近日，中國女航天員王亞平表示，希望有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)月球漫步，爭取開展“月宮授課”。與此同時(shí)，女航天員也加入了國外新一輪載人登月計(jì)劃。新時(shí)期載人月球探測(cè)任務(wù)中，航天員需要克服哪些挑戰(zhàn)？女航天員又需要戰(zhàn)勝哪些額外的困難？著眼未來，有哪些科技成果有望為“嫦娥”探月提供幫助呢？

01

航天員登月闖難關(guān)

20世紀(jì)后期，航天科研人員已認(rèn)識(shí)到，相比近地軌道空間站，月球表面環(huán)境更復(fù)雜，任務(wù)難度更大，因此航天員面臨著更大的風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)，對(duì)能力素質(zhì)的要求也更高。

我國載人月面著陸器被命名為“攬?jiān)隆?/p>

比如，月球表面重力環(huán)境與近地軌道空間站截然不同。在近地軌道空間站上，重力近似為零，而月面重力約為地球的1/6，那么航天員穿著沉重的艙外航天服在外作業(yè)時(shí)，將承受更大的負(fù)荷。地月空間飛行和月表探測(cè)的過程中，重力環(huán)境會(huì)持續(xù)發(fā)生復(fù)雜變化，難免對(duì)航天員的心血管系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、骨骼肌肉等造成潛在危害。

此外，月面輻射環(huán)境也更加復(fù)雜危險(xiǎn)。近地軌道空間站距離地面至少有300多公里，仍處于地球磁場保護(hù)范圍內(nèi)，屏蔽了大部分來自太陽乃至宇宙的輻射威脅。相比之下，月球磁場微乎其微，航天員直接面對(duì)的輻射劑量更大，稍有不慎，就有可能引發(fā)急性輻射反應(yīng)，包括皮膚、血液、視覺等異常，還會(huì)誘發(fā)惡心、嘔吐等癥狀。

新時(shí)期探月任務(wù)不斷提出更高目標(biāo)，導(dǎo)致任務(wù)復(fù)雜程度與日俱增。僅從駕駛方面來看，載人登月涉及多種飛行作業(yè)和機(jī)動(dòng)模式，涵蓋了空間飛行、飛船對(duì)接與脫離、月面著陸、月面起飛等多個(gè)環(huán)節(jié)。這意味著，航天員必須具備扎實(shí)的行星導(dǎo)航領(lǐng)域知識(shí)，能夠在沒有明顯標(biāo)志物的月面選取合適的著陸點(diǎn)，在無大氣條件下駕駛飛船著陸，還要注意月塵狀況，避免形成有潛在威脅的塵云。

航天員安全登月后，身處晝夜交替漫長、溫差可達(dá)300攝氏度且遍布死寂荒漠的月面環(huán)境，對(duì)其生物鐘和身心狀態(tài)都會(huì)造成不利影響，容易引發(fā)行為和認(rèn)知能力下降，損害工作效率和健康。因此，月面駐留初期在載人登月任務(wù)中最為關(guān)鍵，航天員必須盡快調(diào)整到積極的活動(dòng)狀態(tài)，充分利用有限的適應(yīng)、休整時(shí)間。

航天員從月球飛回地球至少需要兩天半，途中地月通信聯(lián)絡(luò)往往不穩(wěn)定，信息延遲無法避免。萬一發(fā)生載人飛船或系統(tǒng)故障、航天員身體不適等意外情況，地球支援力量基本上無法及時(shí)抵達(dá)，因此登月任務(wù)對(duì)系統(tǒng)工程可靠性和航天員獨(dú)立應(yīng)急能力提出了更高的要求。

簡單地說，登月航天員必須具備高超的職業(yè)素養(yǎng)，充分掌握各類綜合知識(shí)，具備嫻熟的操作技能，更加強(qiáng)調(diào)自主工作和決策能力，確保能夠在沒有或極少地球支援的情況下穩(wěn)妥地應(yīng)對(duì)各種突發(fā)情況，完成各項(xiàng)任務(wù)。

除了專業(yè)技能外，登月航天員還應(yīng)具備很強(qiáng)的心理素質(zhì)，隨時(shí)準(zhǔn)備處置故障、傷病等突發(fā)狀況，包括很多之前從未考慮過的非正常情況。由于人類對(duì)月球環(huán)境的認(rèn)知仍然有限，航天員必要時(shí)不得不創(chuàng)造性地開展工作。

02

女航天員面臨新挑戰(zhàn)

值得注意的是，盡管新時(shí)期載人登月任務(wù)力求實(shí)現(xiàn)人類在近地空間以外長期活動(dòng)、月表長時(shí)間駐留及工作，也對(duì)航天員選拔培訓(xùn)提出更多更苛刻的要求，但登月任務(wù)對(duì)于航天員的性別并未設(shè)置“門檻”。換句話說，嚴(yán)酷的地月空間環(huán)境不會(huì)因航天員性別而區(qū)別對(duì)待，各國選拔訓(xùn)練登月航天員時(shí)并沒有為女性設(shè)立“特殊標(biāo)準(zhǔn)”。

女航天員執(zhí)行太空任務(wù)具備諸多優(yōu)勢(shì)

事實(shí)上，在載人航天60多年發(fā)展歷程中，女航天員的突出成就和貢獻(xiàn)早已被證明：女性足以勝任太空任務(wù)。

目前，全球已有近600人到訪太空，其中女航天員約有70人。從表現(xiàn)來看，航天員的個(gè)體差異遠(yuǎn)比性別差異更加顯著。女航天員適應(yīng)太空環(huán)境、執(zhí)行航天任務(wù)時(shí)，在某些方面反而獨(dú)具優(yōu)勢(shì)。

例如，在生理構(gòu)造方面，女性的血壓和外周血管阻力更低，心率更快，更適應(yīng)太空微重力環(huán)境；返回地球后，女航天員更容易在重力環(huán)境下恢復(fù)行走能力；面臨運(yùn)動(dòng)病等隱患，女性也更容易康復(fù)。

借助往往更出色的忍耐力和信心，女航天員非常適合開展一些特別細(xì)致的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)，心靈手巧的她們?cè)诰?xì)操作方面更有優(yōu)勢(shì)。長期執(zhí)行枯燥單調(diào)的太空飛行任務(wù)時(shí)，女航天員往往更加敏銳細(xì)膩，考慮問題更周全，語言表達(dá)和溝通能力更強(qiáng)，可以積極調(diào)節(jié)氣氛，有利于克服孤寂，更好地解決問題。

不容諱言，在登月任務(wù)中，女航天員可能在身體素質(zhì)方面遭遇更大的挑戰(zhàn)。據(jù)醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)，女性的平均體力僅有男性的2/3，有氧代謝能力和腿部肌肉力量相對(duì)較弱。雖然太空失重狀態(tài)在一定程度上縮小了相關(guān)差異，但消耗體力較大的任務(wù)仍對(duì)女航天員不利。在缺乏附著支點(diǎn)和摩擦力的失重環(huán)境中，女航天員的體力劣勢(shì)會(huì)被放大，所以女航天員參與的近地軌道出艙任務(wù)僅有不足1%。

更復(fù)雜的地月空間和月面重力環(huán)境會(huì)進(jìn)一步放大這種差距。美國宇航局曾做過應(yīng)急出艙服穿戴模擬實(shí)驗(yàn)，當(dāng)時(shí)12名男性在地面上穿著26公斤的特殊服裝行動(dòng)5分鐘，其中4人無力堅(jiān)持，主要原因是腿部肌肉疲勞。如果女航天員在月球表面出艙活動(dòng)，很難避免疲勞和肌肉損傷隱憂，必須為體能達(dá)標(biāo)付出更多努力。

03

科技托舉“嫦娥”奔月

當(dāng)前，人類正邁入月球探索與開發(fā)的新時(shí)期，航天技術(shù)的快速發(fā)展也為探月任務(wù)提供了有力支撐。月球通信導(dǎo)航星座、登月航天服、探月機(jī)器人等新一代探月設(shè)備設(shè)施都將成為航天員的得力助手，助力他們更輕松高效地完成各項(xiàng)工作。

國外新型登月航天服有助于減輕女性負(fù)擔(dān)

在月面導(dǎo)航方面，我國正在論證構(gòu)建月球通信導(dǎo)航星座，打造“月球版北斗”，從而為未來月面作業(yè)提供中繼通信、導(dǎo)航等服務(wù)。隨著月球通信導(dǎo)航星座建設(shè)逐步取得進(jìn)展，探月任務(wù)的復(fù)雜度將明顯下降，同時(shí)支持更多有人和無人探測(cè)器開展各項(xiàng)任務(wù)，進(jìn)而保障航天員在月球任何位置與地球通聯(lián)，更加安全高效地?cái)U(kuò)展活動(dòng)范圍。

在登月航天服方面，國外新一代原型產(chǎn)品相比“前輩”已大幅減重，測(cè)試了女性穿戴后在地球重力環(huán)境下穩(wěn)定行走、上肢大幅度旋轉(zhuǎn)、深蹲、撿拾巖石和手指精細(xì)活動(dòng)等，未來將助力航天員在月面靈活行動(dòng)，特別有助于女航天員緩解體力不足。更進(jìn)一步，新一代登月航天服設(shè)計(jì)支持航天員連續(xù)艙外活動(dòng)8小時(shí)，并且具備自清潔功能，避免月塵聚集等潛在風(fēng)險(xiǎn)，保障航天員在月球表面持續(xù)開展復(fù)雜工作。

在月面運(yùn)輸工具方面，載人月球車能夠完成探測(cè)、考察、收集和分析樣品等任務(wù)。去年10月，我國載人月球車研制方案初選結(jié)果公布，中選方案采用了人機(jī)智能混合增強(qiáng)駕駛技術(shù)、車體傾角可調(diào)設(shè)計(jì)，具備持續(xù)蠕動(dòng)行駛等功能，將幫助航天員更加輕松、安全、快捷地在地形復(fù)雜的月面移動(dòng)，顯著拓展活動(dòng)范圍。預(yù)計(jì)載人月球車的座椅、傳動(dòng)裝置等會(huì)幫助航天員減少體力消耗、開闊觀測(cè)視野，新設(shè)計(jì)統(tǒng)籌解決供電、溫控、空間等難題。

在月面生存方面，我國環(huán)控生保系統(tǒng)已開發(fā)到第三代，天宮空間站實(shí)現(xiàn)了氧氣資源100%再生、水資源閉合度95%以上。未來，環(huán)控生保系統(tǒng)將納入植物生態(tài)環(huán)境，嘗試?yán)迷虑蛟毁Y源，建設(shè)“太空農(nóng)場”，實(shí)現(xiàn)食物、水和空氣持續(xù)再生，為航天員中長期駐留月球提供可靠保障。

隨著自動(dòng)化、人工智能技術(shù)發(fā)展，未來月球探索將更加高效。預(yù)計(jì)眾多機(jī)器人將自主或配合航天員開展移動(dòng)、操作、科學(xué)作業(yè)，有效減輕人類工作強(qiáng)度、保護(hù)人身安全，代替探索惡劣環(huán)境。

總之，嫦娥奔月的神話傳說寄托了中華民族的美好憧憬和對(duì)太空的無限遐想，隨著中國載人月球探測(cè)任務(wù)全面啟動(dòng)，這個(gè)神話必將走入現(xiàn)實(shí)。

本文原載于《中國航天報(bào)·飛天科普周刊》

來源：中國航天基金會(huì)

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