2002年4月1日，我国自行研制的“神舟三号”飞船在太空绕地球飞行108圈后，在我国内蒙古中部地区成功着陆，为我国载人飞行奠定了坚定的基础。此次“神舟三号”飞船是完全模拟载人状态进行飞行试验的，也是我国首次向外界发布飞船搭载“模拟假人”的消息，因此引起国内外的广泛关注。
“模拟假人”在飞船上的作用何在？科研人员是如何研制出来的呢？近日，中国载人航天工程有关方面的专家首次向笔者披露了“神舟三号”飞船“模拟假人”研制之谜。
这位专家说，用“模拟假人”做试验来检验模拟飞船载人状态，这在中国是第一次，在世界上也是第一次。这项工作我们是从20世纪90年代初开始做的，至今已有十多年。
在今年发射的“神舟三号”飞船上，科研人员为其装载了几乎可以乱真的拟人载荷设备——“模拟假人”。它包括人体代谢模拟装置，拟人生理信号设备和与航天员形态、结构、质量、质心基本一致的“形体假人”。人体代谢模拟装置用来模拟耗氧速率、耗氧量和产热率，模拟真人消耗舱内氧气，向舱内辐射热量，及时通过环境控制和生命保障系统把舱内的氧分压和温度控制在医学要求的范围内。拟人生理信号设备将所录入的心电、呼吸生理信号，从太空回传到地面，以考核飞船医监设备的可靠性。
这位专家介绍说，“模拟假人”是“神舟三号”无人飞船试验的一个重要部分。因为地球的生存环境为人类提供了最基本的生存要素：食物、水分和氧气。在这些要素中，氧最为重要。人不吃食物可以存活大约7天，不喝水可以存活3天左右，要是没有氧几分钟就会失去知觉。但是宇宙飞行环境并不适合人的生存、生活和工作。载人航天器在200－500公里的高空飞行，大气环境为真实状态，温度可达1000℃以上。人类要做宇宙航行必须使载人航天器座舱保证足够的氧气、合适的压力、适宜的温湿度，以及对可能出现的危险性进行必要的防护。
为确保航天员健康地生活、高效地工作与生命安全，载人航天器上设置了一套环境控制与生命保障系统，用于控制压力，去除二氧化碳和有害气体，控制温湿度，以及供应食品与饮水和收集废物。
那么，这样一个系统在无人航天器上怎样才能知道它工作不工作、合格不合格呢？这就需要一个考核系统，这个系统就是我们研制的人体模拟代谢装置，也是拟人载荷装置。如果得不到考核，我们的航天员就不能上天。
生命载荷的目的之一首先是航天器内环境到底适宜不适宜生命生活。国外在20世纪50年代，曾以动物作为载人航天器的拟人载荷装置来考核载人航天器的环境控制和生命保障系统。1957年，前苏联将载有小狗的卫星送上太空，结果小狗在轨道舱飞行一周后，因缺氧而死。从1960年5月到1961年3月，在不到一年时间里，前苏联又连续发射了7艘载有狗、大鼠和小鼠的试验载人航天器，用于探索载人航天器的生保系统以及发射轨道飞行环境对生物的影响。在第3、6、7艘试验载人航天器飞行获得成功后，1961年4月，前苏联航天员加加林驾驶“东方1号”飞船进行了人类的首次太空飞行。美国在载人航天之前也先以猴、猩猩等高等动物作为试验对象。
虽然生命载荷有其明显的优点，但也存在许多工程技术问题。例如要对动物进行选拔和训练，需要解决有思维能力的动物在航天失重条件下废物的收集和处理以及供水、供食等问题。另外，一只猴子的耗氧量只是一个人的1／7，如果两个航天员上天需要14只猴子来试验。安全性也是问题，因此开展无生命载荷的研究受到了国内外学者的重视。
我们现在研究的是物理化学类型的拟人载荷装置，是通过物理化学的方法模拟人的耗氧、产热等代谢参数，为环境控制和生命保障系统提供代谢负荷，以考核此系统。它的优点在于代价不高且极具科学性。
说起在拟人载荷装置研究中遇到的困难，这位专家很感慨：最重要的是技术困难。拟人载荷装置在载人航天器上进行耗氧反应时，受到许多因素的限制，比如空间环境的重量、体积、功耗等，就需要高耗氧性能的材料。天上产品比地上产品的性能要求高很多。耗氧性能达到了，强度也是关键指标。高耗氧材料做出后第一次实验，就碎了，因为强度不够。第一台模拟装置就因为重量、体积太大压根儿上不了飞船。
所有测量设备的研制需要解决的是安全可靠性问题，比如吸收氧气后，装置温度高达800℃，但是要求装置表面及出口的温度达到60℃以下，怎么隔热、降温都是技术难题。比如，为一只气泵上小小的皮碗的寿命，我们要做近万次实验。做这项工作的人员并不多，年龄构成也新老不等。如今，年轻人已经挑了大梁，他们的专业涉及化学、机械、机电、电子、生物与电子工程等等。正是因为有这些科技工作者的这些努力，在“神舟三号”飞船飞行试验任务中，我们所有的产品经受住了各方面的考验，考核数据非常圆满。（赵雁 杨永祯）
|
