除此之外,长期在空间生活还会出现一些难以预料的险情。一些人在空间停留时间越长,越想返回地面与家人团聚。一些人因心理因素和个人因素导致事故发生。
有一次,某位航天员本来分工在空间站内,监测另一名出舱航天员的生命保障系统,因被太空美景所吸引,抑制不住想欣赏一下的强烈欲望,于是违犯操作规程,将头伸出舱口,因未将安全带系牢,身体在失重下来回旋转,并逐渐漂离空间站,幸好被出舱的航天员及时发现,抓住了他的脚,才使他侥幸脱险。
在空间活动的行为表明,在地球上许多看来是无关紧要的小事,而到达没有地方发泄强烈情感的空间环境里,会变得十分重要。若对一些小事处理不当,造成人员的心理障碍,轻则影响工作效率,重则出现事故,后果不堪设想。而建立空间医院后,航天员出现心理障碍后可到医院找心理医生咨询,有针对性地帮助消除障碍。与此同时也可让航天员轮流到空间医院定期疗养,通过改变日常生活安排、休息、锻炼及检查治疗,增加娱乐活动,使空间生活变得有情趣,打破长期待在太空令人厌烦、乏味、孤独和沉闷的气氛。与此同时,空间医院还可研究如何去调动人的积极因素,设法使人类通过自身的努力来维护和提高自己对空间环境的适应能力,训练并使他们掌握利用社会心理学知识,处理好人际关系。由此观之,空间医院的建立,将为人类征服宇宙,排除各种干扰立下汗马功劳。
科学家指出,空间医院不仅负责心理治疗,更重要的是研究如何确保航天员的生命安全,其中包括研究如何采取物理预防措施,如体育运动、电刺激、下身负压、防护服等。还要研究空间用的药物,进行临床治疗与预防。这些药物的功效在于:动员机体自身的代偿适应机制,以提高对极端因素的耐受性,预防感染、辐射损伤等;治疗疾病;消除疲劳和精神紧张。在失重状态下,机体出现体液向上移位,从而出现一系列血液循环变化以及站立耐力降低的现象。空间药理学的任务,是要寻找有效药物使血液重新分布正常化,消除小循环和大脑血液循环系统的晕血现象,预防心脏活动的紊乱,提高站立耐力等。其中特别重要的是研制预防和治疗心律不齐药、强心剂、影响心肌能量储备药、调节血管张力药等。空间医院建成后,所积累的许多医治太空病的经验与良方,将推广应用到地球上来,使更多的人受益。
有人曾乐观地估计,空间医院还将是地球上病人的疗养胜地。在那里,可以有效地利用无重力、无菌、真空这些特定环境治疗某些疾病。例如医治大面积烧伤病人,在空间医院里,病人不需要着床,可飘浮在空中进行悬浮治疗,这样绝不会生令人烦恼的褥疮,而且在无菌下不会受到感染,有利于伤口的愈合。对于心脏病患者来说,空间医院是疗养的好去处,因为它能促进身体的早日康复,在太空失重条件下,血液重量及黏度均减小,心脏只需花费地面1/4的力气就能推动血液循环。这对患有心律不齐和心肌梗死的人来说,心脏负担会大大减轻,能促进心肌的自然恢复。在空间医院里,治疗呼吸系统疾病也很有利,如治疗肺气肿和哮喘病,都具有地面上无可比拟的优点。对于骨折治疗,无重力环境下,上石膏就更加简便了。而腿脚不灵活、腰痛无力的人可以在太空中自由行走。空间医院建成后,航天员可随时到医院就诊,白衣天使亦可到各工地去巡诊,地面上的一些伤病员也可乘坐航天飞机到空间医院去治疗,相信在不远的将来,这些愿望可以成为现实。
太空城
太空城是人类移居外太空的梦想。在茫茫太空中,有一座座“高楼大厦”在日夜不停地运行着,数万、数十万甚至上百万地球人在里边工作、生活着。这个庞然大物里工作、生活所需要的物品一应俱全,环境幽雅,绿树茵茵,小桥流水,蛙鸣鸟叫……简直是一个世外桃源。这就是未来的太空城。
太空中的建筑业
或许当我们谈到空间建筑业时,大家也许感到有点不可思议。但事实上,现在国外一些大型科研中心的蓝图上,已经描绘出了永久型空间站、空间制药厂、空间冶炼厂、空间太阳能电站、空间旅馆、空间医院等的结构外形与施工方案。不久的将来,空间建筑师们就要奔赴太空,开工建设了。
我们知道,太空工地处于特殊环境,具有许多不同于地面工作的特点。在广阔无垠的太空中,万籁俱寂,由于是一片茫茫的真空宇宙,尽管空间建筑工人在那里紧张地架设桁架、固定接头,但丝毫也听不到通常的玎珰响和砰啪声。此外,失重条件又给建筑师们带来了许多方便,人们有可能建筑任意形状和大小的建筑物,不需要过多地考虑建筑材料的承压力和所配置的设备载荷。但是,空间温度的急剧变化,也会给建筑业造成严重的困难,使材料和构件变形。所以,寻找像石墨一类的膨胀系数低的建筑材料,以满足空间建筑业的需求显得尤为必要。
事实上,空间建筑业是一个新型行业,需要突破许多技术难关,比如空间装配技术就是其中之一。而大型太空建筑结构,离不开横梁和桁架,空间用的桁架体积很大,从几百米到几千米不等,在地面很难制作,也无法运输。通常在地面把横梁卷绕成盘状,装在航天飞机的货舱内,送入太空工地后,由横梁制作机自动地把盘状材料切割成所需的长度,以供架设太空结构用。横梁制作、横梁装配、桁架展开以及成品结构总装,是建造大型太空构件的4个主要步骤,它们都必须在太空进行。通常,首先将第一批运送到太空的组件拼接成立方形的空间建筑的中横梁心体,或者利用折叠式的梁在空间展开,再竖成中心体。在中心体上装配新的装配件——起居室、设备舱、生命保证舱、库房等。然后,这些空间建筑工人仍到舱外活动,去装配第二个立方体,在第二个立方体基础上增加更多的装配件,扩大空间建筑物。
建筑工人在太空中作业,犹如水中的微粒处于某种悬浮状态,除了使建筑工人产生一些不寻常的感觉外,还会带来许多特殊问题,特别是难以和操作面保持确切的相对位置。工人在操作时要十分谨慎小心,因为稍有大意将扳手或螺栓掉落下去,虽然用不着担心会砸到自己的脚上,但要把它取回来就不那么容易了,它总是在你够不着的地方游荡。所以说,空间建筑工人本身以及所使用的工具、部件等,都必须用绳系住。当然,失重对操作工来说也有有利的一面,如太空建筑工人只要用极小的力气就可以安装好地面上十分笨重的构件,这是长期生活在地面上的人们一时无法想象的。
研究表明,建筑工人在失重情况下开始工作时,首先要做的事就是使自己的身体固定下来,或者从支架上找到一个支撑点,以免从工作地点飘走。为了使建筑工人定位,可以设计一种带有磁铁或凸轮的专用鞋,鞋底的凸轮可以卡在工件的凹槽内,并采用特殊形状的定位专用工具。在通常情况下,它有3种形式:①在螺丝帽的孔内嵌入钢扣簧的弯曲头,建筑工人的手可握住扣簧而定位;②定位设备是固定在带拉杆的螺钉上,拉杆的另一端则系在建筑工人的腰带上;③是在螺帽上套着带有手柄的定位撑杆,建筑工人用手握住支撑杆就能定位。
科学家指出,所有这些设备,都会有助于建筑工人在太空失重下的定位。为了适应太空环境,人们在地面建筑中常用的工具不能立即拿到太空中去使用,必须要加以改进与革新。比如说,太空用的锤子与地面的完全不一样,其结构非常简单,但构思却很独特,锤子的敲击部分采用空心的,内部装的是金属球,当敲击时,下面的球往上跑,而上面的球则往下行,通过它们之间的摩擦来消除反冲力。因此,这种锤子与通常的锤子不一样的地方,就是在敲击后不会出现反弹力,有利于操作。太空用的剪刀做得也很巧妙,剪刀与手柄是组装而成的,根据需要可把剪刀卸下,而把平口钳、克丝钳等不同的工具换到手柄上去,还由于采用了双臂传动系统,由此可使建筑工人操作起来十分省劲。而太空钻孔专用机做得更为别致,其形状为圆锥形,有趣的是钻孔钻进的材料越深,钻出的孔就越大,在实际进行操作时无需用力去压它,它会自动地伸进所加工的材料中去。除此之外,还有一种空间用的消旋电气传动装置,其原理是在使转子旋转的同时,定子也在旋转,只是旋转的方向不同,结果是一种方向的旋转抵消了另一方向的旋转,因而也无反作用力产生。并且在这种消旋电气传动装置上,装上圆锯、螺丝刀、钳子、冲孔器等,在操作时,手既感觉不到振动,亦感觉不到有后坐力的存在,而且几乎听不到响声。
而一旦进入大型空间站、空间太阳能发电站等建设时期,为了减轻工人的劳动强度,科学家们认为最好的出路是全面实施机械化。一种是使用遥控机械手,它有7个自由度,能模仿人的肩、肘、腕、手的动作,可在太空架设桁架。此外,还有另一种是自动遥控架梁机,它带有一个安装控制器的敞开式工作台,与地面建筑工程用的液压传动的特种起重机相类似。身着航天服的建筑工人被牢靠地固定在平台上,利用遥控机械手可进行50米外的空间作业。此外,还有一种经过精心设计的舱式机械,也叫做自由飞行器或轨道机动飞行器,这种飞行器能在太空中自由飞行,为建筑工人任意漫游太空工地、运输物资器材、架设横梁桁架、救护失去工作能力和处于困境的工作人员提供方便。
桁架
而在大规模空间建筑开始之后,需要在空间建立长期性的低轨道载人建筑基地。这种基地应能容纳若干个小型作业组在里面工作、生活3个月,基地内配备有自动桁架制造机、架梁机械、各种备件与工具、特种预制件以及供组员生活保障的物资。除此之外,为了把工人和物资及材料等从低轨道转移到高轨道上去,还需要配备载人变轨飞行器,亦称轨道转移飞行器。
21世纪,在令人神往的空间建筑事业中,将出现装有吊车的大型货舱,可以在导轨上移动,并设有固定的控制指挥中心。到那时,空间机器人也将成为空间建筑的主力军,空间建筑工人完全可以像在地面现代化工厂那样从事工作,坐在信号灯闪烁的控制台前,远距离操纵各种各样的机械设备与仪表,创造出更加光辉灿烂的人类文明。当空间建筑业兴旺发达时,大兴土木建造空间城市的日子也就指日可待了。
太空工人——空间机器人
新世纪太空科技工业发展迅速,与此同时,也带动了空间机器人事业的飞速发展。研究表明,空间机器人将逐步担任主角,而人将退居二线。据科学家估计,建造一个500万千瓦的空间太阳能电站,需要600多人在空间工作半年时间,其中100多人在低轨道空间基地工作,而其余的则到地球同步轨道空间基地上去工作。并且还需要建立一支空间基地及发电系统的维修保养队伍。由此可以想象,未来的太空开发活动,将需要大量的人去完成。
空间机器人
我们知道,在以往的太空开发中,航天员已经创造了许许多多的奇迹,如登陆月球、舱外捕获失灵的卫星、太空修理“哈勃”望远镜等。但是这些活动究竟花了多少代价却不为人所知。未来开发和利用空间的前景虽十分美好,但要使人类能在太空中停留,就必须有庞大而复杂的生命保障系统、环境控制系统、物资补给系统、救生系统等,而这些系统耗资惊人。据科学家预估得出,永久性载人空间站,其中生命保障系统、居住系统和航天员舱外活动系统3部分的体积约占核心舱总容积的16%,功耗占空间站总功耗的25%~38%,研制费占总经费的20%。而另据估计,为了保证航天员在太空中活动,每个航天员每天花费50万~100万美元。
由此看来,开发太空决不能像在地面工厂那样,将成千上万的工程技术人员和工人送往太空,去从事各种空间材料加工、空间生产、空间装配、空间修理等作业。而唯一的解决办法,便是研制大量的机器人,把他们送上太空取代人类,使之成为劳动的主力军,成为航天员的得力助手。我们可用人体来形象地对空间机器人加以比喻,机器人好比人的四肢和躯体,由他们完成各种各样的繁重工作,而人的作用则相当于大脑,指挥和监控着所有的机械活动。而倘若要使太空科技工业具有最高的生产率,最低的运行费用,一种最为有效的途径就是在人的监控下,将机器人和高度自动化系统结合起来,组成高可靠、高效益的人机混合系统。