第九章-宇航员的太空探索课件.ppt

1、第九章第九章 宇航员的太空探索宇航员的太空探索 太空探索是指以物理手段探索地太空探索是指以物理手段探索地球以外物体以及探索太空时涉及到的球以外物体以及探索太空时涉及到的任何技术任何技术,科学政策。人类历史上最科学政策。人类历史上最著名并最有影响力的一次太空探索是著名并最有影响力的一次太空探索是在在冷战美苏冷战美苏太空竞赛期间第一个人类太空竞赛期间第一个人类成功踏上月球。成功踏上月球。太空探索史太空探索史太空探索史太空探索史第一节第一节 宇航员又称太空人宇航员又称太空人 宇航员宇航员,或称航天员或称航天员,指以太空飞行为职业或进指以太空飞行为职业或进行过太空飞行的人。确定太空飞行的标准则没有行过

2、太空飞行的人。确定太空飞行的标准则没有完全统一。在美国完全统一。在美国,以旅行高度超过海拔以旅行高度超过海拔80公里公里(50英里英里)的人被称为宇航员的人被称为宇航员(astronaut)。国际航空。国际航空联合会联合会(FAI)定义的宇宙飞行则需超过定义的宇宙飞行则需超过100公里。公里。到到2004年年4月月18日为止日为止,按照美国的定义共计按照美国的定义共计440人人,在太空里度过了一共在太空里度过了一共27082个全体乘员天个全体乘员天(crew-day,美国的定义美国的定义),在太空中散步共享了在太空中散步共享了98个全体乘个全体乘员天。在国际航空联合会的定义下员天。在国际航空联

3、合会的定义下,只有只有434人符人符合资格。进入太空的宇航员来自至少合资格。进入太空的宇航员来自至少32个国家。个国家。在香港及东南亚在香港及东南亚,航天员亦称太空人。航天员亦称太空人。想要成为宇航员想要成为宇航员,一定要有强健的体魄一定要有强健的体魄,以防晕船以防晕船,良良好的教育水平好的教育水平,以及分析和解决问题的能力。早期的宇航以及分析和解决问题的能力。早期的宇航员都是从空军的飞行员或试验飞行员中挑选出来的。随员都是从空军的飞行员或试验飞行员中挑选出来的。随着飞船的设计逐步改进对宇航员体格的要求亦相应地降着飞船的设计逐步改进对宇航员体格的要求亦相应地降低。现时低。现时,宇航员可分为驾驶

4、员、任务专家和载荷专家宇航员可分为驾驶员、任务专家和载荷专家;驾驶员的任务是驾驶飞船驾驶员的任务是驾驶飞船,而任务专家和载荷专家则负责而任务专家和载荷专家则负责一连串的研究和试验。一连串的研究和试验。基础训练的目的基础训练的目的,首先是使宇航员候选人掌握并完成首先是使宇航员候选人掌握并完成载人航天所必须的科学知识和技巧载人航天所必须的科学知识和技巧,其次是要进一步提高其次是要进一步提高其体能和改善其心理品质。宇航员所必须接受的体能和其体能和改善其心理品质。宇航员所必须接受的体能和心理训练心理训练:例如置身重力达例如置身重力达10磅地球重力的离心机和长期磅地球重力的离心机和长期处于绝音室的训练处

5、于绝音室的训练,其艰苦程度实在令人难以想象。其艰苦程度实在令人难以想象。首首先先,要有本科学习经历要有本科学习经历,需要接受科学、医药、工程学等需要接受科学、医药、工程学等领域的知识领域的知识;其次其次,必须具备操作经验必须具备操作经验,尤其是担任试飞员尤其是担任试飞员的经验的经验;第三第三,优秀的宇航员还善于帮助别人。优秀的宇航员还善于帮助别人。”正在训练的美国宇航员正在训练的美国宇航员第二节第二节 中国宇航员训练中国宇航员训练 在北京西郊在北京西郊,有一座中国的宇航员培训有一座中国的宇航员培训基地基地,也是世界上第也是世界上第3座大规模的航天城。座大规模的航天城。航天员的基本训练内容有航天

6、员的基本训练内容有:有关的理论有关的理论知识知识,如天文、地理、地质、气象、大气物如天文、地理、地质、气象、大气物理、飞行力学、计算机、无线电导航、领理、飞行力学、计算机、无线电导航、领航、火箭和航天器构造等航、火箭和航天器构造等;必要的医学常识必要的医学常识和救护技术和救护技术;体育训练项目有伏虎、秋千、体育训练项目有伏虎、秋千、游泳、滑水、冲浪、滑雪、爬山和绷床等。游泳、滑水、冲浪、滑雪、爬山和绷床等。项目一项目一:挑战晕眩挑战晕眩 航天城有最快航天城有最快1分钟转分钟转24圈的转椅。圈的转椅。这四面封闭这四面封闭,一张类似牙科治疗椅的转一张类似牙科治疗椅的转椅不但可以做椅不但可以做180

7、度顺时针和逆时针的度顺时针和逆时针的快速运转快速运转,而且可以同时上下前后摆动。而且可以同时上下前后摆动。转椅主要用于检查宇航候选者的前庭转椅主要用于检查宇航候选者的前庭神经功能神经功能,以了解其对震动及眩晕的耐以了解其对震动及眩晕的耐受能力。转椅一经启动就开始加速受能力。转椅一经启动就开始加速,最最快时大约每快时大约每2.5秒就要转一圈秒就要转一圈,那种眩晕那种眩晕的滋味非一般人所能承受。的滋味非一般人所能承受。项目二项目二:忍受忍受“寂寞寂寞”空气必须被抽掉的低压舱训练中心还空气必须被抽掉的低压舱训练中心还准备了适应太空生活的模拟舱准备了适应太空生活的模拟舱,包括工作舱、包括工作舱、休息舱

8、和卫生舱三部分。休息舱和卫生舱三部分。三间舱都装有摄像设备三间舱都装有摄像设备,人的一举一动人的一举一动,包括入厕包括入厕,都会被记录下来。当宇航员穿上都会被记录下来。当宇航员穿上特的航天服走进低压舱之后特的航天服走进低压舱之后,舱内的空气就舱内的空气就被抽掉被抽掉,宇航员就此进入宇航员就此进入“太空太空”,在几天以至在几天以至长达两三个月的试验中长达两三个月的试验中,宇航员要忍受孤寂宇航员要忍受孤寂的煎熬。舱内既没有电视也没有音响的煎熬。舱内既没有电视也没有音响,就连就连一些摇摆幅度较大的运动也不可能。一些摇摆幅度较大的运动也不可能。项目三项目三:看星认路看星认路 看星认路是救命绝招看星认路

9、是救命绝招,天象仪室是训练中的天象仪室是训练中的最后一个关卡最后一个关卡,当灯光熄灭后当灯光熄灭后,一个极为绚丽的太一个极为绚丽的太空世界空世界太阳系的璀璨、银河系的广袤无不太阳系的璀璨、银河系的广袤无不清晰地展现在眼前。恍惚中清晰地展现在眼前。恍惚中,“飞船飞船”开始绕地球开始绕地球飞行飞行,宇航员要在这识别他未来行走所要经过的宇航员要在这识别他未来行走所要经过的路线路线,记清引导飞船入轨的一个个路标记清引导飞船入轨的一个个路标那一那一颗颗看似相同但却有著千差万别的小星星。认颗颗看似相同但却有著千差万别的小星星。认路是为了防止飞船在航行过程中自动系统发生路是为了防止飞船在航行过程中自动系统发

10、生故障故障,如果出现故障如果出现故障,宇航员不得不用手动装置宇航员不得不用手动装置,那那时就只能依靠自己重新回到地球上来了。时就只能依靠自己重新回到地球上来了。项目四项目四:心理品质训练心理品质训练 通常进行表象训练、放松训练、心理通常进行表象训练、放松训练、心理访谈等。其目的在于访谈等。其目的在于:1发展与强化航天员在极其严酷而复发展与强化航天员在极其严酷而复杂的太空环境中杂的太空环境中,完成航天任务所需的感觉、完成航天任务所需的感觉、知觉、注意、表象、记忆、思维等心理品知觉、注意、表象、记忆、思维等心理品质。质。2培养航天员勇敢、沉着、坚定、顽培养航天员勇敢、沉着、坚定、顽强的个性特征强的

11、个性特征,使之在高度紧张、危险、意使之在高度紧张、危险、意外的紧急关头外的紧急关头,能消除过度紧张情绪能消除过度紧张情绪,保持高保持高度的心理稳定性。度的心理稳定性。3增强航天员心理上的承受力增强航天员心理上的承受力,即使在缺即使在缺氧、减压、加速度的条件下氧、减压、加速度的条件下,能经受意外冲击以能经受意外冲击以及能应付环境突变的能力。及能应付环境突变的能力。4进行思维敏捷性训练进行思维敏捷性训练,提高应变思维能提高应变思维能力。力。心理训练贯穿航天员训练的全过程心理训练贯穿航天员训练的全过程,往往与往往与其他训练项目交织在一起。如飞行训练、跳伞其他训练项目交织在一起。如飞行训练、跳伞训练训

12、练,在完成专业技能训练之外在完成专业技能训练之外,克服紧张、焦虑、克服紧张、焦虑、慌乱、恐惧情绪等达到心理训练的目的慌乱、恐惧情绪等达到心理训练的目的,也通过也通过适当的文体活动转移注意适当的文体活动转移注意,利用生物反馈方法进利用生物反馈方法进行自我放松训练行自我放松训练,达到迅速消除疲劳和紧张情绪达到迅速消除疲劳和紧张情绪,保持和恢复正常精力。保持和恢复正常精力。正在训练的中国宇航员正在训练的中国宇航员航天员正在模拟太空舱训练航天员正在模拟太空舱训练冲击耐力试验冲击耐力试验航天员心肺功能测试航天员心肺功能测试第三节第三节 航天员训练航天员训练50年演变年演变 美国国家航空航天局美国国家航空

13、航天局(简称美国航天局简称美国航天局)1959年在其年在其航天员训练计划纲要中写道航天员训练计划纲要中写道:“航天员的首要作用是在自航天员的首要作用是在自动系统发生故障时发挥应急功能动系统发生故障时发挥应急功能,为系统可靠性作出贡为系统可靠性作出贡献。献。”按这份纲要来看按这份纲要来看,最早一批美国航天员扮演的角色最早一批美国航天员扮演的角色仅仅是在紧急关头摁动某个按钮。仅仅是在紧急关头摁动某个按钮。“航天第一人航天第一人”、苏联、苏联航天员尤里航天员尤里加加林当年也被要求在键盘上正确输入一加加林当年也被要求在键盘上正确输入一个专用密码后个专用密码后,才能获准控制飞船。据说这一程序是为才能获准

14、控制飞船。据说这一程序是为了检测人在太空航行中是否保持神智清醒。了检测人在太空航行中是否保持神智清醒。半个世纪过去半个世纪过去,航天员培训内容越来越丰富航天员培训内容越来越丰富,航天员航天员早已不仅仅是驾驶员早已不仅仅是驾驶员,除了除了“发挥应急功能发挥应急功能”,他们需要主他们需要主动操控很多复杂的任务。动操控很多复杂的任务。在最早期的航天飞行中在最早期的航天飞行中,航天员作用有限航天员作用有限,因为没因为没有人知道进入太空后会发生什么。但为了确保有人知道进入太空后会发生什么。但为了确保“前无前无古人古人”的航天飞行万无一失的航天飞行万无一失,苏联或美国当初层层选拔苏联或美国当初层层选拔出来

15、的第一批航天员经历了全面培训和磨练。出来的第一批航天员经历了全面培训和磨练。苏联苏联“东方东方”号载人飞船计划培训的第一批航天员号载人飞船计划培训的第一批航天员包括加加林在内共包括加加林在内共21人人,美国为美国为“水星水星”号飞船计划挑选号飞船计划挑选了了7个人。个人。“对双方而言对双方而言,在把第一个人送入太空前在把第一个人送入太空前,面对的都面对的都是未知因素是未知因素,”英国出生的航天员皮尔斯英国出生的航天员皮尔斯塞勒斯说塞勒斯说,“所所以他们尽量让以他们尽量让(培训培训)涵盖所有内容涵盖所有内容,但双方的出发点略但双方的出发点略有不同。有不同。”当时的苏联和美国当时的苏联和美国,第一

16、批航天员都从国内最优秀第一批航天员都从国内最优秀的飞行员中选拔。在苏联人看来的飞行员中选拔。在苏联人看来,航天飞行可能意味着航天飞行可能意味着需要应对各种极端环境。需要应对各种极端环境。随着计算机技术应用的普及随着计算机技术应用的普及,航天员的训练形式也发航天员的训练形式也发生了变化。航天员塞勒斯说生了变化。航天员塞勒斯说,今天的航天员训练很大程度今天的航天员训练很大程度上依赖于虚拟技术上依赖于虚拟技术,尤其是尤其是“太空漫步太空漫步”这类任务这类任务,虚拟技虚拟技术已经成为一种例行程序术已经成为一种例行程序,机器人技术也运用得越来越多。机器人技术也运用得越来越多。“从第一次飞行到现在从第一次

17、飞行到现在,(训练训练)任务已经发生改变。任务已经发生改变。我们不只是驾驶一架飞船绕着地球飞我们不只是驾驶一架飞船绕着地球飞,我们现在用的飞船我们现在用的飞船非常复杂非常复杂,有很多系统需要操控有很多系统需要操控,”塞勒斯说。塞勒斯说。航天飞机的问世对驾驶员提出了更高要求。航天飞机的问世对驾驶员提出了更高要求。“它发它发射时像火箭一样射时像火箭一样,绕轨道飞行时像太空船绕轨道飞行时像太空船,着陆时则像一着陆时则像一架非常复杂的滑翔机架非常复杂的滑翔机,所以有很多东西需要掌握。所以有很多东西需要掌握。”创下连续太空旅行最长时间女性纪录的苏尼创下连续太空旅行最长时间女性纪录的苏尼威廉斯威廉斯说说,

18、如今的航天培训不仅仅注重让航天员做好上天准备如今的航天培训不仅仅注重让航天员做好上天准备,也强调如何在越来越长的也强调如何在越来越长的“飞天飞天”过程中保持良好状态。过程中保持良好状态。约翰逊航天中心约翰逊航天中心北京航天城北京航天城星城星城Star City第四节第四节 走出地球的宇航员走出地球的宇航员 在人类的航天史上在人类的航天史上,很多宇航员做出了卓越的贡献。很多宇航员做出了卓越的贡献。他们在太空中留下了人类的足迹他们在太空中留下了人类的足迹,为人类的航空事业立为人类的航空事业立下了座座丰碑下了座座丰碑,他们是人类的骄傲。或许有一天他们是人类的骄傲。或许有一天,我们都我们都可以像他们一

19、样遨游太空。可以像他们一样遨游太空。1961年年4月月12日莫斯科时间上午日莫斯科时间上午9时时7分分,在拜科努尔在拜科努尔飞船发射场飞船发射场,一枚有一枚有6个发动机的重型火箭顶端连着一个个发动机的重型火箭顶端连着一个直径为直径为2.3米的球形容器米的球形容器“东方东方”1号。这里坐看世界上第号。这里坐看世界上第一位宇航员一位宇航员前苏联空军少校尤里前苏联空军少校尤里加加林。加加林。月球作为离地球距离最近的一个天体月球作为离地球距离最近的一个天体,人类一直没人类一直没有停止对月球的探索有停止对月球的探索,美国的詹姆斯美国的詹姆斯A洛弗尔、弗兰洛弗尔、弗兰科科波尔曼、威勒姆波尔曼、威勒姆A安德

20、尔斯是首次到达月球区域的安德尔斯是首次到达月球区域的宇航员。他们乘坐宇航员。他们乘坐“阿波罗阿波罗”8号飞船号飞船,在在1968年年12月月2127日日,围绕月球飞了围绕月球飞了10圈。圈。宇宙飞船中的加加林宇宙飞船中的加加林 尤里尤里加加林加加林 “阿波罗阿波罗”8号组员号组员 美国的杰瑞美国的杰瑞L罗斯是一位老宇航员罗斯是一位老宇航员,他他的飞行次数累计达到了的飞行次数累计达到了7次次,是世界上飞天次是世界上飞天次数最多的宇航员。他于数最多的宇航员。他于1980年年5月被进入月被进入,成成为美国航空航天局的一名宇航员。之前他为美国航空航天局的一名宇航员。之前他先后飞过先后飞过21种不同类型

21、的飞机种不同类型的飞机,累计飞行时累计飞行时间超过间超过3800小时。小时。前苏联的格尔曼前苏联的格尔曼斯捷潘诺维寺斯捷潘诺维寺李托夫李托夫,在他首次进入太空执行任务时才在他首次进入太空执行任务时才25岁岁,是世是世界上最年轻的宇航员。最年长的宇航员是界上最年轻的宇航员。最年长的宇航员是美国的约翰美国的约翰H格林格林,在他已经在他已经77岁高龄的时岁高龄的时候候,还执行了还执行了9天的飞行任务。天的飞行任务。杰瑞杰瑞L罗斯罗斯 格尔曼格尔曼斯捷潘诺维寺斯捷潘诺维寺李托夫李托夫 约翰约翰H格林格林(中中)2003年年10月月15日日,“神舟神舟”五号带着中国五号带着中国首位宇航员杨利伟升空首位宇

22、航员杨利伟升空,完成了中国第一次完成了中国第一次载人航天飞行载人航天飞行,使中国成为第三个拥有载人使中国成为第三个拥有载人航天技术的国家。航天技术的国家。杨利伟杨利伟 费俊龙费俊龙 聂海胜聂海胜神九航员刘洋神九航员刘洋(左左)景海鹏景海鹏(中中)刘旺刘旺(右右)第五节第五节 宇航舱里的生活宇航舱里的生活 为了保证宇航员在太空中的营养、太为了保证宇航员在太空中的营养、太空食品要经过特殊的设计。在失重情况下空食品要经过特殊的设计。在失重情况下,食物在合用过程中不能产生碎屑食物在合用过程中不能产生碎屑,因为这因为这些碎屑会漂浮在舱内些碎屑会漂浮在舱内,污染舱内环境。所污染舱内环境。所以早期人们发明了

23、以早期人们发明了“牙膏式牙膏式”食品食品,可以将可以将糊状的食物挤入口中。现代的太空食品种糊状的食物挤入口中。现代的太空食品种类很多类很多,有复水食品、天然食品、热稳定有复水食品、天然食品、热稳定食品等。食品等。宇航员正在用餐宇航员正在用餐 睡觉睡觉,这件看似简单的事情这件看似简单的事情,到了太空上到了太空上也是要经过特别设计的。现代的载人航天也是要经过特别设计的。现代的载人航天器中器中,有睡袋、睡铺或者睡眠间。没有了地有睡袋、睡铺或者睡眠间。没有了地心引力心引力,宇航员在睡眠过程中就没有了躺在宇航员在睡眠过程中就没有了躺在床上的感觉。飘忽不定床上的感觉。飘忽不定,使宇航员的睡眠很使宇航员的睡

24、眠很不踏实。睡袋有特殊的束缚装置不踏实。睡袋有特殊的束缚装置,可以将宇可以将宇航员的身体、头部与支撑垫和枕头贴紧航员的身体、头部与支撑垫和枕头贴紧,让让宇航员有类似于在地球上睡觉的感觉。宇航员有类似于在地球上睡觉的感觉。宇航员正在睡觉宇航员正在睡觉 宇航员在舱内工作宇航员在舱内工作,就不需要穿着专门就不需要穿着专门的宇航服了。在太空站中搬运物体也是宇的宇航服了。在太空站中搬运物体也是宇航员工作的一部分航员工作的一部分,这个工作要比在地球上这个工作要比在地球上容易得多。因为物体到了太空中都不再具容易得多。因为物体到了太空中都不再具有原来的重量了。再大的物体有原来的重量了。再大的物体,都是轻飘飘都

25、是轻飘飘的的,轻轻一拿就可以轻轻一拿就可以“搬搬”走了。走了。飘浮着的飘浮着的宇航员宇航员 习惯了地球环境的人类习惯了地球环境的人类,到了太空之后到了太空之后身体的各种功能和机能都会受到影响身体的各种功能和机能都会受到影响,所以所以宇航员到了太空中也要坚持锻炼。拉力器、宇航员到了太空中也要坚持锻炼。拉力器、功率自行车和跑步器是非常有效的锻炼器材功率自行车和跑步器是非常有效的锻炼器材。这些器材帮助宇航员平衡全身的体液循环。这些器材帮助宇航员平衡全身的体液循环,防止在失重状态下腿部肌肉的损失。防止在失重状态下腿部肌肉的损失。在跑步机上锻在跑步机上锻炼的宇航员炼的宇航员第六节第六节 宇航员的太空行走

26、宇航员的太空行走 人类已经乘坐各种航天器在太空中飞行了人类已经乘坐各种航天器在太空中飞行了,看到太空中的神奇景色看到太空中的神奇景色,人类想迈出自己的脚步人类想迈出自己的脚步去走一走。于是去走一走。于是,当人类的航天技术发展到一定当人类的航天技术发展到一定阶段阶段,能够给字航员提供必要的保护时能够给字航员提供必要的保护时,宇航员就宇航员就走出航天器的舱门走出航天器的舱门,实现了人类的太空行走。实现了人类的太空行走。太空行走是指宇航员离开载人航天器的乘太空行走是指宇航员离开载人航天器的乘员舱员舱,只身进入太空的出舱活动。太空行走是载只身进入太空的出舱活动。太空行走是载人航天的一项关键技术人航天的

27、一项关键技术,是载人航天工程在轨道是载人航天工程在轨道上安装大型设备、进行科学实验、施放卫星、上安装大型设备、进行科学实验、施放卫星、检查和维修航天器的重要手段。要实现太空行检查和维修航天器的重要手段。要实现太空行走这一目标走这一目标,需要诸多的特殊技术保障。需要诸多的特殊技术保障。美国航天史上第一位出舱活动的宇航美国航天史上第一位出舱活动的宇航员员,是爱德华是爱德华H怀特。他曾经是一名试飞怀特。他曾经是一名试飞员员,在在1962年年9月被挑选成为一名宇航员。月被挑选成为一名宇航员。1965年年6月月37日日,他乘坐他乘坐“双子星座双子星座”4号飞号飞船进入太空船进入太空,在舱外工作了在舱外工

28、作了21分钟分钟,用喷气枪用喷气枪进行了移动试验进行了移动试验,成成为实现美国太空行为实现美国太空行走的第一人。走的第一人。1965年年3月月18日日,勇敢的前苏联宇航员勇敢的前苏联宇航员阿列克谢阿列克谢阿尔希波维奇阿尔希波维奇列昂诺夫走出了列昂诺夫走出了航天器。他在太空中度过了大约航天器。他在太空中度过了大约24分钟分钟,其其中有几次离开飞船距离达到中有几次离开飞船距离达到5米米,完成了人完成了人类首次出舱活动任务。为此类首次出舱活动任务。为此,国际航空联合国际航空联合会将会将“宇宙宇宙”金质金质奖章授予列昂诺奖章授予列昂诺夫夫,还用他的名字还用他的名字命名了月球背面命名了月球背面的一座环形

29、山。的一座环形山。2008年年9月月27日日,“神舟神舟”七号航天员翟七号航天员翟志刚成功进行了一次太空行走志刚成功进行了一次太空行走,这标志着中这标志着中国历史上第一次太空行走成功完成。当中国历史上第一次太空行走成功完成。当中国航天员翟志刚完成出舱活动后顺利返回国航天员翟志刚完成出舱活动后顺利返回“神舟神舟”七号飞船轨道七号飞船轨道,中国载人航天工程取中国载人航天工程取得了又一具有里程碑意义的重大技术突破得了又一具有里程碑意义的重大技术突破。中国也随之成为距。中国也随之成为距1965年前苏联航天员年前苏联航天员列昂诺夫第一次太空行走列昂诺夫第一次太空行走43年来年来,世界上第世界上第三个掌握空间出舱活动技术的国家。三个掌握空间出舱活动技术的国家。中国漫步太中国漫步太空第一人空第一人翟志刚出翟志刚出舱成功舱成功