2002年4月1日，我國自行研製的“神舟三號”飛船在太空繞地球飛行108圈後，在我國內蒙古中部地區成功著陸，為我國載人飛行奠定了堅定的基礎。此次“神舟三號”飛船是完全模擬載人狀態進行飛行試驗的，也是我國首次向外界發佈飛船搭載“模擬假人”的消息，因此引起國內外的廣泛關注。
“模擬假人”在飛船上的作用何在？科研人員是如何研製出來的呢？近日，中國載人航天工程有關方面的專家首次向筆者披露了“神舟三號”飛船“模擬假人”研製之謎。
這位專家説，用“模擬假人”做試驗來檢驗模擬飛船載人狀態，這在中國是第一次，在世界上也是第一次。這項工作我們是從20世紀90年代初開始做的，至今已有十多年。
在今年發射的“神舟三號”飛船上，科研人員為其裝載了幾乎可以亂真的擬人載荷設備——“模擬假人”。它包括人體代謝模擬裝置，擬人生理信號設備和與航天員形態、結構、質量、質心基本一致的“形體假人”。人體代謝模擬裝置用來模擬耗氧速率、耗氧量和産熱率，模擬真人消耗艙內氧氣，向艙內輻射熱量，及時通過環境控制和生命保障系統把艙內的氧分壓和溫度控制在醫學要求的範圍內。擬人生理信號設備將所錄入的心電、呼吸生理信號，從太空回傳到地面，以考核飛船醫監設備的可靠性。
這位專家介紹説，“模擬假人”是“神舟三號”無人飛船試驗的一個重要部分。因為地球的生存環境為人類提供了最基本的生存要素：食物、水分和氧氣。在這些要素中，氧最為重要。人不吃食物可以存活大約7天，不喝水可以存活3天左右，要是沒有氧幾分鐘就會失去知覺。但是宇宙飛行環境並不適合人的生存、生活和工作。載人航天器在200－500公里的高空飛行，大氣環境為真實狀態，溫度可達1000℃以上。人類要做宇宙航行必須使載人航天器座艙保證足夠的氧氣、合適的壓力、適宜的溫濕度，以及對可能出現的危險性進行必要的防護。
為確保航天員健康地生活、高效地工作與生命安全，載人航天器上設置了一套環境控制與生命保障系統，用於控制壓力，去除二氧化碳和有害氣體，控制溫濕度，以及供應食品與飲水和收集廢物。
那麼，這樣一個系統在無人航天器上怎樣才能知道它工作不工作、合格不合格呢？這就需要一個考核系統，這個系統就是我們研製的人體模擬代謝裝置，也是擬人載荷裝置。如果得不到考核，我們的航天員就不能上天。
生命載荷的目的之一首先是航天器內環境到底適宜不適宜生命生活。國外在20世紀50年代，曾以動物作為載人航天器的擬人載荷裝置來考核載人航天器的環境控制和生命保障系統。1957年，前蘇聯將載有小狗的衛星送上太空，結果小狗在軌道艙飛行一週後，因缺氧而死。從1960年5月到1961年3月，在不到一年時間裏，前蘇聯又連續發射了7艘載有狗、大鼠和小鼠的試驗載人航天器，用於探索載人航天器的生保系統以及發射軌道飛行環境對生物的影響。在第3、6、7艘試驗載人航天器飛行獲得成功後，1961年4月，前蘇聯航天員加加林駕駛“東方1號”飛船進行了人類的首次太空飛行。美國在載人航天之前也先以猴、猩猩等高等動物作為試驗對象。
雖然生命載荷有其明顯的優點，但也存在許多工程技術問題。例如要對動物進行選拔和訓練，需要解決有思維能力的動物在航天失重條件下廢物的收集和處理以及供水、供食等問題。另外，一隻猴子的耗氧量只是一個人的1／7，如果兩個航天員上天需要14隻猴子來試驗。安全性也是問題，因此開展無生命載荷的研究受到了國內外學者的重視。
我們現在研究的是物理化學類型的擬人載荷裝置，是通過物理化學的方法模擬人的耗氧、産熱等代謝參數，為環境控制和生命保障系統提供代謝負荷，以考核此系統。它的優點在於代價不高且極具科學性。
説起在擬人載荷裝置研究中遇到的困難，這位專家很感慨：最重要的是技術困難。擬人載荷裝置在載人航天器上進行耗氧反應時，受到許多因素的限制，比如空間環境的重量、體積、功耗等，就需要高耗氧性能的材料。天上産品比地上産品的性能要求高很多。耗氧性能達到了，強度也是關鍵指標。高耗氧材料做出後第一次實驗，就碎了，因為強度不夠。第一台模擬裝置就因為重量、體積太大壓根兒上不了飛船。
所有測量設備的研製需要解決的是安全可靠性問題，比如吸收氧氣後，裝置溫度高達800℃，但是要求裝置表面及出口的溫度達到60℃以下，怎麼隔熱、降溫都是技術難題。比如，為一隻氣泵上小小的皮碗的壽命，我們要做近萬次實驗。做這項工作的人員並不多，年齡構成也新老不等。如今，年輕人已經挑了大梁，他們的專業涉及化學、機械、機電、電子、生物與電子工程等等。正是因為有這些科技工作者的這些努力，在“神舟三號”飛船飛行試驗任務中，我們所有的産品經受住了各方面的考驗，考核數據非常圓滿。（趙雁 楊永禎）
|
