宇航员训练营内幕

要为人类登陆小行星或火星卫星做好准备,需要付出什么代价?挨饿?隔离?回收粪便作为食物?美国宇航局(NASA)的最新一批宇航员将于今年秋季开始艰苦的训练计划,以找出答案。
美国国家航空航天局(NASA)的“猎户座”(Orion)乘员舱在完成月球任务后,正在接近其“阿尔泰尔”(Altair)月球着陆器。NASA提供的一幅艺术效果图。

三名试飞员。两名飞行外科医生。一名分子生物学家。一名飞行管制员,一名五角大楼官员和一名中央情报局情报官。这九个人被NASA选中,成为美国下一批宇航员。夏末,他们与两名日本飞行员、一名日本医生、一名加拿大飞行员和一名加拿大物理学家一同抵达休斯顿,他们将与NASA 2009年这批学员一起训练。称他们为幸运的14人。

从3500多名申请者中选出,NASA的新宇航员候选人正值人类太空探索史上的关键时刻。该机构雄心勃勃的计划是在40多年来首次将人类送往国际空间站以外的地方。问题是何时实现。

9月,由前洛克希德·马丁公司首席执行官诺曼·奥古斯丁(Norman Augustine)领导的一个由空间专家和前宇航员组成的专家小组告诉白宫,每年增加约30亿美元的预算将使NASA能够开发出将宇航员送往月球、近地小行星以及最终火星所需的航天器。该委员会的结论是,如果预算不足,登月将至少推迟到2030年代后期。

无论NASA是否获得国会额外的财政支持,现在对该机构来说都是一个关键时刻,需要对其新招募的学员如何为深空探索的严酷环境做好准备进行根本性重估。计划包括在2015年建造一个新的乘员舱“猎户座”(Orion)来取代航天飞机,以及两枚火箭和一台月球着陆器。这套硬件被称为“星座”(Constellation)计划,被誉为太空探索的“瑞士军刀”,能够飞往多个目的地并执行多项任务。NASA也期望这些未来的宇航员能够如此。他们将被训练成多面手,可以在国际空间站(ISS)上做实验,在月球上建立前哨站,或者从小行星上收集样本,这些小行星正呼啸着穿过太空。他们是NASA五年来的第一批新宇航员,是“星座”计划开始以来的第一批,也是唯一一批被选为长期太空任务的宇航员。NASA不仅要重塑其硬件;要走出近地轨道,它必须重塑其宇航员。

坚强且乐观

与之前的宇航员一样,学员们将在缅因州接受野外生存训练,在水下实验室生活最多两周,忍受高压舱,并努力学习飞行力学。但对于深空探索,宇航员将需要全新的训练,可能包括数周甚至数月在封闭和隔离的环境中度过。

前往火星的旅程将使人类远离家园如此之远,以至于地球看起来 no bigger than a star。距离如此之远,以至于在9月《纽约时报》的一篇评论文章中,亚利桑那州立大学的理论物理学家劳伦斯·克劳斯(Lawrence Krauss)甚至提出,为了节省燃料,宇航员可能根本不应该回家。阿波罗计划的宇航员、火星殖民的坚定支持者巴兹·奥尔德林(Buzz Aldrin)也提出了这个想法。对于如此漫长的旅程,高度的心理准备至关重要。

太空倡导组织“火星学会”(Mars Society)在一处沙漠站点进行了80个乘员组的模拟火星任务,并在一个更偏远的北极基地进行了十几个乘员组的模拟火星任务。该学会主席、《火星的理由》(The Case for Mars)一书的作者罗伯特·祖布林(Robert Zubrin)建议NASA进行实验,以确定哪些宇航员团队在长期恶劣条件下的实地考察任务中配合良好。“你让他们执行任务,看看谁坚强、乐观且有团队精神,”祖布林说。“如果在去火星的路上失去了幽默感,你就完蛋了。”实地任务中学到的最重要的经验之一是,有些人在一个团队中表现良好,但在另一个团队中则不然。“这是因为人员的组合,”他解释道。

胚瑞尔航空大学(Embry-Riddle Aeronautical University)助理教授、研究太空飞行人类因素的杰森·克林(Jason Kring)赞同祖布林关于在地球上进行强化训练的观点。他还建议NASA在乘员中包括一名临床心理学家,以帮助缓解潜在的冲突。“在我们看来,在办公室环境中是一个小问题,但与同一个人在一起六到八个月后,可能会变成一个大问题,”他说。

在之前的航天飞机宇航员丽莎·诺瓦克(Lisa Nowak)精神崩溃之后(她下个月将因试图绑架另一名宇航员的女友而受审),NASA已经开始更加仔细地筛查心理缺陷。不难想象,这种不稳定性会如何导致太空任务失败。

2009年这批学员虽然都有工程、科学或数学领域的学士学位(“驾驶高性能喷气式飞机的丰富经验”也是加分项),但最受欢迎的品质是与人相处的能力。如今,拥有“实力”的宇航员是指在七个月的时间里被困在飞行办公室里,与可能不会说自己语言的同事们在一起时,不会感到烦躁或易怒的人——在这个办公室里,他和他同伴回收的汗水和尿液是饮料,马桶堵塞,一个严重的错误可能意味着他们都会死亡。

当然,宇航员还需要为身体挑战做好额外的准备。在旅途中,他们将承受高剂量的辐射,增加日后患癌症的几率,并且会失去骨密度。“最坏的情况是,火星乘员走下飞船,骨骼过于脆弱,无法支撑体重,”克林说。他建议NASA可能需要创建一个新的宇航员类别,专门为“超长期任务”进行训练。“太空中的36个月与6个月截然不同,”他说。

美国国家航空航天局 (NASA)
美国国家航空航天局 (NASA)

新学校

即使是空间站或月球任务也需要数年时间准备。2009年这批学员要到2011年才能成为正式宇航员,而他们最早要到2014年才能进行首次太空任务。“基础训练的目的是让学员达到开始任务专项训练所需的熟练程度,”NASA宇航员候选人选拔和训练经理杜安·罗斯(Duane Ross)说。

与过去三十年选择的12批宇航员不同,他们被分为飞行员和任务专家两个等级,NASA最新一批学员将仅被称为“宇航员”。驾驶“猎户座”(Orion)预计比驾驶航天飞机复杂得多。该飞船的许多功能将是自动化的,这让人回想起查克·耶格尔(Chuck Yeager)称宇航员为“罐头里的垃圾”的时代。尽管“猎户座”任务的乘员将多达六人,而不是阿波罗计划的两人,但在很长一段时间里,他们只是搭乘而已。例如,玻璃驾驶舱的开关数量将只有阿波罗时代的十分之一。

学习驾驶航天飞机在许多方面是过去宇航员训练的重点。“航天飞机是一个极其复杂的大家伙,”曾担任航天飞机指挥官、现任洛克希德·马丁公司(“猎户座”的建造商)太空探索倡议项目总监兼副项目经理的帕姆·梅尔罗伊(Pam Melroy)说。罗斯说,学员在为期两年的基础训练中,花了54周时间学习航天飞机系统。驾驶“猎户座”的宇航员不需要在跑道上着陆,所以2009年这批学员将花更多时间学习俄语(因为在航天飞机退役后,俄罗斯的联盟号飞船将暂时是前往国际空间站的唯一选择),并在世界上最大的游泳池中练习舱外活动。另一方面,“猎户座”将比航天飞机小得多,因此内置的冗余性也更少。梅尔罗伊说,这意味着宇航员可能需要花更多时间训练应对设备故障。

与航天飞机一样,“猎户座”的宇航员将在全动态模拟器中练习上升,该模拟器迫使他们迅速做出是否中止任务的决定。他们还将使用模拟器学习如何与国际空间站对接,以及如何驾驶新的月球着陆器“阿尔泰尔”(Altair)降落到月球表面。梅尔罗伊说,阿波罗任务的月球着陆器模拟器看起来像飞行的床架,而且在训练中都坠毁了。“我认为我们需要做得比这好一点,”她说。

工程师们仍在设计“猎户座”(Orion)和“阿尔泰尔”(Altair)的方案,但与阿波罗时代一样,宇航员们在每个阶段都参与其中。宇航员们已经被邀请参观乘员舱的模型,以检查他们是否能舒适地坐在座位上并够到控制装置。“到宇航员们实际进入模型并开始使用时,他们已经非常熟悉了,”洛克希德·马丁公司探索开发实验室部门经理奥利维亚·富恩特斯(Olivia Fuentes)说。

更长远来看,宇航员们将开始准备在月球甚至小行星上的表面操作。游泳池可以模拟国际空间站的失重状态,但不能模拟月球的重力(地球的六分之一)。“我们需要将水下训练与再次学习如何在月球上行走,以及在火星表面行走的训练结合起来,”克林说。阿波罗宇航员们在“部分重力模拟器”(一个从天花板悬挂的成人尺寸的弹簧玩具)中练习月球行走,而未来的宇航员可能会使用一种名为“pogo”的重力模拟器的改进版本。小行星和火星卫星可能需要更多的训练设施,这两个目的地都需要一种可以穿戴数天的改进型宇航服。

美国国家航空航天局 (NASA)

注意差距

NASA的初步计划是在2010年退役航天飞机,但奥古斯丁委员会估计“猎户座”(Orion)至少要到2017年才能飞行,这将留下七年的空窗期,在此期间没有NASA载人航天器升空。这使得该机构不得不预测未来。

罗斯说,你不是为今天的需求挑选宇航员。“你只能尽力猜测五年后会发生什么。”2009年这批学员是NASA最小的几批之一,这反映了未来飞行机会的有限。航天飞机宇航员在其职业生涯中可以期待进行多次任务,但随着飞行器的缩小,NASA在太空中的宇航员数量也将减少。与许多阿波罗宇航员一样,新招募的学员在其整个职业生涯中可能只会执行一到两次飞行任务。

那么,为什么要成为一名宇航员呢?宇航员候选人凯特·鲁宾斯(Kate Rubins)以前听过这个问题。当她告诉同行们她的新职业道路时,一些人提出了质疑,不知道为什么现在有人会想成为一名宇航员。NASA的未来如此不确定,太空中的一切似乎都需要不断维修。谁想飞到255英里高的太空去修马桶?你不是麻省理工学院(MIT)的终身制分子生物学家吗?当然,鲁宾斯有不同的看法。在她看来,NASA拥有前所未有的机会。许多专家认为国际空间站是更宏大太空冒险的训练场,现在该设施已接近完工,NASA可能 soon be free to turn its resources toward the next big chapter in its history: manned exploration beyond the ISS。该机构已经在建造一艘执行这项任务的新飞船,由于私营航天产业的巨大进步,火箭技术从未如此经济实惠,而且地球日益增长的环境威胁也使人类在外太空建立前哨站听起来越来越像明智的投资。

今天的宇航员可能飞行次数较少,但他们进行的飞行可能会载入史册。2009年这批学员中可能有人会成为下一个踏上月球的人,或者成为第一个这样做的女性。其中一些人甚至可能成为第一个访问小行星的人。

现在是开始为他们的旅行做准备的绝佳时机。

尼克·卡洛特拉基斯(Nick Kaloterakis)

在太空穿什么?

想象一下新的宇航服就像一个可穿戴的宇宙飞船,配有马桶。

鉴于其目标是深空探索,NASA已委托Oceaneering International开发自20世纪80年代航天飞机“喷气背包”以来第一套新型宇航服。对于月球任务,“星座”宇航服系统(CSSS)将有两种配置:一种是宇航员在发射、着陆和太空行走期间在飞船内穿着的;第二种配置是设计用于在月球表面穿着的。两套宇航服将共享许多组件,如靴子、腿部、手套以及冷却和通信系统。

最大的挑战是设计一个处理固体废物的系统,以防乘员舱失压,宇航员不得不在修理期间在宇航服中度过更长的时间,甚至数天。

对于深空长途任务,宇航员必须能够自行维护宇航服,事先学会如何修复宇航服上的每一个接口和传感器。“当你系好安全带准备执行真正的任务时,你应该感觉就像在家一样,”Oceaneering公司CSSS项目经理吉姆·布赫利(Jim Buchli)说。“不应该有任何意外。”——Dawn Stover,Carina Storrs补充报道

要更详细地了解NASA的新宇航服,[请在此处查看图库]。

罗伯特·马尔科维茨(ROBERT MARKOWITZ)
詹姆斯·布莱尔(JAMES BLAIR)
詹姆斯·布莱尔(JAMES BLAIR)
詹姆斯·布莱尔(JAMES BLAIR)
 

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