两级工效档要求均适用于作业时间不太长、活动强度不太高的舱室或其作业阶段，例如发射或再入时的航天乘员舱。

耐受档要求。温度环境耐受档要求分安全和极限两级。耐受档要求允许人在暴露末期忍受极重的生理紧张，可接近或达到安全生理耐限，并出现轻度的衰竭症状。安全级耐受要求需保证人尚有一定的工作能力，适用于持续时间短、活动度大或由于外界环境恶劣，工程技术难于满足工效档要求的舱室或其作业阶段，或发生温度应急事故需在高应激环境下作故障排除处理或被动应急待救时。

乘员舱的环境温度当然也必须是适合长时间连续工作的舒适档要求，只有在特殊情况下才允许温度环境的某些指标短期内偏离舒适要求范围。乘员舱的温度环境基本上与普通舱室的温度环境相似，只是没有季节与昼夜变化的客观要求。但由于人体生理上形成的体温调节昼夜变化特点，舱内温度可适当调节，如在睡眠时可降低1～3℃。

各国载人航天器乘员舱温度环境的设计均以舒适档正常级、工效档的保证级和耐受档的安全级为标准。例如：美国“阿波罗”轨道温度为24℃；美国“天空实验室”轨道温度1972年时为17.8～27.2℃，1985年为18.5～24.1℃，应急时为15.8～32.4℃，再入时15.8～29.6℃；俄罗斯“东方2号”轨道温度10～25℃，“联盟”号为18℃。

总之，航天乘员舱的温度环境(气温、风速、水气压、总压)及航天服温度微环境是宜人的，为航天员的生活和工作提供了一个良好的工作环境。

在载人航天飞行中，也发生过不少温度应急(失控)事故。据不完全统计，自20世纪60年代初至90年代末约35年的美苏／俄载人航天史上，典型的温度应急共发生30多次，几乎每年都有发生。温度应急事故涉及的载人航天器包括美国的“水星”、“双子星”、“阿波罗”、“天空实验室”乃至当今尚在飞行的航天飞机，以及苏联的“上升”、“联盟”、“礼炮”和现在仍在工作的“和平”。当然，这些温度应急事故大多很快就被排除了，未造成明显的不良影响。但也有少数造成了不同程度的后果或影响任务完成，或不能出舱活动，或迫使提前返回地面等。

45．乘员舱内也有污染吗?

乘员舱内的化学污染有许多来源。包括：①人体本身的代谢性挥发产物；②乘员舱非金属材料的脱气产物；③乘员舱非金属材料的热解或燃烧产物；④有毒化学物储存容器或管道的泄露物；⑤有效载荷化学品的泄露物；⑥食品和生活用品的挥发产物；⑦大气悬浮颗粒物等等。

这些污染物通常以一定的物理形态(即固态、液态或气态)存在。航天乘员舱环境大气也与地面环境大气一样，以“气体、蒸气、粉尘、烟和雾”5种状态存在。据不完全统计，国外载人航天器曾多次发生大气化学污染事件，轻则使航天员产生刺激感，影响工作和生活质量，重则影响航天员的健康甚至造成中毒死亡。国外航天大气污染事件，多因化学品的泄漏、废物处理系统的故障，以及设备过热造成非金属材料热分解所引起。乘员舱大气污染是一个重复发生而且很难预料的问题。因此，加强飞船产品和工程设备的安全可靠性设计是预防乘员舱大气污染的重要环节。

46．航天过程中遇到的振动如何?

航天员在航天过程中所处的振动环境是常重力、加速、减速与微重力背景下的振动环境。不同飞行阶段的振动环境完全不同。点火以后，在发射架上等待过程的振动来自火箭发动机。上升段的振动最大，而且需要加速，此阶段的振动与超重同时发生，也就是说，上升段的强振动是在超重背景下发生的。在超重背景下，即使沿飞行方向的振动加速度超过1g，但未达到超重加速度，航天员即使没有束缚系统也不会脱离座椅；上升过程的振动强度非常大，主要是火箭推进系统产生的振动和气动力产生的振动(在亚音速飞行期间和最大气动阻力时振动最大)，还有火箭发动机内液体燃料的快速运动所产生的振动以及箭箭分离、船箭分离时产生的振动。航天器结构振动的主要振动频率一般在2～15Hz范围内，振动与火箭、舱体乃至座椅的结构有很大关系。与航天员有关的是直接与航天员接触部位的振动(通过减振垫传到航天员的振动)、操纵杆及视野内仪表的振动等。

轨道段振动最小，而且是处于微重力背景下，处于“悬浮”状态的航天员直接“接触”到振动的机会大大减少。此时，振动的传送途径也与地面不同。轨道段振动主要来自生命保障装置的动力系统、姿态控制设备、电子设备的控制系统等。

再入段的振动是在减速背景下发生的，其振动强度也很大，但没有上升段的振动大。返回段除了返回过程中的动力与气动力产生的振动外，当飞船溅落到水面上，航天员会受到水中振动的影响，这种振动的频率是很低的，就像一只停泊在水上的船只所受到的振动。

总之，载人航天所遇到的振动是在一个很大的强度范围内，频率范围也比较宽。

振动引起的生理反应是多方面的。振动可使血压升高、心跳加快、呼吸次数增加、能量代谢率增加；体温升高；肠胃内压增高、肠胃运动抑制、胃下垂；眼压升高、眼调节能力减弱；交感神经兴奋、脑反射减弱或消失、影响睡眠；内分泌系统紊乱等。上升段的航天员多处半仰卧姿。眼睛和头部的共振会影响航天员的视觉。4～8Hz的振动会使上下颌骨发生共振，影响航天员的语言能力。4～12Hz的振动会使胸腹部发生共振，影响呼吸系统，导致航天员发生语言障碍。

47．航天过程中遇到的噪声如何?

航天过程中始终存在着噪声。由于各个飞行阶段中噪声源和飞行时间不同，其航天噪声的声压级、频谱和持续时间也有明显差异。

上升段噪声。上升段，载人航天器的噪声由火箭发动机所产生的喷气噪声及通过大气层附面湍流所造成的空气动力

噪声所组成。美国对“阿波罗”号飞船航天噪声的预测过程是：在飞船发射后的最初20秒内，航天噪声主要为喷气噪声；20秒后空气动力噪声增大，并成为主要噪声；到60～70秒时，噪声达到最大声压级，并保持一段时间；到100秒时，该噪声迅速减小，整个持续时间为120秒。实测结果表明，“阿波罗”飞船发射后60秒，达到最大声压级，舱外约162分贝。舱内座椅处约为125分贝，胃部和耳部分别为116分贝和110分贝。上升段航天噪声频谱能量主要在低频范围，而且随着推进器体积和推力的提高，将产生甚低频或次声频范围的噪声。

飞船发射时，地面噪声也很大，因此，人员应远离发射场。在我国卫星发射时，我国航天医学工程研究所曾对发射塔和地面发射场的噪声进行测量和分析，说明发射场的噪声声压级随着距离增加而减少，在发射架上总声压级可达170分贝左右。

轨道段噪声。轨道段，载人航天器进入非动力飞行，这时噪声主要来源于生命保障系统的设备、电子设备以及姿态控制推力装置等。轨道段的噪声有两类：一类是连续噪声，另一类是间断噪声。连续噪声的噪声源有环境控制中的马达、风扇、泵和电子设备中的振荡器、变压器；间断噪声的噪声源有废物处理系统和个人卫生设备中的风扇、泵和阀门。轨道段噪声与上升、返回段相比，要小得多，但持续时间长。对于不同类型的载人航天器，由于其性质和任务的不同，舱体的分布和结构就不一样，从而其噪声大小也不相同。对于“阿波罗”飞船，其内部噪声源主要有乙二醇泵、舱内风扇、航天服压缩机、交直流转换机以及导航系统等。

返回段噪声。返回段，载人航天器进人大气层，由于附面层湍流，再度产生空气动力噪声，其声压级与发射段最大动力区噪声相当，只是再入时，高强度噪声保持时间较长一些。

在航天声环境中除航天噪声这一重要因素外，混响也是一个主要方面。混响是指室内(舱内)发声的声源停止发声时，室内的声音不会立刻消失，而是有一个逐渐衰减降低的过程，这一过程被称为混响。混响时间的长短直接影响到人对声音的感觉。

若高强度或长时间噪声反复刺激时不仅会引起听阈升高(听阈偏移或听力损失)，而且会使听觉器官发生器质性病变，造成不可逆的永久性听阈偏移，即噪声性耳聋。

航天噪声如果不加限制或不采取必要的防护措施，会造成多种不良影响。然而，为了保证航天员的健康和飞行的顺利，对航天器舱内噪声都规定了限值要求，并对航天员采取了良好的个人防护措施。航天实践表明，航天噪声对航天员的影响是很小的。上升及返回段飞船内噪声为高强度低频噪声，时间很短，航天员配戴头盔和防噪声通倩帽便可有效防护，使到达航天员耳边的噪声已在人体耐受范围之内(最大不超过115分贝)。载人航天实践表明，上升及返回段航天噪声仅引起轻微的暂时性听阈偏移，以及心率、呼吸频率、血压等在正常范围内的波动，并未引起任何不良反应和噪声损伤。

轨道段舱内噪声持续时间较长，但噪声声压级偏低。例如，美国和前苏联早期飞船轨道舱内噪声为75分贝左右，对航天员睡眠有影响，但并不严重，不至于无法入睡。

总之，在采取适当防护措施下，航天噪声的影响并不大，其不利影响是完全可以避免的。

48．航天冲击环境有哪些?

冲击是日常生活中常见的一种现象，例如物体间的相互碰撞、高空坠落、车辆紧急刹车以及爆炸等。冲击是一个系统受到一个持续时间比该系统固有周期短的激励。冲击是比一般振动更为复杂的一种现象。现在尚没有一个特定的物理量来描述冲击现象，对于一个冲击激励用力学量(如力、加速度、速度、位移)的时间历程来描述。过载是物体受外力作用加速或减速运动时，作用在物体上的一种载荷。

载人航天中。航天员所遇到的冲击环境有多种。一种是当航天器点火、关机、分离、解锁等由火工品工作引起的冲击，称为爆炸冲击。这类冲击一般冲击加速度幅值很大，作用时间短，在20秒以内衰减到零，往往为振荡性冲击。对电子器件、机械装置的结构影响较大。另一种是飞行过程中发生的与其它航天器、星体或空间垃圾偶然相撞产生的撞击减速过载。第三种是航天器返回进入大气层受到空气阻力作用时产生的气动阻力减速度，使航天员受到减速冲击作用。航天器使用伞系统返回着陆时，会产生开伞冲击与着陆冲击。第四种是在飞行过程中若航天器发生应急状态需要紧急救生时，会遇到救生过程中的各种冲击环境。

目前航天救生方式大体有两种，一种为封闭式救生方式，即人在舱内与舱一起脱离危险区，如逃逸塔方案。这种方案是在发射台和低空阶段借助逃逸塔迅速将返回舱带离危险区送到安全区。逃逸塔是设在载人飞船顶端的塔形逃逸装置，救生塔上的逃逸发动机点火迅速将返回舱与逃逸塔抛出。此时航天员将受到逃逸过载，一般持续时间较长，约为几秒至十几秒钟。当上升到一定高度后，返回舱与逃逸塔分离，返回舱使用伞系统返回着陆。在此过程中，舱内的航天员将遇到开伞与着陆冲击。在高空阶段救生时，因气动阻力较小，借助飞船的返回制动发动机应急返回，按正常程序降落地面，舱内的航天员同样受到开伞与着陆冲击。还有一种救生方式是蔽开式，将人弹出或火箭牵引离开座舱达到救生目的，如弹射座椅方案。弹射座椅曾作为飞船和航天飞机的救生装置，它类似于高速歼击机的弹射座椅。应急救生时，弹射座椅上的弹射动力系统迅速将人连同座椅弹出座舱而离开危险区。当人——椅弹出后立即遇到迎面气流吹袭和强大气动阻力产生的气流吹袭与气动减速冲击；当人椅分开后，航天员下降一定高度靠伞系统降落地面。在此过程中，同样会受到开伞与着陆冲击。

总之，在航天员到的冲击环境中，爆炸冲击衰减得非常快，飞船碰撞发生的机会较少。对航天员影响较大的主要是着陆冲击、开伞冲击和减速冲击。冲击对人体的影响，主要是引起机械性损伤，对人危害很大。因此，对于航天冲击，人们研究采用了一些行之有效的防护措施，尽量降低冲击过载，以保障航天员的安全。采取的主要措施有配备束缚系统，选用适当的支持系统和采用个人防护装备等。对这些措施，在此不再一一叙述。

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