太空取經(jīng)的九九八十一難：現(xiàn)代科技 vs. 宇宙挑戰(zhàn)

　　1961年4月12日，莫斯科時(shí)間上午9時(shí)零7分，一艘宇宙飛船載著前蘇聯(lián)宇航員尤里·加加林，從中亞的拜克努爾發(fā)射場(chǎng)發(fā)射升空，在遠(yuǎn)地點(diǎn)為301千米的軌道上繞地球一周，于上午10時(shí)55分安全返回地球，完成了世界上首次載人太空飛行，加加林成為人類歷史上第一個(gè)沖出大氣層、進(jìn)入太空的宇航員。

　　60多年彈指一揮間，繼加加林之后，前蘇聯(lián)和美國(guó)的許多宇航員都進(jìn)入了太空，長(zhǎng)期懸浮在地外的國(guó)際空間站還接納了來(lái)自不同國(guó)家的宇航員常駐站內(nèi)，我國(guó)也用神舟飛船多次把宇航員送入太空。進(jìn)入太空似乎已經(jīng)變得很容易、很安全了，好似去另一個(gè)城市旅游一番。

　　然而，事實(shí)并非如此。即使載人太空飛行已經(jīng)有半個(gè)世紀(jì)的經(jīng)驗(yàn)，宇航員進(jìn)入繞地太空軌道以及到更遠(yuǎn)的星球去探險(xiǎn)，都是萬(wàn)分危險(xiǎn)的旅程，太空取經(jīng)的道路上，有無(wú)數(shù)的劫難。

　　想上青天，分秒必爭(zhēng)

　　飛船上天可不是隨便什么時(shí)候心血來(lái)潮就可以啟動(dòng)的，必須要在特定的時(shí)間段發(fā)射。這個(gè)特定的發(fā)射時(shí)間段叫發(fā)射窗口，就好像躺在床上通過(guò)狹小的天窗看月亮那樣，一年只能看到寥寥數(shù)次，因?yàn)樵铝猎谖覀冾^頂運(yùn)行的軌道是在不斷變化的，不可能每晚都經(jīng)過(guò)你的天窗。同樣，搭載飛船的火箭要順利完成太空任務(wù)，也只能在特定的時(shí)段發(fā)射。為什么不能隨時(shí)發(fā)射火箭呢?這首先是受到了飛船的飛行軌道限制。人類發(fā)射火箭或者航天飛機(jī)上天，當(dāng)然是要完成某些具體任務(wù)的，比如將衛(wèi)星、飛船送入特定的軌道，或是讓航天器和國(guó)際空間站對(duì)接，或者要讓飛船等航天器飛向月球，或更遙遠(yuǎn)的其他行星。在發(fā)射的過(guò)程中，地球在繞著太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，本身還在自轉(zhuǎn)，航天器要抵達(dá)的目的地——國(guó)際空間站或者其他星球，也在太空中高速運(yùn)動(dòng)著，比如空間站的飛行速度就達(dá)到了大約每小時(shí)2.7萬(wàn)千米。要發(fā)射飛船到達(dá)太空中的目的地，必須精心地計(jì)算各種移動(dòng)的物體的軌道，找出一個(gè)最佳的發(fā)射時(shí)機(jī)，能夠讓飛船進(jìn)入太空中后，剛好“遇見(jiàn)”目的地。這就好比我們坐在飛馳的汽車上打奔跑的野鹿或飛鳥，開(kāi)槍早了或是晚了都打不到獵物。

　　如果錯(cuò)過(guò)了最佳的發(fā)射窗口，飛船發(fā)射升空后在太空中再想調(diào)整軌道高度和飛行速度，與目的地交匯，就太艱難了。

　　另外，氣象、光照條件也會(huì)影響發(fā)射時(shí)機(jī)的選擇。幾年前美國(guó)遭受卡特琳娜颶風(fēng)襲擊時(shí)，航天飛機(jī)的發(fā)射和返航都被迫調(diào)整了時(shí)間，以避開(kāi)惡劣的天氣條件。考慮了諸多因素后，實(shí)際確定下來(lái)的發(fā)射窗口是很短暫的，必須分秒必爭(zhēng)。

　　我國(guó)的嫦娥1號(hào)探月飛船在發(fā)射的時(shí)候，窗口時(shí)間就只有35分鐘。當(dāng)時(shí)計(jì)算后得知，如果在那這35分鐘內(nèi)不能正常發(fā)射，就只能取消發(fā)射計(jì)劃，推遲到第二年重新確定發(fā)射窗口了。而且即使是在這個(gè)發(fā)射窗口內(nèi)，最后一分鐘發(fā)射與第一分鐘發(fā)射相比，飛船的燃料要多消耗120千克才能抵達(dá)預(yù)定軌道。這對(duì)于總共只有1200千克燃料的嫦娥1號(hào)來(lái)說(shuō)，是個(gè)很大的損失。因?yàn)殒隙?號(hào)升空后，在前往月球的途中，還要利用燃料進(jìn)行多次變軌飛行，所以燃料是非常寶貴的，如果一出發(fā)就浪費(fèi)了許多的燃料，勢(shì)必會(huì)影響后期飛船調(diào)整軌道的能力，飛船抵達(dá)月球軌道后正常工作時(shí)間就會(huì)大大減少。由此可見(jiàn)，在理想的發(fā)射窗口發(fā)射是多么地重要。

　　上天難，下地更難

　　如果說(shuō)航天器上天的時(shí)候很麻煩，那“下地”的時(shí)候就是驚險(xiǎn)了。航天器返回地球大氣層的時(shí)候，由于速度非?？欤棵胧畮浊祝绱烁咚倥c濃密的大氣層空氣劇烈摩擦，會(huì)讓航天器的表面溫度急劇上升超過(guò)1000℃。此時(shí)如果航天器沒(méi)有保護(hù)措施，立刻就會(huì)變成一團(tuán)火球。想想看那些沖入地球大氣層的隕石吧，除了極少數(shù)塊頭很大的隕石外，基本上都在空中就燒光了。即使落到地面的隕石，實(shí)際上也被燒掉了很大一部分，有的還因此而解體成許多小塊。

　　所以，所有航天器的表面都覆蓋著隔熱材料，當(dāng)航天器返回大氣層的時(shí)候，隔熱材料會(huì)在高溫下氣化，吸收并帶走摩擦產(chǎn)生的熱量，保護(hù)航天器涼爽地安全著陸。

　　摩擦產(chǎn)生的高溫不僅會(huì)損壞飛船、危及宇航員生命，它還會(huì)產(chǎn)生另一個(gè)可怕的后果——黑障。

　　在高溫下，飛船周圍的空氣會(huì)發(fā)生電離，也就是氣體分子中的電子與原子核分離了，電離的氣體包圍在飛船周圍，于是飛船就像是套上了一個(gè)由帶電粒子組成的罩子。這個(gè)罩子把飛船內(nèi)部和地面指揮中心隔開(kāi)了，飛船內(nèi)的無(wú)線電信號(hào)發(fā)不出去，地面發(fā)的指令也傳不進(jìn)來(lái)，使得兩邊無(wú)法通過(guò)無(wú)線電波來(lái)保持聯(lián)系，這就是所謂的電磁屏蔽。此時(shí)飛船里面的人無(wú)法知曉地面情況如何，地面也無(wú)法知曉飛船是否正常飛行，兩邊都只能干瞪眼等著。這是一段非常緊張和危險(xiǎn)的時(shí)間。

　　一般返回地球的飛船在距離地面80千米到40千米的高空時(shí)，就進(jìn)入了“黑障區(qū)”，在這個(gè)高度之上，由于大氣層空氣稀薄，產(chǎn)生的帶電粒子少，所以不會(huì)產(chǎn)生電磁屏蔽;而在這個(gè)高度之下，飛船已經(jīng)大大減速了，與空氣的摩擦減弱，于是產(chǎn)生的帶電粒子也減少了，電磁屏蔽也就不存在了。

　　在我們的家園地球的位置上天或下地，尚且已經(jīng)如此困難，宇航員如果遠(yuǎn)離了地球，遭遇的困難就更大了。

　　孩子，別離家太遠(yuǎn)

　　對(duì)于人類來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)系是個(gè)危機(jī)四伏的地方?；馃岬奶?yáng)除了帶給我們光和熱，也會(huì)拋出大量的高能粒子，而來(lái)自銀河系的宇宙射線甚至要比太陽(yáng)所發(fā)出的粒子的能量更大。這些粒子射入人體的話，就會(huì)破壞細(xì)胞中的大分子，包括遺傳物質(zhì)，從而損害人的器官，導(dǎo)致各種疾病，尤其是癌癥，甚至可能改變?nèi)说幕颉?/p>

　　幸運(yùn)的是，我們生活在地球上，而地球擁有強(qiáng)大的磁場(chǎng)。我們知道，在地球磁場(chǎng)的作用下，奔向地球的高能粒子的路線會(huì)發(fā)生改變，它們會(huì)沿著磁場(chǎng)方向，往地球的南北極運(yùn)動(dòng)，有些在極地上空與地球的大氣分子碰撞，產(chǎn)生了色彩瑰麗的極光，有些能量更高的帶電粒子干脆就從地球旁邊繞了過(guò)去，飛往宇宙深處。地球磁場(chǎng)就是一面保護(hù)地球及其周邊空間環(huán)境免受高能粒子轟炸的盾牌。

　　宇航員進(jìn)入太空之后，巨大的地球磁場(chǎng)依然有保護(hù)作用，因?yàn)榈厍虼艌?chǎng)可以延伸到距離地面數(shù)百千米的地方，這已經(jīng)是人造地球衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)軌道了。有時(shí)地球磁場(chǎng)甚至可以膨脹，覆蓋從地球到月球的廣袤空間。這樣，宇航員不論是去國(guó)際空間站還是月球，受到宇宙射線和太陽(yáng)高能粒子傷害的概率就大大降低了。

　　但是，人類的太空探險(xiǎn)計(jì)劃可不只是在地球周圍轉(zhuǎn)悠，還將前往火星或者更遠(yuǎn)的其他星球。就拿去火星來(lái)說(shuō)，旅途已經(jīng)超出了地球磁場(chǎng)的保護(hù)范圍，宇宙射線的危害會(huì)非常嚴(yán)重。而且，從地球出發(fā)去登月，快的話只要幾天就能抵達(dá)目的地月球。但是如果要去火星，則單程也需要幾個(gè)月的時(shí)間。想想看，這幾個(gè)月飛船完全暴露在太陽(yáng)高能粒子和宇宙輻射的轟擊之下，如果沒(méi)有足夠的防護(hù)，飛船中的宇航員就會(huì)有健康和生命之憂。這是多么地危險(xiǎn)!

　　因此要完成更遠(yuǎn)的太空探險(xiǎn)，對(duì)宇宙射線的防護(hù)措施就不能和登月的防護(hù)措施相提并論了，而是要大大加強(qiáng)防護(hù)，在這方面，人們還研究得很不夠。

　　殺人利器低重力

　　失去了地球磁場(chǎng)的保護(hù)，前往火星太危險(xiǎn)了。那么，只呆在地球附近就沒(méi)有危險(xiǎn)了嗎?不，一個(gè)可怕的家伙如影隨形地跟隨著宇航員，威脅著宇航員的健康，它就是低重力，宇航員無(wú)法回避的敵人。

　　做為生活在地球上的生物，為了適應(yīng)有地球重力存在的環(huán)境，我們?nèi)梭w的整個(gè)生理結(jié)構(gòu)才變成今天這副模樣。所以宇航員進(jìn)入太空的第一天，就會(huì)感到不舒服。這是因?yàn)樯眢w各處的體液向身體下部流動(dòng)時(shí)可以借助重力，而向上流動(dòng)時(shí)卻要克服重力，體內(nèi)就進(jìn)化出來(lái)了一些動(dòng)力系統(tǒng)，像跳動(dòng)的心臟等等，把體液壓上來(lái)，以維持正常循環(huán)。

　　可進(jìn)入太空后，由于失重，體液很輕易地向身體上部甚至頭部集中，引起了生理不適。結(jié)果宇航員的腿部由于得不到營(yíng)養(yǎng)，逐漸變得有點(diǎn)兒骨瘦如柴，面部卻浮腫了起來(lái)。一些宇航員剛升入太空時(shí)會(huì)感到有些反胃，也是由于胃里的食物在失重條件下在胃里開(kāi)始折騰造成的。

　　低重力環(huán)境對(duì)宇航員最大的危害，其實(shí)是肌肉萎縮和骨質(zhì)流失。失重讓人體放松下來(lái)，所有為了對(duì)付重力而“打造”的骨頭和肌肉開(kāi)始變得無(wú)所事事了。這會(huì)有什么后果呢?

　　美國(guó)一所大學(xué)的研究人員找來(lái)了9名曾在國(guó)際空間站生活了6個(gè)月時(shí)間的美國(guó)和俄羅斯宇航員，從他們身上取出小腿肌肉的微小組織樣本進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，肌肉纖維的質(zhì)量、力量都大大下降，肌肉的功能也嚴(yán)重衰減，總體看，在半年的太空飛行中，這些強(qiáng)壯的宇航員的體力下降了40%以上。肌肉力量的喪失非常嚴(yán)重，年齡30歲到50歲之間的宇航員剛剛返回地球時(shí)，肌肉的狀況卻有如80歲的老人。

　　別以為上天之前先鍛煉一陣會(huì)有補(bǔ)救效果。研究還發(fā)現(xiàn)，在太空工作同等時(shí)間，原先肌肉最健壯的宇航員，最后肌肉狀況的減損竟然也最厲害。所以，如果用目前的技術(shù)把宇航員從地球送到火星位置，宇航員的肌肉力量損失可能會(huì)達(dá)到50%。

　　此外，在太空中每過(guò)一個(gè)月，宇航員的骨骼重量就會(huì)減少約1.5%到2%。在地球上，骨質(zhì)的迅速流失會(huì)讓人們很容易骨折，其實(shí)在太空中，宇航員也同樣面臨骨折的風(fēng)險(xiǎn)。雖然他們的身體懸浮在空中，但在太空艙或者空間站的狹小環(huán)境中，磕磕碰碰還是難免的，更不用說(shuō)登陸月球或其他星球進(jìn)行危險(xiǎn)的探險(xiǎn)活動(dòng)了。

　　如何對(duì)抗低重力環(huán)境帶來(lái)的健康威脅?如今，如果宇航員要長(zhǎng)期停留在太空，比如說(shuō)在國(guó)際空間站工作，他們每天至少要花兩個(gè)小時(shí)進(jìn)行鍛煉，空間站上配備了跑步機(jī)、彈簧拉力裝置，通過(guò)鍛煉，宇航員可以盡量減少自己肌肉萎縮的速度，使骨質(zhì)流失不那么嚴(yán)重。

　　要人命的小零件

　　2010年6月，美國(guó)宇航員萊斯曼正在空間站外執(zhí)行任務(wù)，突然，空間站巨大的機(jī)械手臂停止不動(dòng)了，萊斯曼被吊在了空間站外動(dòng)彈不得。直到25分鐘后，機(jī)械臂才重新開(kāi)始工作，萊斯曼終于可以回到空間站內(nèi)了。

　　到底發(fā)生了什么事情?原來(lái)，空間站的主計(jì)算機(jī)突然死機(jī)了，讓萊斯曼經(jīng)歷了驚魂一刻。實(shí)際上，空間站的計(jì)算機(jī)出故障是經(jīng)常的，有一次，國(guó)際空間站俄羅斯艙里負(fù)責(zé)控制整個(gè)空間站導(dǎo)航定位和生命維持系統(tǒng)的6臺(tái)計(jì)算機(jī)突然死機(jī)了，而且還無(wú)法正常啟動(dòng)，如果不及時(shí)解決問(wèn)題，空間站就無(wú)法保持在正常的軌道上，氧氣也沒(méi)有辦法制取，空間站里的宇航員將全軍覆滅。故障嚇壞了宇航員和地面工作人員，折騰了好幾天的時(shí)間，人們才逐漸地修復(fù)了這幾臺(tái)電腦。

　　生活中，我們都遇到過(guò)計(jì)算機(jī)出故障的情況，一次突然的死機(jī)可能會(huì)使文件丟失，讓我們捶胸跺足，但這絕不會(huì)危及到我們的生命。可要是載人航天器的計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，宇航員會(huì)面臨死亡的威脅。

　　計(jì)算機(jī)故障，有可能是硬件原因，也可能是軟件原因。載人太空探險(xiǎn)需要大量的設(shè)備支持，包括飛船及其上面的各種設(shè)備，以及地面指揮中心的各種設(shè)備。涉及到的設(shè)備越多，出錯(cuò)的概率也就越大。就拿美國(guó)的阿波羅登月計(jì)劃來(lái)說(shuō)，如果我們把登月是否成功，歸結(jié)為零件的可靠性問(wèn)題，平均下來(lái)，假設(shè)1個(gè)零件在1個(gè)小時(shí)里出現(xiàn)問(wèn)題的概率只有1億分之一，看上去概率非常低了;假如登月過(guò)程中使用了100萬(wàn)個(gè)零件(考慮到使用了大量的設(shè)備，這個(gè)數(shù)據(jù)并不夸張)，那么如果登月計(jì)劃持續(xù)了4天，全部零件不出問(wèn)題的概率是多少呢?

　　37%。也就是說(shuō)，登月計(jì)劃失敗的可能性要大于成功的可能性。所以自從加加林上天后的50年中，發(fā)生了那么多慘重的航天災(zāi)難，也就不奇怪了。2003年1月14日，美國(guó)“哥倫比亞號(hào)”航天飛機(jī)空中解體爆炸，只是因泡沫絕熱材料的小小缺陷導(dǎo)致材料脫落，再擊中機(jī)身;1986年1月28日，美國(guó)“挑戰(zhàn)者號(hào)”航天飛機(jī)在升空后突然爆炸，只是因?yàn)闆](méi)有考慮到當(dāng)時(shí)氣溫過(guò)低，火箭密封材料的密封性能變差了。而前蘇聯(lián)歷史上的宇航災(zāi)難曾使至少100多人殉職，很多航天計(jì)劃都以失敗而告終。

　　在更遠(yuǎn)的1967年，美國(guó)的阿波羅1號(hào)駕駛艙因電線短路而燃起大火，并吞噬了3名宇航員的生命。后來(lái)的分析報(bào)告認(rèn)為，在設(shè)計(jì)駕駛艙的時(shí)候，為了提高密封性能，讓艙門向內(nèi)開(kāi)啟，因?yàn)樵谔?，駕駛艙內(nèi)的壓力大于外界，所以艙門向內(nèi)開(kāi)使密封性能更好，但卻沒(méi)有考慮到因此帶來(lái)的宇航員難以打開(kāi)艙門的問(wèn)題;艙內(nèi)充入了純氧而不是混雜各種氣體的空氣，是為了防止高壓氮?dú)馊菀滓鹩詈絾T出現(xiàn)氮麻醉現(xiàn)象，但卻沒(méi)有考慮物質(zhì)在純氧環(huán)境下極易燃燒的問(wèn)題……

　　我們不能把事故的出現(xiàn)僅僅用人們的疏忽來(lái)解釋。零件越多，出現(xiàn)故障的概率就越大。太空中的光線、溫度、壓力、重力的巨大變化，還有電磁輻射，都很可能讓某個(gè)零件或連接部位出現(xiàn)微小紕漏，然后釀成大禍。美國(guó)最近提出要重啟登月計(jì)劃，而這個(gè)計(jì)劃從開(kāi)始到把人送上月球，至少需要10年的時(shí)間，就是因?yàn)橛?jì)劃需要調(diào)動(dòng)成千上萬(wàn)的公司、工廠，專門生產(chǎn)符合太空探險(xiǎn)和登月環(huán)境的億萬(wàn)個(gè)零件，一個(gè)零件的制造都馬虎不得。

　　精心設(shè)計(jì)的零件會(huì)出錯(cuò)，而宇航員是血肉之軀，更容易出錯(cuò)。我們應(yīng)該為這50年來(lái)人類載人太空探險(xiǎn)的每一次成功喝彩，我們更應(yīng)該清楚地看到，人類到太空中“取經(jīng)”的道路上“妖魔鬼怪”依然猖獗，越向宇宙深處走，就越是險(xiǎn)象環(huán)生，艱險(xiǎn)重重。但這條獲取宇宙真經(jīng)的道路，會(huì)繼續(xù)向遙遠(yuǎn)的空間延伸，永無(wú)止境。