航天员返回地球后会面临哪些挑战?

作者&投稿:林琴 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
神舟13号航天员将返程,三名航天英雄返回地面过程中会面临哪些挑战?~

01、返回的历程惊心动魄神舟13号的航天员们返回地球的历程是非常惊心动魄的,特别是飞船的返回舱在着陆的一瞬间是会冒出火花的。要知道返回舱会以每秒7公里以上的速度直接坠入大气层,在这个过程当中,返回舱会和大气产生摩擦,并且返回舱还会和地面的指挥中心失联5分钟左右,而这5分钟其实就是让人们最担心的了。总而言之,返回的这段历程对宇航员来说也是很严峻的一次考验。
02、着陆之后无法站立即便返回舱安全着陆,可是由于宇航员们在太空当中是失重的状态,身体衰老的速度也是比较的快,所以在刚刚着陆的时候,宇航员们是无法站立的,甚至是要坐在轮椅上的。要知道,宇航员们本身在太空当中生活了6个月,所以此时有很多企业都已经流失了,肌肉也是萎缩了20%左右。所以当他们回到地球的那一瞬间,其实是特别不适应的,需要很长的时间来进行调整。
03、生活上面不适应上面我们已经说过了,宇航员在太空待了半年的时间,他们早就已经适应了太空上的那种失重环境,重新回到地球之后,宇航员是很难适应地球的,这种重力环境的。比如说宇航员稍微走一步都会觉得特别吃力,而且此时的宇航员免疫力也会大大降低,很容易感染疾病,在回到地球之后,是需要很长一段时间来重新适应的。
总而言之,这三位宇航员都是我们的英雄,在回到地球之后,会有专业的团队来帮助他们更快的适应地球生活环境,同时也会帮助他们进行健康方面的检测。通常一个月左右的时间,宇航员就可以慢慢适应地球生活环境了,而且能够回归到正常的生活当中去。

现阶段,无论是载人飞船,还是货运飞船,它们都是用火箭送入太空中。当太空飞船执行完任务之后,它们是如何返回地球的呢?
当太空飞船返回时,它们会受到地心引力的作用而向下加速。但同时,稠密的大气层会让太空飞船减速。总得来说,太空飞船返回地球时是减速的过程,而非加速落到地球上。

再入大气层
根据牛顿力学可知,地球的第一宇宙速度为7.9公里,这是太空飞船的最大轨道速度。随着轨道高度的增加,轨道速度会逐渐下降。载人飞船的轨道高度一般为400公里,对应的轨道速度约为7.7公里/秒。如此巨大的动能,太空飞船没有足够的燃料来使自身减速,只能依靠地球稠密的大气层来减速。
太空飞船在轨道上先启动火箭发动机进行制动,使它能够脱离原来的轨道,并在地球引力的作用下再入大气层。一般来说,100公里是太空分界线。太空飞船再入大气层的方式有很多种,例如,弹道式、跳跃式、滑翔式,无论哪一种都是利用空气阻力进行减速。
在太空飞船再入大气层的过程中,由于飞船前方的空气被强烈压缩(而非飞船与空气剧烈摩擦),导致飞船外表的温度大幅度升高至1000度以上。为了保证飞船的安全,需要采取措施来应对这种高温。
飞船如何应对高温?

我国的神舟载人飞船系列会在飞船外表涂上一层烧蚀材料,它们在高温的作用下会被烧毁,脱离飞船,从而带走大量的热量。美国宇航局(NASA)的航天飞机则是采用隔热瓦,机腹覆盖着隔热陶瓷,机翼和机鼻上安装的是碳-碳复合材料,其余机身使用其他隔热材料。
隔热材料对于太空飞船的安全返回起到至关重要的作用。在2003年,NASA的哥伦比亚号航天飞机升空时,由于外挂燃料箱上的泡沫掉下来击中机翼,打穿了机翼上的一块隔热瓦。当哥伦比亚号航天飞机返航时,炽热的气体从机翼上的破洞大量涌入,导致航天飞机解体,机上的7位宇航员全部遇难。
当太空飞船的速度得到充分减速后,将会打开巨型的降落伞,使飞船进一步减速到每秒十几米。我国的神舟载人飞船在离地面大约1.4米时,还会启动反推火箭,以使飞船能够安全着陆。NASA的航天飞机则是采用滑翔的方式返回地球,最后着陆时也会打开减速伞进行制动。

太空飞船返回时会经历高温,为什么升空时不会呢?
原因在于火箭升空时,其速度并不快。火箭起飞时的重量大,并且稠密的大气层会产生很大的阻力,所以火箭加速困难,速度较小,气动热效应并不强烈。
当火箭穿过稠密的地球大气层之后,由于空气阻力更小,火箭的质量变得更低,后续的加速变得更容易,并且也不会出现很强的气动热效应。正因为如此,哥伦比亚号航天飞机才能带着一个破洞安全飞上太空。
太空电梯
如果未来能够建成太空电梯,那么,往返太空时不会经历巨大的速度变化,也不会产生极高的温度,隔热将不再是一个大问题。只是目前没有强度足够高的材料,太空电梯还停留在理论阶段。

上周六也就是2022.4.16,三名航天员,翟志刚、王亚平、叶光富圆满完成神舟十三号载人飞行任务,降落在指定着陆点。举国庆祝欣喜之余,大家都很航天员返回地球后会面临哪些挑战很感兴趣,这里就和大家聊一聊航天员返回地球后面临的挑战。

一,挑战1:着陆后的身体状态需要一定时间的适应和休养调整

返回舱是以非常快的速度回到地球,落地时的情况有倾斜式着陆和直立着陆,虽然两种着陆方式对宇航员出仓会有不同,但同样的是航天员从失重的环境中突然回到有重力的环境,他们的身体会发生很大的变化:

航天员

首先由于在太空中人类失重状态下生活6个月后,已经适应了失重的太空环境,回来后很难适应重力,所以行走就成为了困难的事情,着陆后他们无法站立,需要一定时间的恢复才能适应地球的重力环境,正常行走。

其次由于失重状态,航天员身体的血液总量、骨骼钙质以及其他骨骼组织、肌肉等等都会有不同程度的下降,影响到航天员的正常生活,他们会因为骨骼组织的流失而走路容易摔倒,并且容易出现骨折等,肌肉的萎缩也会使得他们的行动受到影响。

 最后由于太空的辐射量远远超过地球生活中的辐射,容易对航天员带来血管老化、视力退化等等影响,需要进行调节和恢复。

二,挑战2:心理上的适应调整以及生活习惯等恢复调整

返回的过程中对航天员的心理是一种考验,穿过大气层,着陆时撞击地面,及时割断降落伞等等都是考验,需要航天员通过调整平和心情。

航天站的环境和地球截然不同

众所周知在空间站的昼夜节奏和在地球上是完全不一样的,所以航天员的作息时间生物钟会和在地球上不一样,容易出现睡眠障碍,而且失重状态下睡觉和在地球上睡觉的感觉是不一样的,所以航天员回到地球后相当一段时间内会觉得自己走路吃饭都费力,找不回轻飘飘的感觉,从而容易出现摔碎物品、跳起来感觉到累等情况。

三,挑战3:人体免疫力的恢复需要时间

太空的生活由于没有微生物,所以会一定程度上降低航天员的免疫力,所以他们需要被隔离一段时间来进行保护,然后再进行检查恢复,通常还会有差不多半年左右的疗养恢复,这些都是为了保护航天员的身体设计的。

综上所述,航天员返回地球后会面临着身体、心理、生活中方方面面的挑战,但相信航天员们会调整休养好自己,之后继续再返空间站,为国争光。



1.骨骼萎缩

在地球上,人体的骨骼和肌肉发挥支撑作用,能抵抗重力,而长期待在太空中,属于失重的环境下,人处于一种漂浮状态,由于缺乏运动和重力,身体的负担变得极小。不过,神舟十二号三名宇航员在太空舱空间里还开辟了专门的锻炼区。

2.肌肉退化

在地球上,肌肉在重力作用下处于紧张状态,而且在人们行动的过程中,会时刻克服着地球的引力进行作功,相当于每时每刻都在进行着“锻炼”。而在太空环境中,一般不需要克服引力做功,肌肉长时间处于放松状态,那么就会发生“萎缩”现象,在太空待的时间越长,这种“萎缩”效应就越明显。所以,在空间站中专门配备有供宇航员“锻炼”的跑步机,可以减轻一部分肌肉出现的问题,但不能完全杜绝。

3.不能站立

国内外许多宇航员返回地面后,一般都是由工作人员把他们从返回舱中抬出来,放到担架或者座椅上。这是指人的立位耐力在下降,立位耐力是人在安静站立时的耐受时间。通常来说,大多数人都能站立20-30分钟不会晕倒。

4.头晕或晕厥

由于在太空环境中,血液、体液对周围支撑组织的作用力,从地球的向下转变为各向同性,从而引起血液、体液的向上倒流以及向四周流动,身体重心上移,从而引发上半身变大、体型趋圆、头部和面部肿胀、颅压变大、静脉曲张等一系列问题。有研究数据表明,大约有20%的航天飞机宇航员和80%的国际空间站宇航员,返回地球后,会出现头晕或晕厥现象。

宇航员从太空回来后会对身体造成损害吗在太空,恶劣环境对宇航员身体的影响却是巨大的,这种影响对身体主要有太空病、太空辐射等。

1.太空病

指细菌感染、太空失明症、心理问题以及有毒尘埃在内的一系列健康威胁。在无重力的太空环境下,宇航员的身体会像处在青春期的少年一样,出现各种变化,是指宇航员在太空环境下由于零重力、失重和其它与重力有关的改变所引起的病症,太空病在进入太空后3天开始缓解。此外,由于零重力环境的影响,反恶心的药物只能通过皮肤药贴或者注射的方式服用。

2.太空辐射是一种包含伽玛射线、高能质子和宇宙射线的特殊混合体。人类的航天员基本上从未经历过完全剂量的太空辐射。即使是长年运转的国际空间站,由于它的轨道也仅仅只在地球上空的400千米处。

3、太空有毒尘埃在未来的地外星球登陆过程,有毒尘埃的吸入,是危害宇航员生命安全的一个重大问题。如在月球上,这些尘埃会损害宇航员的皮肤和眼睛,如被吸入,可能像石棉纤维一样的损害肺部,增加致癌风险。火星的尘埃毒性更高,含有的氧化铁成分会灼伤人的皮肤,腐蚀塑料橡胶等有机化合物,吸入更会导致生命危险。这些尘埃非常细小,因此未来的密封舱和宇航服必须能够严格防止这些尘埃的进入。科学家们迄今对地外天体物质研究甚少,因此对这些尘埃的毒性和性质还知道得很少,很可能在不同的星球,这些尘埃会或许还有很多未知毒性,有待破解和防范。



首先是身体状况。中国古人相信“天上一天,地上一年”,天上的神仙会比地上的人老得慢;然而,真实的情况是反过来的,航天员在太空中,身体的衰老速度会比在地球上快很多。来看一组数据:航天员在太空中待10天,身体会失去20%的肌肉;待1个月,身体会流失1.5%的骨质,相当于老年人在一年中流失的骨质;待半年,动脉硬化的程度相当于在地球上的10~20年,受到的辐射相当于地球上的60年。

这样你就理解,为什么三位航天员出舱时必须由专人协助,并且必须坐着。这绝对不是小题大做,而是航天员确实面临走路摔倒,甚至骨折的风险。据专家介绍,在14天的隔离期之后,航天员还需要度过一个月的医学疗养期和3个月的恢复疗养期,各项生理指数才能慢慢恢复到出发前的水平。

第二,除了身体上的不适应,航天员还面临生活习惯的调整。

比如,在失重环境下,航天员可能习惯了随手把餐具或者笔记本电脑放在自己前方的空气中,回到地球之后,可能得一连摔坏好几样东西才能改过来。还有,航天员不能再轻轻一跳就跃过房间,而是每迈开一步都觉得吃力无比,整个人摇摇晃晃,臀大肌还有一种被撕扯的感觉。有航天员说,那种感觉,就好像经历了一场“漫长的宿醉”,大脑供氧不足,浑身酸软无力,双腿好似灌铅。这些,都需要航天员花好几个星期来适应调整。

除了身体状况和生活习惯,航天员还要面临第三个挑战,就是心理状态的调整。

很多航天员回到地球之后,都面临不同程度的抑郁症的威胁。一个很大的原因是,航天员的生活节律在太空中被打乱了。空间站每90分钟绕地球一圈,航天员每天会看见16次日出和日落,也就是说,空间站中的一昼夜是地球上的1/16。这种频繁的光照变化,会直接影响到人类各种激素的分泌,比如褪黑素等,造成失眠、情绪失控,甚至诱发抑郁症等精神类疾病。

在失重环境下,航天员可能习惯了随手把餐具或者笔记本电脑放在自己前方的空气中,回到地球之后,可能得一连摔坏好几样东西才能改过来。还有,航天员不能再轻轻一跳就跃过房间,而是每迈开一步都觉得吃力无比,整个人摇摇晃晃,臀大肌还有一种被撕扯的感觉。有航天员说,那种感觉,就好像经历了一场“漫长的宿醉”,大脑供氧不足,浑身酸软无力,双腿好似灌铅。这些,都需要航天员花好几个星期来适应调整。



当航天员开启返程后,首先需要面对的就是返回舱着陆时的惊心动魄,返回舱以每秒7千米的速度坠入大气层,与大气层高速摩擦,周围被火焰包裹,许多人看了都心惊胆战,更别提坐在里面了,不过返回舱外面有隔热材料的保护,返回舱内的航天员不会受到伤害,但返回舱与大气层摩擦时会形成一层屏障,阻碍与地面的通信,这个过程大概4-5分钟,并且在高速坠入大气层时航天员要承受4倍重力加速度,没有经过训练的人很可能发生晕厥,经过推进器减速后,返回舱撞向地面完成着陆,着陆瞬间的冲击力还是很大的,不亚于小型车祸的撞击力度。

在返回地球后首先就会面临站立困难的问题,长时间在太空生活后,航天员的体液会大量流失,血液总量会损失20%左右,肌肉也会不同程度地萎缩,尤其是那些用来维持人体姿态的肌肉,而且心脏肌肉长期适应微重力环境,返回地球后会使得心脏泵血不足,再加上骨质的快速流失,将会导致航天员难以站立,此时强行站立很可能导致晕厥,所以航天员在执行完长期任务返回地球后,通常采用坐卧位。除此之外,航天员在返回地球后,与迎接他们的队伍短暂见面后就会前往特定的房间进行隔离,因为太空中有高强度的辐射,难免会对人体基因产生影响,这期间会有专门的医疗团队全程监测他们的身体状况,结束后他们才能前往基地进行为期半年的疗养和恢复。总之,神舟十三号的航天员在返回地球后还需要经过漫长的恢复训练,直到身体机能恢复到之前的状态才能进行正常工作和生活,他们在空间站的付出本就难以想象,而返回地球后还要面临各种挑战,很长一段时间后才能适应地球的重力环境,重新回归地球生活。


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