世界航天日 带孩子走进奇妙航天世界(3)

2016-04-12 16:04 千龙教育

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12.为什么地球有重力而在太空却没有?

太空中是有重力的,但我知道你不是指这个。可以这样解释:重力的生成与质量有关。质量是以非常特殊的方式对太空产生影响(爱因斯坦会说,质量使太空弯曲。)这种作用是由艾萨克?牛顿发现的、被我们称为万有引力的力量来传递的。根据我们的观察万有引力学说是正确的。如果不是这样的话,阿波罗登月计划就无法实现。同样,一个物体地心引力的减少是与物体间距离的平方根成正比的。

在地球上,物体质量所产生的重力,表现出像一个“压力”作用在与地面接触的物体上,我们称之为“重量”。当没有这种接触的时候,举例来讲,在地球轨道上,飞行器没有直接与地球接触,也就没有重力。但是太空船仍然有质量,就会产生自身的重力区(当然对于小型的航天飞机就没有重力了)。

也就是说在太空中所有具有重大质量的中心的星体,像太阳、地球和其他行星,都是有地心引力的。牛顿也发现在没有加速度作用的情况下,真空中的物体可以永不停歇的沿直线运动。但是,一个物体,例如空间站,有地球拉着它时,使它在地球轨道上运转时,不能认为是处于“失重”状态;这样,在轨道上运行的空间站所出现的“失重”,并不是地心引力作用不存在,而是重力作用对它的作用消失。一旦有了阻力,大气阻力、发动机动力、旋转产生的离心加速度等等,失重现象就不见了。

13. 航天飞机发射时是什么感觉?

在发射台上,由于座舱的方向和位置,航天员们是背靠背、脚朝上(航天医生规定了他们发射前处于这种状态的时间)。在舱门关闭和所有的最后检查工作已经完成后,航天员在心里默默期待着发射,在脑海中再一次回忆在过去的几年中所培训的操作程序。例如,他们上方的所有橱柜是否锁好?眼前的提示卡提醒你在紧急情况下应采取什么措施?最后倒计时到6秒,三个液态火箭推进器点燃。当航天飞机前后晃动5英尺时,你可以很明显的感到它的晃动,这时,轨道器强烈的摆动和振动起来。但是航天员听不到任何发动机发出的雷鸣般的轰响。

然后计数到零,头盔上的无线设备中传来指令:“点火、升空。”两个固态燃料火箭推动器点火,航天飞机开始冲向太空。这时候你不会感觉非常明显的加速度,与飞机起飞时的感觉差不多。火箭推动器内的燃料不是均匀地燃烧,推进过程中颠簸得厉害。整个座舱就像汽车以最大速度在鹅卵石上飞驰一样颠簸不停。

一旦推动器点着,在燃料燃尽前它们是不会停下来的。在起飞后两分钟,航天飞机排空了的容器开始脱落,噪音没有了,每个航天员不适感大为减弱。三个液态推进器的发动机里的燃料继续燃烧,发出嗡嗡声,当燃料烧尽后,航天飞机变轻了,继续保持加速度。(因为根据牛顿学说,加速度等于质量的平方。)

在升空7.5分钟时,外部的巨大容器内的燃料已经烧掉90%,航天飞机在起飞时的重量达到2000吨,而现在不到200吨,压力已经达到3g——是地球重力的3倍。发动机减速到3g’s。在这个加速度,穿着沉重航天服的航天员,呼吸变得非常困难,会下意识的呼吸和挺胸。

最后,主发动机关闭。几秒钟内,发动机的推进力降到零。航天员会突然间感到胸口的压力消失了,并有种失重感,此时,航天员已经在太空中。

14. 为什么我们要建空间站?它有什么用途?

我们国家提出在地球轨道上建永久的平台有很多的理由,而且通过与其他国家的国际合作可以使我们受益非浅。

空间站提供了一种全新的提高人类生活水平的方式。现在每个人都应该知道在地球轨道上,太空提供了许多非常有用的、在地球上找不到的环境,例如失重、高真空、高温、极冷、极热、未经过滤的太阳光和可以看到地球的全貌和环境,以及用天文望远镜观察不被充满空气、云彩和污染物的大气层所阻挡的宇宙。

这些特殊的环境,可以使我们在那里进行人、动物、植物等的科学研究,得到重大的科技创新。它们也带来了新的医学突破、科技发展、新的工业产品、新的药品和很多其他的有助于我们国家保持领先地位的新的机遇和挑战。当然了,这也使我们的经济、工业、贸易和商业更具竞争优势,也创造了新的工作、知识和财富。

由于空间站可以在太空中停留很长时间,使我们能够长时间的利用这么多的太空资源,而航天飞机在太空中最多只能停留14天。空间站也可以提供更多的电能、更大面积、更多的工具和其他设备、简直就像地面上的一个大型的研究基地,产品发展中心和技术示范中心。在长时间的飞行中,空间站也可以成为人类更好地探索外太空的太空发射场、跳板和以23,000英尺/秒速度移动的发射平台。

15.要成为一名航天员在体质方面的要求是什么?

除了健康的身体以外没有特殊的要求。无论男女只要符合这些要求以及我在问题8所给出的基本资格条件,就可以申请成为候选人参加航天员训练。

16. 航天服有什么不同寻常的特点?

航天服简直就是小型的太空船,它需要保证航天员在舱外活动时的健康和连续工作的需要。由于在太空中没有气压,没有氧气维持生命,人类必须有适合他们生存的环境。和航天飞机工作舱内的空气一样,航天服中的空气也是可以控制和调节的。

这样,航天服的主要功能必须为呼吸提供氧气,同时要维持身体周围的气压稳定,并使身体内血液处于液态状态。在真空或非常低的气压状态时,身体中的血液就会像高山顶上的热水一样沸腾了。

航天飞机上配备的航天服可以承受每英尺4.3磅的压力,这仅是正常大气压的三分之一(每个大气压等于14.7 psi)。由于航天服内的气体是100%的氧气,而不像我们在地球的大气层只含有20%的氧气,穿上航天服的航天员要比那些在海拔10,000英尺的高山或身处海平面没有穿航天服的人呼吸到更多的氧。在离开太空船去太空工作之前,航天员要呼吸几个小时的纯氧。这是去除溶解在血液中的氮和防止当气压下降时释放出气泡的必要程序,这种情况通常称为潜水减压病。

另一方面,如果在正常大气压下呼吸纯氧过长,它就会变成对人体有害的气体。这种吸氧排氮对航天员来讲是过分的、毫无益处的和令人厌烦的等待,确实是件麻烦事,我们将航天服的内部气压设计为8.3 psi,这样可以缩短吸氧排氮的时间。

航天服必须具有保护航天员免受致命伤害的作用,它除了可以防止微流星体的撞击外,航天服也要避免航天员受到太空温度极限的伤害。没有地球大气层来过滤阳光的辐射,朝向太阳的一面温度可高达250度,背向阳光的一面,就在零下250度。

航天服的主要特点是:除了靴子和手套有多层结构外,背面有生命支持系统,胸部是显示控制模块,还有就是为太空漫步者和处理紧急情况而设计的装备,特别是备用的供氧系统。这些组合成一个被称为EMU的集合体(舱外机动装置),它可以实现不同子系统之间的自由转换,无论是在正常情况下或紧急情况下都可以容易和安全地连接。

还有一些特殊装置:尿液储存器,在返回航天飞机或空间站以后将尿液输送到废物处理系统;有一个网孔状的弹性纤维制成的液体冷却和通风服,衣服前面的入口处有拉链,它6.5磅重;内衣中的冷却管内,水在不停流动着,使航天员穿上时感到很舒服。安装冷却管的原因是因为衣服内是纯氧层,它不可能像在普通空气中那样提供足够多的冷气。还有就是可装21盎司的内衣饮水袋,“探测帽”或通讯载体组合装置,供双向通讯的耳机和麦克风及预警和报警装置,及生物医学探测子系统。

在太空行走的时候,航天员绑上在地面重达310磅的单人机动装置(MMU),一个单人的氮推动器背包,它固定在航天服携带式生命保障系统上。航天员利用可调控旋转和平移的手控制器,可以准确的飞入或围绕航天器货船入坞码头运动,或自由的进入航天飞机或空间站附近的有效载荷或建筑内,也可以到达其它很多似乎遥不可及的外部区域。航天员穿着被称为“太空自行车”的MMU’s,在发射、服务、保养和找回人造卫星方面发挥了很大作用。

17.航天服是用什么材料制成?它们是怎么制作的?

我们通用的航天服/ EMUs有12层夹层,每个都有其特殊的用途。从里层开始看,最里面的2层是冷冻液体构成的贴身内衣,材料是内缝管状塑料的弹性纤维,下一层是涂有尼龙的球胆层,外面包了一层达可纶织物。下面7层是防热和小陨石的保护层,由铝化的迈拉和层压的达可纶棉麻织制成。这七层的衣服外面是一层化合织物。

18. 美国第一位两次进入太空的航天员是谁?

第一位两次进入地球轨道的美国人是戈登?库铂。第一次飞行:1963年5月15-16日,驾驶水星9号飞船,历时1天10小时20分钟。第二次飞行:1965年6月3-7日和皮特?康拉德一起驾驶双子座5号,历时7天10小时2分。

实际上格斯?格里森是第一个两次乘坐火箭进入太空的美国航天员。但在1961年7月21日,他第一次飞行驾驶的“自由钟”仅仅是亚轨道飞行的飞船,带着他沿抛物线飞行15分钟,高度是190公里,有五分钟处于失重状态。然后又开始了他的第二次飞行,这次他进入了地球轨道,在1965年3月23日,他和约翰?杨一起乘坐双子座3号绕地球三圈。顺便提一下,这次飞行将第一台电脑带入太空:它是每秒可运行7000次计算的小型计算机。格里森用它来计算地球轨道的变化。从那时起,航天员可以真正的飞越太空,而不是只沿着固定的轨道环绕地球飞行。

19.哈勃太空望远镜可能替代国际空间站么?

哈勃太空望远镜离国际空间站还有很大距离,首先它的轨道倾斜度是28.47度(国际空间站是51.6度),其次它的平均海拔高度是590公里。

20. 航天服有多重?

航天服包括背包在内净重近280磅(在地面)。当然了在太空中它没有重量(即使什么都没有变化)。

21. 为何航天员必须穿这么重的装备?

一旦航天员进入有压力的生活舱,他们就穿上地面上的人们在温暖的春天穿的衣服,通常是短裤、短袖衬衫和袜子(因为他们的脚需要一些防碰撞保护和防寒,但他们不走路,所以不需要鞋子。)们仅在发射和返回以及走出气压舱进行太空船外活动或舱外活动的时候需要穿上特殊的衣服。发射/着陆服有防火功能和在航天飞机的加压系统失控后维持身体周围的压力不变的作用。

航天员舱外活动穿的航天服要提供维持生存的氧气和压力。它们必须使航天员免受快速飞行的太空碎片的伤害,所以他们的航天服必须有压力。当他们背向阳光,远离太阳光照射变冷的时候,航天服必须保暖。衣服提供与地面、航天飞机和其他舱外活动的航天员联系的无线设备。提供太空短途行走和在黑暗中工作所需的光线,避免航天员的眼睛受太阳光的直接照射,便于携带外出工作的工具,满足航天员生理需要的食物。航天服要保证六小时无故障,可适应不同航天员的要求。你可以将它看成小型的太空船。在地球上它重达280磅,但是在太空中没有重量。

22.进入太空要花费多长时间?

航天飞机从发射、经过脱离外部罐和固体火箭,到以所谓的轨道速度到达地球轨道,大约要8.5分钟,所以它要不停的围绕地球转动。(国家航天局网特约编译/唐承革 沈羡云)

责任编辑:李思瑾(QL0002)