歡迎神十三回家o(*￣▽￣*)ブ

4月16日上午，神舟十三號載人飛船返回艙于東風(fēng)著陸場預(yù)定區(qū)域成功著陸，航天員翟志剛、王亞平、葉光富在空間站工作生活183天后平安返回，圓滿完成神舟十三號載人飛行任務(wù)。

英雄凱旋，小編心潮澎湃，兒時的航天夢似乎要重新點(diǎn)燃！所以，要成為一位航天員，我還差點(diǎn)啥技能呢？

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01

失重超重

要說太空里和在地球上最大的不同，莫過于在地球上無處不在的重力在太空中就感受不到了，這種現(xiàn)象我們稱為“失重”——我們失去了像空氣一樣無處不在的重力。那么太空中的重力是如何“消失”的呢。實(shí)際上就算我們?nèi)サ搅颂?，到達(dá)了空間站，離開地球表面也不過400公里，而地球的平均半徑為6371公里，也就是約為地球半徑的1/16，根據(jù)牛頓的萬有引力公式，F(xiàn)=GMm/r2，相比地面上的地球?qū)ξ矬w的引力，空間站位置地球?qū)ξ矬w的引力不過減少了1/162-1/172≈0.045%。但我們卻確確實(shí)實(shí)能感受到了重力的“消失”——空間站中的懸浮的人和物體就是最好的證明。那么問題出在哪呢？

我們來考慮簡單的情況。假設(shè)人是靜止的，在地球表面時，人受到的支持力N=mg，這時候一切正常。在空間站中，人也會受到來自地球的引力（與地面附近近似相等），還有來自空間站的支持力（方向大小未知）。空間站繞著地球近似做勻速圓周運(yùn)動（實(shí)際上是橢圓）時，人與空間站應(yīng)當(dāng)具有相同的加速度a=wv，方向指向地心，于是我們解出N"=mg-ma=mg-mwv。

對空間站做同樣的受力分析，我們發(fā)現(xiàn)空間站只可能受到引力，因?yàn)闆]有什么物體能夠給它提供這個“支持”——它處于太空之中。于是我們可以解得wv=g，將這個結(jié)果帶入N"的表達(dá)式中，我們發(fā)現(xiàn)，人受到的支持力也為0了，更一般的，任何和空間站相靜止的物體，所受到的支持力都是0，而這就意味著人和物體將會懸浮在空間站之中。當(dāng)然實(shí)際上，太空艙內(nèi)不會是理想的完全失重，而是加速度為10-6~10-4g的微重力。

而另一種與之相反的情況，則發(fā)生在航天器發(fā)射過程中，這時候航天器加速度很大，方向與前面失重的情況剛好相反，指向地外。對于里面的宇航員來說，其加速度應(yīng)當(dāng)滿足 a = N/m-g，當(dāng)a>0 時，N>mg，支持力大于了重力，這就是超重。綜合起來看，我們發(fā)現(xiàn)，人感受到的力其實(shí)只由支持力N決定，也就是說，人其實(shí)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。

而在實(shí)際的發(fā)射途中，超重帶來的體驗(yàn)可遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止“推背感”，再考慮可能的突發(fā)情況，宇航員在地面訓(xùn)練時，一般要承受8g以上加速度的離心機(jī)超重訓(xùn)練；而未經(jīng)受訓(xùn)練的正常人在2g-4g加速度時就已經(jīng)快達(dá)到極限。

超重訓(xùn)練離心機(jī)

體驗(yàn)4g超重訓(xùn)練的小撒老師

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02

花式健身

失重帶來的第一個問題，就是體質(zhì)變化。在地球上我們的肌肉和骨骼無時不刻對抗著重力，因此我們無需額外的鍛煉，也可以保持我們的肌肉力量和骨骼密度，而在太空中，任何物體都不再又重量，人體也無需對抗重力，肌肉和骨骼就會“缺乏鍛煉”，導(dǎo)致肌肉萎縮和骨質(zhì)疏松等問題。

即便是體格強(qiáng)健的航天員同志，也必須謹(jǐn)慎對待這個問題。因此，他們在太空中時，每天都會進(jìn)行大約兩小時的運(yùn)動，運(yùn)動的方式主要為跑步，騎車，拉力帶，和靜態(tài)運(yùn)動等。（翟志剛：最后這個是我強(qiáng)項(xiàng)

跑步騎車和……靜 態(tài) 運(yùn) 動 (●"?"●)

在無重力的情況下怎么跑步呢，很簡單，在身上綁兩根彈簧鏈接在跑步機(jī)上就可以了，這樣跑步時每次躍起就會被彈簧拉下來。由于跑步時會產(chǎn)生劇烈的震動，因此我們的跑步機(jī)還需要設(shè)計減震裝置。

而騎行裝置也有講究，科學(xué)家們?yōu)橛詈絾T專門設(shè)置了帶有卡扣的鞋，以此來保證騎行過程中鞋與踏板的穩(wěn)定鏈接。

空間站腳踏車專用鞋鞋

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03

《投喂》

對于空間站的航天員來說，不僅要克服自己的失重，更要克服身邊萬事萬物的失重，比如——食物。

食投于前而不改色.gif

精準(zhǔn)投喂，乃航天生存之必備。投中一時爽，沒有投中火葬場就得擦桌擦地“擦空氣”了。

精準(zhǔn).gif

你猜我吃到?jīng)].gif

說起來，小編小時候看到的太空食譜還是“擠牙膏”這樣嬸的，隨著食品加工技術(shù)升級，現(xiàn)在已經(jīng)擴(kuò)列至魚香肉絲、宮保雞丁、黑椒牛柳、香辣羊肉、椒麻鵝、酸辣筍、麻辣豆干、什錦炒飯、紅燴豬排、尖椒土豆、菘菜牛肉湯、粽子、辣味金槍魚、奶香雞米、香菇肉沫、醬香油麥菜、蟹黃蠶豆、脆心巧克力、凍干的冰激凌等127種食品了。你甚至可以在空間站吃到新鮮水果，以及三種餡兒的餃子：豬肉白菜餃子、鲅魚餃子和黃花菜餃子。餃子是在地面加工好的，吃的時候復(fù)熱即可。

看似發(fā)里胡哨，實(shí)則良苦用心——航天食品不僅要滿足安全又衛(wèi)生，能夠提供充足的能量和營養(yǎng)，還要顧及航天員的口味和飲食習(xí)慣，并盡量達(dá)到“一口吃”的標(biāo)準(zhǔn)，能在微重力環(huán)境下食用，無骨、小塊、無殘?jiān)?。所以不知道下一次上天，會不會吃上一頓太空火鍋呢？(搓手手

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04

太空洗剪吹

不知道疫情在家期間，世界上又多了多少托尼呢？反正空間站已經(jīng)擁有了一位自己的“托尼王”——

亞平女神成為空間站的托尼老師

由于沒有重力，剪掉的碎發(fā)不會掉落在地面上，而是在整個空間站中飄浮，因此在太空中理發(fā)時，還需要用殘?jiān)占鬟M(jìn)行收集——也就是用一個“吸塵器”把頭發(fā)碎渣都吸走。

空間站理發(fā)店開業(yè)啦！

洗發(fā)也有相同的問題，由于沒有重力，淋浴就別想了，直接三個頭套解決——

1）戴上一個裝了洗發(fā)露的頭套，反復(fù)揉搓；

2）換一個裝有清水的頭套，反復(fù)揉搓；

3）再換一個干的頭套，反復(fù)揉搓。

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05

“簡簡單單喝個水”

航天員在整個任務(wù)期間所需要的水和氧氣的量是巨大的，如果全部通過從地面“快遞”到空間站的方式，無疑會大大提高空間站維持工作的成本，降低長期駐留空間站的可行性。因此，一套完整的飲用水和氧氣的再生循環(huán)系統(tǒng)是必不可少的。在空間站中，我們利用電解水來得到氧氣，副產(chǎn)物氫氣則和二氧化碳反應(yīng)得到水和甲烷，甲烷排放到太空中，水則經(jīng)過處理成為飲用水。水的來源除此之外，還有部分來自于人排放的尿液?？茖W(xué)家們設(shè)計了一套裝置能通過蒸餾再過濾的方式，將尿液處理為可以飲用的水。

究竟能不能喝，這事兒當(dāng)然誰喝誰把關(guān)。宇航員們會定期對飲用水進(jìn)行微生物檢測，檢測的方式就是假設(shè)水中有微生物，那咱們就把水里的微生物培養(yǎng)起來，如果培養(yǎng)出的微生物在標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，就可以飲用，否則就不可以。

飲用水微生物檢測

The End

都說宇宙是人類最終極的浪漫。在寂寥無聲的漫漫長夜里，是人類用自己的夢想和勇氣，將空間站這一小方天地漸漸打造起來，用前一輩的努力，吸納后一代的奔赴。

致敬每一位航天人，你們在空間站努力生活的每一天都是閃光的、如歌的；也致敬每一位為航天工程的耕耘者，是你們締造出一雙厚實(shí)的大手，將摘星星的人堅(jiān)定支撐。

4月24日就是中國航天日了，讓我們一起祝福和期待，中國航天事業(yè)蓬勃發(fā)展，蒸蒸日上！

我們的征途是星辰大海！

參考文獻(xiàn)

太空花式吃吃吃：帶你領(lǐng)略神秘的航天員太空餐 (thepaper.cn)

【技術(shù)·航天】淺談太空健身 - 知乎 (zhihu.com)

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