版權(quán)歸原作者所有，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系我們

今年2月底，日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)公開了2名候選航天員，分別是46歲的世界銀行風(fēng)險(xiǎn)管理專家和28歲的外科醫(yī)生。他們將參與美國(guó)主導(dǎo)的“阿爾忒彌斯計(jì)劃”，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)日本人首次登陸月球。此前，美國(guó)宇航局曾宣布選拔了28名“阿爾忒彌斯計(jì)劃”航天員，包括14名女性，呼應(yīng)了這次以月亮女神命名的行動(dòng)。那么，新時(shí)代的載人登月計(jì)劃在航天員選拔與訓(xùn)練方面有何特殊之處？航天員可能借助哪些新技術(shù)克服新挑戰(zhàn)呢？

日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)公開的2名候選航天員

“重返月球”更注重人

1969年阿姆斯特朗的“一小步”，邁出了人類探索外星球的“一大步”，之后“阿波羅計(jì)劃”分批將12名航天員送上月球。而“阿爾忒彌斯計(jì)劃”的目標(biāo)不僅是“到月球一游”，其“野心”和復(fù)雜程度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過“前輩”。

該計(jì)劃將在月球軌道上建立名為“門戶”的空間站，近可作為“重返月球”任務(wù)的大本營(yíng)，不時(shí)派遣航天員登陸月球，開發(fā)月球資源，遠(yuǎn)可充當(dāng)載人登火的前哨基地，在恰當(dāng)時(shí)機(jī)派遣先行者登陸火星，嘗試建設(shè)新家園。相比之下，歷經(jīng)10余年坎坷后成功組合首飛的SLS重型火箭和獵戶座飛船在整個(gè)計(jì)劃中僅是“開胃小菜”，“門戶”的建設(shè)才是“第一道主菜”。而在更復(fù)雜的系統(tǒng)中，必須更多地考慮航天員的需求和限制。

繞月空間站將由美、歐、日等多方聯(lián)合打造，主體由動(dòng)力與推進(jìn)系統(tǒng)、居住與后勤系統(tǒng)、國(guó)際居住艙等核心艙段以及加油艙、氣閘艙等功能艙段組成，預(yù)計(jì)能同時(shí)對(duì)接獵戶座飛船、“星艦”和貨運(yùn)補(bǔ)給飛船。該空間站建成后，將成為“阿爾忒彌斯計(jì)劃”實(shí)施行動(dòng)的主要基地，獵戶座飛船、日本白鶴飛船等負(fù)責(zé)從地球往空間站補(bǔ)充人員和貨物，“星艦”則負(fù)責(zé)從空間站往月球（遠(yuǎn)期可能還包括火星）送人送貨。這相當(dāng)于在地月空間建立了半永久性“驛站”，有望開展為期數(shù)月的復(fù)雜月面任務(wù)。

由此，“門戶”能否支持多名航天員長(zhǎng)期駐留，一向是外界關(guān)注的焦點(diǎn)。不久前，一些參與過設(shè)計(jì)工作的航天工程師表示，“門戶”的航天員居住區(qū)過于狹小，導(dǎo)致航天員很難站立活動(dòng)，且艙內(nèi)大部分空間很可能充斥著設(shè)備噪聲和振動(dòng)，進(jìn)而嚴(yán)重影響航天員的身心健康。為消除質(zhì)疑，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)決定建造真實(shí)尺寸的居住艙模型，測(cè)試是否存在威脅航天員的隱患，以便在2024年按計(jì)劃發(fā)射“門戶”首個(gè)艙段。

“門戶”空間站示意圖（來源：美國(guó)宇航局）

在繞月空間站完工之前，航天員同樣任務(wù)繁重。按規(guī)劃，“阿爾忒彌斯計(jì)劃”的第三次任務(wù)是載人登月行動(dòng)。屆時(shí)，航天員將乘坐獵戶座飛船，由SLS重型火箭送往繞月軌道，與提前發(fā)射的“星艦”改裝的登月艙在軌對(duì)接。然后，航天員進(jìn)入登月艙，前往月球南極降落。

這次航天員的月面之旅預(yù)計(jì)將比“阿波羅計(jì)劃”更充實(shí)，可能會(huì)少些探險(xiǎn)的刺激和樂趣，卻要開展更多的細(xì)致瑣碎的科研活動(dòng)，重點(diǎn)是尋找可能存在的水資源，調(diào)查地質(zhì)狀況，為后續(xù)建立月球基地打下基礎(chǔ)。

全新挑戰(zhàn)無處不在

如今，已有越來越多的普通太空游客造訪國(guó)際空間站，那么納入空間站項(xiàng)目的新時(shí)代載人登月計(jì)劃會(huì)不會(huì)放寬航天員的身體選拔標(biāo)準(zhǔn)呢？答案可能恰恰相反。

從“阿爾忒彌斯計(jì)劃”不難看出，新時(shí)代的載人登月計(jì)劃充分吸取了空間站長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過程中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

人類至今沒有在外星球上長(zhǎng)期駐扎過，太空生活體驗(yàn)普遍是在近地軌道的密封設(shè)施內(nèi)，而那里與月球表面環(huán)境顯著不同。所以航天員在月表長(zhǎng)期駐留必將面臨很多新問題，包括不同重力環(huán)境下生理適應(yīng)性、輻射危害與防護(hù)、心理健康維護(hù)、太空醫(yī)學(xué)“盲區(qū)”等。

在空間站上近似零重力條件，而在月球表面的重力約為地球的1/6。航天員如果在繞月空間站上居住且不時(shí)前往月球表面工作，身體需要在與地面差異很大的不同重力環(huán)境中不斷調(diào)整適應(yīng)。這種不定期變化的重力環(huán)境很可能對(duì)航天員的心血管系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、骨骼肌肉等造成目前難以預(yù)估的危害。

更麻煩的是，航天員在“月球圈”長(zhǎng)期工作生活，基本失去了地磁場(chǎng)的保護(hù)，更容易受到宇宙輻射威脅，身體不適很可能是常見的狀況，某些嚴(yán)重的輻射癥狀更加令人擔(dān)憂。

事實(shí)上，新時(shí)代的載人登月任務(wù)更加復(fù)雜，有可能是人類首次真正意義上的在近地空間以外長(zhǎng)期活動(dòng)，必須重點(diǎn)解決宇宙輻射防護(hù)問題。這還會(huì)給未來的載人探火任務(wù)提供更多指導(dǎo)性經(jīng)驗(yàn)。

此外，登月航天員遠(yuǎn)離地球環(huán)境，活動(dòng)受限，人際關(guān)系單一，還要時(shí)刻防備著宇宙輻射、設(shè)備故障、傷病等風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)計(jì)將承受較大的心理壓力。比如，月球晝夜環(huán)境與地球相差極大，晝夜交替漫長(zhǎng)，晝夜溫差可達(dá)300攝氏度，遍布荒漠和死寂，必然影響航天員的生物鐘和身心狀態(tài)，引發(fā)行為和認(rèn)知能力下降。

由于從月球飛回地球至少需要兩天半時(shí)間，航天員一旦身體出現(xiàn)異常，迫切需要急救，不可能像近地軌道空間站上那樣盡快送人回地面或迎來地面緊急支援，這就對(duì)太空生命保障系統(tǒng)提出了更高的要求。

總之，航天員在“月球圈”長(zhǎng)期執(zhí)行任務(wù)，對(duì)于身心素質(zhì)和太空醫(yī)療系統(tǒng)都將是更大的挑戰(zhàn)，選拔工作只會(huì)更加嚴(yán)格。再考慮到航天員的月面科研任務(wù)“更上一層樓”，在專業(yè)領(lǐng)域同樣不能放松標(biāo)準(zhǔn)。

素質(zhì)更高“幫手”多

環(huán)境更加不友好，任務(wù)更加繁重，無不要求登月航天員具備更完善的綜合素質(zhì)。

美國(guó)宇航局給“阿爾忒彌斯計(jì)劃”航天員設(shè)定的選拔條件為：擁有至少1000小時(shí)的噴氣式飛機(jī)駕駛經(jīng)驗(yàn)或至少3年的STEM（科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)）相關(guān)領(lǐng)域工作經(jīng)驗(yàn)。值得一提的是，這是美國(guó)宇航局有史以來第一次要求航天員申請(qǐng)人擁有STEM領(lǐng)域碩士學(xué)位。

之所以要設(shè)置如此高的“門檻”，是因?yàn)槊绹?guó)宇航局認(rèn)為，相比近地軌道飛行任務(wù)，登月和長(zhǎng)期“月球圈”居留對(duì)航天員的身心素質(zhì)、創(chuàng)造潛力等要求更高，航天員還必須更加重視團(tuán)隊(duì)合作，發(fā)揮整體效能。此外，這次月球科考和實(shí)驗(yàn)任務(wù)跟“阿波羅計(jì)劃”不可同日而語，從而對(duì)航天員的專業(yè)背景和科學(xué)素養(yǎng)提出了特殊要求。

從2022年起，入選“阿爾忒彌斯計(jì)劃”的首批航天員陸續(xù)接受為期兩年的訓(xùn)練，具體項(xiàng)目包括操作和維護(hù)空間站、太空行走、駕駛超聲速教練機(jī)飛行、學(xué)習(xí)復(fù)雜的機(jī)器人操作技能等。

基礎(chǔ)訓(xùn)練完成后，他們必須通過針對(duì)登月任務(wù)的專題強(qiáng)化訓(xùn)練。比如，他們要提升對(duì)于登月和月球環(huán)境的耐力、適應(yīng)能力，學(xué)會(huì)操作登月航天器，熟悉飛行程序與任務(wù)，更不用說考核通過任務(wù)核心部分——登月與月面活動(dòng)訓(xùn)練、月球居留訓(xùn)練、月球科學(xué)考察及實(shí)驗(yàn)操作訓(xùn)練等。視情況，訓(xùn)練涉及個(gè)人和小組合作，甚至是跨系統(tǒng)、全系統(tǒng)參加的大型聯(lián)合演練。

不過，得益于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的大發(fā)展，未來高素質(zhì)航天員登月前也會(huì)有更多“幫手”。比如，昂貴、繁瑣的實(shí)物實(shí)景訓(xùn)練項(xiàng)目將逐漸被淘汰，航天員在全景模擬器上可以完成登月艙飛行訓(xùn)練、空間站和月表居留訓(xùn)練，涉及各種科學(xué)考察和實(shí)驗(yàn)器材的仿真操作考核更是不在話下。

放眼未來，隨著大數(shù)據(jù)應(yīng)用和信息技術(shù)的進(jìn)步，航天員選拔與訓(xùn)練將獲取更豐富、更多元化的數(shù)據(jù)支撐。人工智能有可能會(huì)參與任務(wù)規(guī)劃、人員優(yōu)化組合，確保選出特定飛行和科研任務(wù)的航天員團(tuán)隊(duì)“最優(yōu)解”。（作者：李嵩）

歡迎掃碼關(guān)注深i科普！

我們將定期推出

公益、免費(fèi)、優(yōu)惠的科普活動(dòng)和科普好物！