欢迎神十三回家o(* ̄▽ ̄*)ブ

4月16日上午,神舟十三号载人飞船返回舱于东风着陆场预定区域成功着陆,航天员翟志刚、王亚平、叶光富在空间站工作生活183天后平安返回,圆满完成神舟十三号载人飞行任务。

英雄凯旋,小编心潮澎湃,儿时的航天梦似乎要重新点燃!所以,要成为一位航天员,我还差点啥技能呢?



01

失重超重


要说太空里和在地球上最大的不同,莫过于在地球上无处不在的重力在太空中就感受不到了,这种现象我们称为“失重”——我们失去了像空气一样无处不在的重力。那么太空中的重力是如何“消失”的呢。实际上就算我们去到了太空,到达了空间站,离开地球表面也不过400公里,而地球的平均半径为6371公里,也就是约为地球半径的1/16,根据牛顿的万有引力公式,F=GMm/r2,相比地面上的地球对物体的引力,空间站位置地球对物体的引力不过减少了1/162-1/172≈0.045%。但我们却确确实实能感受到了重力的“消失”——空间站中的悬浮的人和物体就是最好的证明。那么问题出在哪呢?



我们来考虑简单的情况。假设人是静止的,在地球表面时,人受到的支持力N=mg,这时候一切正常。在空间站中,人也会受到来自地球的引力(与地面附近近似相等),还有来自空间站的支持力(方向大小未知)。空间站绕着地球近似做匀速圆周运动(实际上是椭圆)时,人与空间站应当具有相同的加速度a=wv,方向指向地心,于是我们解出N'=mg-ma=mg-mwv。

对空间站做同样的受力分析,我们发现空间站只可能受到引力,因为没有什么物体能够给它提供这个“支持”——它处于太空之中。于是我们可以解得wv=g,将这个结果带入N'的表达式中,我们发现,人受到的支持力也为0了,更一般的,任何和空间站相静止的物体,所受到的支持力都是0,而这就意味着人和物体将会悬浮在空间站之中。当然实际上,太空舱内不会是理想的完全失重,而是加速度为10-6~10-4g的微重力。

而另一种与之相反的情况,则发生在航天器发射过程中,这时候航天器加速度很大,方向与前面失重的情况刚好相反,指向地外。对于里面的宇航员来说,其加速度应当满足 a = N/m-g,当a>0 时,N>mg,支持力大于了重力,这就是超重。综合起来看,我们发现,人感受到的力其实只由支持力N决定,也就是说,人其实感知不到真正的加速度的有多大,人只能感受到“推背感”有多大。

而在实际的发射途中,超重带来的体验可远远不止“推背感”,再考虑可能的突发情况,宇航员在地面训练时,一般要承受8g以上加速度的离心机超重训练;而未经受训练的正常人在2g-4g加速度时就已经快达到极限。



超重训练离心机

来源:央视网、腾讯视频



体验4g超重训练的小撒老师

来源:央视网、腾讯视频


02

花式健身

失重带来的第一个问题,就是体质变化。在地球上我们的肌肉和骨骼无时不刻对抗着重力,因此我们无需额外的锻炼,也可以保持我们的肌肉力量和骨骼密度,而在太空中,任何物体都不再又重量,人体也无需对抗重力,肌肉和骨骼就会“缺乏锻炼”,导致肌肉萎缩和骨质疏松等问题。

即便是体格强健的航天员同志,也必须谨慎对待这个问题。因此,他们在太空中时,每天都会进行大约两小时的运动,运动的方式主要为跑步,骑车,拉力带,和静态运动等。(翟志刚:最后这个是我强项



跑步骑车和……静 态 运 动 (●'◡'●)

来源:深圳卫视直新闻


在无重力的情况下怎么跑步呢,很简单,在身上绑两根弹簧链接在跑步机上就可以了,这样跑步时每次跃起就会被弹簧拉下来。由于跑步时会产生剧烈的震动,因此我们的跑步机还需要设计减震装置。

而骑行装置也有讲究,科学家们为宇航员专门设置了带有卡扣的鞋,以此来保证骑行过程中鞋与踏板的稳定链接。



空间站脚踏车专用鞋鞋


03

《投喂》


对于空间站的航天员来说,不仅要克服自己的失重,更要克服身边万事万物的失重,比如——食物。



食投于前而不改色.gif

来源:我们的太空


精准投喂,乃航天生存之必备。投中一时爽,没有投中火葬场就得擦桌擦地“擦空气”了。



精准.gif

来源:我们的太空



你猜我吃到没.gif

来源:我们的太空


说起来,小编小时候看到的太空食谱还是“挤牙膏”这样婶的,随着食品加工技术升级,现在已经扩列至鱼香肉丝、宫保鸡丁、黑椒牛柳、香辣羊肉、椒麻鹅、酸辣笋、麻辣豆干、什锦炒饭、红烩猪排、尖椒土豆、菘菜牛肉汤、粽子、辣味金枪鱼、奶香鸡米、香菇肉沫、酱香油麦菜、蟹黄蚕豆、脆心巧克力、冻干的冰激凌等127种食品了。你甚至可以在空间站吃到新鲜水果,以及三种馅儿的饺子:猪肉白菜饺子、鲅鱼饺子和黄花菜饺子。饺子是在地面加工好的,吃的时候复热即可。

看似发里胡哨,实则良苦用心——航天食品不仅要满足安全又卫生,能够提供充足的能量和营养,还要顾及航天员的口味和饮食习惯,并尽量达到“一口吃”的标准,能在微重力环境下食用,无骨、小块、无残渣。所以不知道下一次上天,会不会吃上一顿太空火锅呢?(搓手手



04

太空洗剪吹

不知道疫情在家期间,世界上又多了多少托尼呢?反正空间站已经拥有了一位自己的“托尼王”——





亚平女神成为空间站的托尼老师

来源:央视网


由于没有重力,剪掉的碎发不会掉落在地面上,而是在整个空间站中飘浮,因此在太空中理发时,还需要用残渣收集器进行收集——也就是用一个“吸尘器”把头发碎渣都吸走。



空间站理发店开业啦!

来源:央视网


洗发也有相同的问题,由于没有重力,淋浴就别想了,直接三个头套解决——

1)戴上一个装了洗发露的头套,反复揉搓;

2)换一个装有清水的头套,反复揉搓;

3)再换一个干的头套,反复揉搓。



05

“简简单单喝个水”


航天员在整个任务期间所需要的水和氧气的量是巨大的,如果全部通过从地面“快递”到空间站的方式,无疑会大大提高空间站维持工作的成本,降低长期驻留空间站的可行性。因此,一套完整的饮用水和氧气的再生循环系统是必不可少的。在空间站中,我们利用电解水来得到氧气,副产物氢气则和二氧化碳反应得到水和甲烷,甲烷排放到太空中,水则经过处理成为饮用水。水的来源除此之外,还有部分来自于人排放的尿液。科学家们设计了一套装置能通过蒸馏再过滤的方式,将尿液处理为可以饮用的水。



我 看 行 !

究竟能不能喝,这事儿当然谁喝谁把关。宇航员们会定期对饮用水进行微生物检测,检测的方式就是假设水中有微生物,那咱们就把水里的微生物培养起来,如果培养出的微生物在标准内,就可以饮用,否则就不可以。

饮用水微生物检测 

来源:新华社