航天员的“超能力”从何而来?他们是怎样练成的?

航天员进行模拟失重水槽出舱活动训练。以上图片均为中国航天员科研训练中心提供

5月28日,神舟十八号乘组圆满完成第一次出舱活动,完成了空间站空间碎片防护装置安装、舱外设备设施巡检等任务。除了出舱,还有许多任务正在进行,考验着航天员的各方面素质。

不少读者好奇,要想成为一名遨游太空、逐梦星辰的航天员,需要哪些能力?我们约请中国载人航天工程航天员系统总设计师黄伟芬进行解读。

——编 者

人类自古就有飞天的梦想,中国的“嫦娥奔月”、古希腊的“代达罗斯飞日”等各种脍炙人口的神话传说,无一不寄托着人类认识和征服太空的美好憧憬。进入现代以来,航天员成为人类开拓太空之路的先锋和世人敬仰的英雄。经常有人会问,航天员的“超能力”从何而来?他们是怎样练成的?

航天员是一个充满挑战的职业,工作环境特殊、职业技能复杂、飞行任务艰巨,需要在严格科学选拔基础上,通过全面系统训练进行长期培养。30多年来,从首飞航天员完成单人单天飞行任务,到航天员乘组完成180多天空间站长期驻留任务,中国载人航天不断挑战新高度;从突破出舱活动技术、完成首次太空漫步,到出舱完成空间站组装建造与维修等复杂作业任务、常态化开展空间站出舱活动,中国航天员每一次出征都不辱使命。我们创建了具有中国特色的完备的航天员选拔与训练技术体系,具备选拔训练航天驾驶员、航天飞行工程师和载荷专家三种不同类别航天员的能力,能够选拔训练满足不同飞行任务需要的飞行乘组。

八大类百余项训练,从难从严系统练就“超能力”

空间站任务艰巨复杂,航天员飞行时间长达3到6个月,对其身体素质、知识技能、应急决策与处置能力、心理调适能力等都提出了极高要求。因此,航天员必须接受全面系统的训练,在思想、身体、心理、知识储备和操作技能等方面具备执行飞行任务的能力,做好执行任务的准备。

航天员系统本着“从难从严、从实战出发、试训一体”的原则,设计实施了八大类百余项训练科目。这些科目包括基础理论训练、体质训练、心理训练、航天环境适应性训练、救生与生存训练、航天专业技术训练(包括出舱活动技术训练、交会对接技术训练、空间站技术训练、货运飞船技术训练、载人飞船技术训练、空间实(试)验技术训练等)、飞行程序与任务模拟训练、大型联合演练等。除了训练科目,航天员还会参加人船联试、人船站地联试、长期载人综合模拟验证试验、出舱活动水下验证试验、工效学评价试验等各类工程研制试验活动,并深度参与飞行手册和预案编写,不断强化提升综合实战能力。

虚实结合贴近实战,多维度练就过硬出舱本领

出舱活动训练,是空间站任务航天员最重要、难度最大、最复杂的训练科目,包括出舱活动理论、操作技能和出舱程序训练。出舱活动理论训练涉及出舱活动技术基础、医学基础、舱外服等内容,通过授课方式进行。操作技能和出舱程序训练利用各类模拟器进行,既有正常工况下的操作,也有应急故障处置操作;既有常压环境下的训练,也有模拟失重环境和低压环境下的训练。

模拟失重水槽出舱活动训练最广为人知。在训练时,通过浮力配平,航天员身着水下训练服,在模拟太空失重状态下,用双手控制身体姿态,完成舱外转移、上下机械臂、设备组装等操作。水下训练不仅需要体能和力量,也需要技巧。比如,登上机械臂脚限位器是一个技巧性非常强的操作,航天员无法通过眼睛直接看到脚限位器的位置,只能借助手腕上的反光镜进行观察。这就需要航天员手握环形扶手控制身体姿态,反复练习登上脚限位器的动作。

10帕低压环境出舱活动训练,是每一名执行出舱活动任务的航天员必须接受的一项极具挑战的高风险训练。训练时,如果低压训练服或其他设备出现问题,有可能导致灾难性后果。因此,这不仅是出舱程序和操作技能训练,更是对航天员心理的考验。

除水槽训练外,航天员还须在配有气浮悬吊装置的训练模拟器上进行出舱过闸和返回过闸程序及操作训练。训练中,气浮悬吊装置可使航天员在身着笨重的常压训练服的情况下移动身体完成相关操作,帮助航天员掌握相关程序和操作技能。

虚拟现实训练器,是航天员进行出舱活动协同训练的重要设施。训练时,两名出舱航天员佩戴虚拟现实眼镜,舱内航天员使用机械臂操作台控制机械臂,三人协同完成出舱活动模拟训练。航天员可沉浸式体验在舱壁上行走、乘坐机械臂转移,可俯瞰地球,也可仰望星空。逼真的“舱外环境”给航天员一种身临其境的视觉冲击和心理体验。

极端环境真实磨炼,全方位练就超强团队救生能力

出舱,不仅仅是在太空。航天员返回地面后,尤其是应急返回后,如果救援人员不能按时到达,就需要自主出舱。因此航天员必须接受救生与生存训练,具备在恶劣环境下生存的能力。

在救生与生存训练中,沙漠生存训练和海上救生训练难度很高。在沙漠训练中,航天员要在地表温度高达近75摄氏度的沙漠中独立生存两天,经受大风扬沙、烈日高温、降雨降温等恶劣气象条件考验,自主搭建帐篷、分配宝贵的应急水资源与食品资源,并完成救生设备使用考核。

海上救生训练包括海上自主出舱、海上生存、海上救援船救援、直升机悬吊营救训练等科目。航天员先要在狭小闷热的返回舱内完成出舱前的各项准备工作,之后携带救生物品出舱、爬上救生船、发出求救信号、开展各种生存活动。在一望无际、波涛汹涌的海面上漂流5小时,阳光暴晒加之海水冰凉,会引发眩晕、呕吐等生理反应。航天员需要克服各种困难完成训练任务,掌握救生技能,更要磨炼坚忍不拔的意志品质,增强团队的凝聚力与协同配合能力。

情绪相容选训结合,科学练就心理调适能力

航天飞行是一项高风险的活动,航天员承受着巨大的心理负荷,尤其是长期载人飞行需要航天员具有良好的心理调适能力,航天员心理选拔与训练尤为重要。

与救生生存训练相比,心理训练中的狭小密闭环境睡眠剥夺训练同样极具挑战。在这项训练中,航天员要在不足6平方米的小房间内、连续72小时睡眠剥夺的情况下,完成多项生理、认知、情绪等测试以及相关任务。睡眠剥夺对人的认知、情绪、操作等身心状态影响非常大,让航天员体验到极端情况下的身心状态,磨砺坚决完成任务的战斗精神,被公认为航天员训练中最具挑战性的科目之一。此外,心理训练还包括心理放松、心理表象、心理调适、心理相容性训练及结合性心理训练等多个科目,帮助航天员掌握心理放松与调适技能,提升航天员心理稳定性与心理相容性,更好执行长期在轨飞行任务。

超重、失重、振动、旋转等训练,练就超强航天环境耐力适应性

载人航天飞行中航天员要承受超重、失重、噪声、振动、旋转、着陆冲击等各种环境因素的影响,而人对航天环境的耐力和适应性个体差异很大,因此必须进行航天环境适应性选拔和训练,这是航天员选拔训练中最具特色的项目之一。通过选拔,挑选出对航天环境耐力较好的候选者进入航天员队伍,之后必须每年定期进行训练以保持较高的耐力水平,提高适应能力。

超重训练中,巨大的离心机模拟飞船上升及返回期间的超重曲线,使航天员最高要承受8倍于自身体重的压力,带来肌肉变形、黑视乃至意识模糊等生理挑战。航天员手握中止训练按钮,但多年来没有一名航天员按下这个按钮。

空间运动病是航天员入轨后3天内的高发问题。说是病,其实是进入失重状态下的一种生理反应,人会感到眩晕、面色苍白、出汗,严重时会呕吐,与我们平时晕车、晕船相似。航天员发生空间运动病概率的高低与其前庭器官对运动刺激的耐受能力密切相关。因此,候选者要接受严格的前庭功能检查,排除运动病史、前庭功能不正常或前庭耐力差等问题后,进行专门训练。训练中,航天员要在旋转的座椅上接受头部前后左右摆动等强烈前庭刺激,以提升前庭功能,预防空间运动病。

航天专业任务模拟,练就过硬处置能力

执行空间站任务时,航天员要对空间站组合体运行进行监控管理、维护维修,完成大量站务管理、物资管理、空间实(试)验等工作,需要掌握学科门类众多的知识和技能。比如,航天员在轨使用的各类飞行手册有70多册,共计约390万字。航天员要熟知这些内容,当需要时能快速查找,对关键内容更是烂熟于心。因此,航天员需要进行大量空间站技术、空间实(试)验技术等航天专业技术训练。

在执行任务前,还要利用空间站组合体模拟器开展组合体全程序模拟训练。航天员要在组合体模拟器内完成为期两周的全任务模拟训练,从加热食品到使用大小便收集装置,从维护环控生保系统到开展试验研究,从锻炼身体到与地面通信交互,覆盖在轨执行任务时的所有通用操作。这既是训练也是一次综合大考,有助于航天员将学到的各种知识融会贯通,协同配合更为默契,为执行飞行任务做好万全准备。

宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒来。航天员训练是一个漫长的征程,是航天员提高身心素质、磨炼意志、获得丰富学识与职业技能的过程,也是一个连续不断全面提高职业素养的过程。航天员不仅在飞行前要进行训练,在飞行中也要进行复习性、维持性、新增的、地面无法真实操作的任务等相关训练,例如出舱活动前,航天员须身穿舱外服进行在轨训练。在完成航天飞行之后,还要继续训练,为参加下次飞行做好准备。对于航天员来说,千锤百炼,学无止境,只要不退役,训练就不会中止!

编辑:李强;