我那不愉快的48小时宇航员生活

宇航员 Image copyright Neil Scheibelhut/Hi-Seas/University of Hawaii
Image caption 目前已有200多位宇航员有幸访问过国际空间

在狭窄、接近无重力的、没有新鲜空气的国际空间站工作将近一年后,美国宇航员斯科特•凯利(Scott Kelly)和俄罗斯宇航员米哈伊尔•科尔尼延科(Mikhail Kornienko)在去年春天回到地球时看起来仍然非常健康。他们在空间站刚刚完成了一个为期340天的任务,这是近年来最长的太空之旅之一。

目前只有200多位宇航员有幸访问过国际空间站,而完成太空旅行的人则多达数百人,他们只是其中两位。总体来看这些数字并不多,但世界上很多人正在为未来的太空之旅行业投入数十亿美元,他们希望我们之中有更多的人有朝一日可以跟随宇航员的脚步。

然而,体验宇航员的生活并不总是必须到太空旅行。人们可能会惊讶的发现世界各地有几十个人在地球上花了几个月,甚至一年多的时间,生活在特殊建造的密闭空间,模拟太空中的生活。这些模拟舱位于中国、夏威夷、俄罗斯等地,使研究人员能够研究长期隔离和禁闭对准备长途太空旅行的人的影响。

虽然我们可以从宇航员在国际空间站以及之前的空间站的工作生活经验中收集大量信息,但是随着各国航天局把目光投向火星,宇航员面临的挑战将随之改变。到火星的飞行任务意味着需要在太空呆上大约三年,其中包括六到八个月的去程,几个月火星地表生活的时间,以及六到八个月的返程。如此长途旅行预计会给那些被选中的人带来多个心理挑战。

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Image caption 在火星地表步行就需要穿一套完整的太空服。这正是夏威夷太空探索仿真与模拟计划(Hi-Seas)的参与者正在模拟的情况。

为了弄清这是怎么回事,我花了48个小时努力过和宇航员一样的生活,试图跟上国际空间站上机组人员的时间表。结果证明,他们一天的工作非常紧凑。我醒过来,喝了咖啡,然后吃一些直接装在袋子里的普通的食物,然后锻炼,工作,并重复这一模式,直到一天结束。我每天两次刷牙后还必须把漱口水吐在毛巾里。

国际空间站上平常的一天是这样开始的:早上6点或6点30分起床(国际空间站使用世界协调时间(Coordinated Universal Time)或格林威治标准时间)。美国宇航员、医生凯尔•林格伦(Kjell Lindgren)2015年在国际空间站上度过了141天,进行了两次太空行走。他说每天早上他做的第一件事就是阅读每天的新闻简报和两页长的前一日工作总结,然后刷牙,吃早餐。到上午7点30分左右,每个宇航员会与他们各自的任务控制中心开一个每日规划例会,以计划未来一天的日程以及提出任何问题。

"一天中其余的时间非常紧张——日程安排精确到五分钟,"林格伦说,"在一天内,我们可能会做研究,维修空间站,或拍摄自然灾害的照片。我们有一小时的午餐时间和两个半小时的锻炼时间。

国际空间站宇航员日常工作日志示例:

上午7点(格林威治标准时间) - 起床,戴上臂带为生物节律(Bio Rhythms)实验记录心电图数据

上午7:05 - 起床活动(宇航员完成早晨的卫生习惯,吃早餐等)

上午8:30 - 早晨每日规划例会:宇航员与世界各地的控制中心(美国宇航局(NASA),俄罗斯联邦航天局(Roscosmos)、日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)、欧洲空间局(Esa)、加拿大太空局(CSA))简要讨论当天活动的时间安排

上午8:45 - 早晨准备

上午9点 - 电脑更新

上午9:05 - 在生物节律硬件上交换数据收集卡

上午9:25 - 准备进行维修用的设备

上午10:25 - 在跑步机上锻炼

上午11:25 - 个人二氧化碳监测数据收集

下午12:15 - 窗口遮光板关闭

下午12:25 - 空白(休息时间——通常不会有这么多,但他们周末也工作,所以弥补一些时间)

下午1:10 - 以太网网线交换(Ethernet cable swap)

下午1:15 - 摄像机设置(为地面控制中心记录维修工作)

下午1:25 - 填写评估食物频率的营养实验问卷

下午1:35 - 午餐

下午2:35 - 自由时间

下午3:05 -高级阻力锻炼(高级阻力锻炼装置——一种微重力版本的举重)

下午4:35 - 给AMO2设备拍照,发送至地面

下午4:40 - 在节点1中安装真空接入端口,为将要停泊的来访飞行器提供真空

晚上7点 - 材料科学研究的计算机配置检查

晚上7:20 - Orbital-6 Cygnus飞行器货物清单

晚上7:35 - 每周宇航员办公室/宇航员会议

晚上7:55 - 睡前(晚间活动的时间,如晚餐等)

晚上8:25 - 每周飞行主管/宇航员会议

晚上8:45 - 晚间每日规划例会(宇航员与地面团队讨论白天完成的工作和明天的计划)

晚上9点 - 睡前活动继续

晚上10:30 - 睡觉

*来源:美国国家航空航天局——宇航员蒂姆•科普拉(Tim Kopra)的日志示例

在晚上7点或7点30分,每个宇航员都要开一个晚间会议总结一天的工作。"那以后的时间就属于我们自己了,"林格伦说, "我们会吃晚饭,可能会一起看电视节目,回复电子邮件,给地球拍照。然后到10点或11点就准备睡觉,为第二天做准备。"在他执行任务期间,林格伦和其他宇航员有幸在地球公映前观看了雷德利•斯科特(Ridley Scott)的电影《火星救援》(The Martian)。

在我做宇航员的一天中,我忙于采访研究人员,阅读学术论文,为这篇报道做笔记和观看国际空间站最近拍摄的视频。当然,最困难和最棒的部分之一是每天至少锻炼两个小时(我把锻炼分成两次一小时的间歇有氧训练、举重和瑜伽)。

当然,宇航员必须每天锻炼至少两个小时,以抵消微重力的物理效应,这体现在骨密度的降低,肌肉量和心血管调节能力的降低。在微重力环境下锻炼必须有创意——宇航员可以将自己绑在带有阻力的运动自行车上,或者在某些情况下,为了"举重"自行组装阻力机。

"我们已经开发了一套相当不错的应对措施来对抗失重的影响,所以我们能够保持有氧运动的能力、骨密度以及肌肉力量,"林格伦说,"但它不是完全针对失重的疗法。有一些肌肉就是没有反应。只要站立起来,你就会用到脊椎里小块的姿势肌,而这是和下蹲或硬举时的锻炼方式不一样的。

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Image caption 加拿大宇航员克里斯•哈德菲尔德(Chris Hadfield)展示了在太空清洁牙齿的正确程序。

日本宇航员山崎直子在2010年前往国际空间站进行了一项为期15天的组装和供给任务。她说返回地球时对自身的重力感到惊讶。"我记得我觉得头重的像是顶了一块石头。甚至手里拿一张纸也感觉很重,"她说。虽然山崎在回到地球一个小时后就能够行走,但是在微重力条件下呆的时间更长的人通常需要几周、甚至几个月才能重新适应地球的重力。

近年来,研究人员已经把注意力转向微重力如何导致宇航员视觉敏感度下降。 "宇航员回来以后发现他们的视觉发生了一些变化,"林格伦说,"这是一个重要的问题,但我们尚不清楚其中的原因。

专家猜测由于微重力导致体液向上移动,眼睛周围的压力会增加,这可能会影响视力。体液的变化甚至可能引起味觉的变化。

太空食物

对我来说,食物是我在隔离生活期间最难熬的部分之一。

国际空间站上有三类食物——加热食用的熟湿的袋装食物、用热水冲泡的脱水食物以及真空包装以保持稳定的直接食用的耐贮物品。宇航员也曾在微重力环境下成功种植过植物,但是在太空大规模种植植物可能还很遥远。

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Image caption 2015年8月,宇航员斯科特•凯利和凯尔•林格伦首次在国际空间站享受采用在空间里种植的蔬菜水果制作而成的新鲜沙拉。

因为我无法获取真正的太空食物,所以我去了本地的户外用品商店,储存了脱水饭菜。但让人惊讶的是,提前选择饮食非常困难。我不知道如何设计一个两天的菜单,也无法预测我会想吃什么。第一天后,我发现自己开始幻想新鲜的农产品。设想一下这样生活几个月会是什么状况。

结果证明,这些都是科学家正在应对的最大的问题。专家关心的不仅是如何确保在火星任务期间有足够多的食物——一个想法是在载人飞船到达之前或之后发射货物飞船——还有如何让宇航员更有可能吃到他们喜欢的食物。

卑尔根大学(University of Bergen)心理学教授、"火星500计划"(Mars500)的主要研究员格罗•桑德尔(Gro Sandal)说:"在食物方面的偏好变得非常重要。" 火星500计划是俄罗斯与中国、欧洲航天局合作计划进行的一项为期520天的火星模拟考察项目。她说,一些机组成员极度讨厌食物,以至于研究人员担心他们会绝食,所以不得不提出新的选择。

夏威夷太空探索仿真与模拟计划的项目经理布莱恩•考德威尔(Bryan Caldwell)说,宇航员报告称在太空里他们对食物的偏好和口味经常改变。专家猜测这一现象是因为体液在微重力环境下的移动,并在一项70天的研究中对这些变化的影响进行了研究,这个项目中的参与者要求在床上躺下来模拟失重的情况。

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Image caption 即使在没有微重力影响味蕾的情况下,本文作者蒂凡尼还是很难买到自己中意的脱水餐。

"我们想知道失重如何像鼻塞一样影响嗅觉和味觉,"他说,"我们仍在分析结果,但似乎虽然卧床休息者体液的再分布并没有对嗅觉造成很大影响,但是它的确对食物的喜好有影响。

在国际空间站上,食物已经成为一种社会货币,它是与来自其他文化的站友建立关系的一种方式。"在那里,不同文化和国籍的宇航员混合在一起,"山崎说,"我们之前有一些联合训练,但每天晚上聚在一起吃饭很有帮助。我们交换太空食物,这有助于我们相互沟通。"

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Image caption 太空补给飞船定期带来的新鲜水果对空间站的宇航员来说不啻于为山珍海味。

这给要去火星的旅行者带来了一个好消息。虽然在往返火星的旅行过程中,食物选择可能会十分有限,但是一旦到达火星表面,人们就可以比较正常的给自己做饭。他们还可以根据在他们到达之前发送的储存食物创制菜谱。夏威夷太空探索仿真与模拟计划八个月禁闭研究的参与者团队甚至还在制作一本菜谱书,详细介绍他们在隔离期间创作的创意食谱。

天空中一颗普通的星星

国际空间站上的宇航员可以欣赏地球的壮丽景色,与地面上的家庭和支持团队的通信也几乎没有延迟。船员不断更替,还有补给定期从地球送来。但是前往火星的宇航员将面临更为极端的隔离。

除了任务时间长得多之外,与地球的通信将有大约20分钟延时。这将意味着宇航员得到任务控制中心或任何家人的响应会有40分钟的延迟。在夏威夷太空探索仿真与模拟计划任务以及火星500计划中都模拟了这个延迟时间。

乔斯林•邓恩(Jocelyn Dunn)等六名宇航员参加了夏威夷太空探索仿真与模拟计划任务,在八个月的时间里,他们住在一个圆顶的房子里。这栋两层建筑有约900平方英尺的共享生活空间和小的单人房间。实验还模拟了火星的熔岩地貌。参加者每次冒险走到外面都会穿上太空服。他们肩负团队中的地质考察任务。

"对我个人来说,沟通是出乎意料的困难,"邓恩说,"不只是因为时间延迟,而且因为它只是通过电子邮件。我们已经成为一个快速的,以短信为主的社交方式,但令人惊讶的是,一些人并不擅长保持联系。这尤其困难,因为你的社交网络可以对你是谁有重要影响。

此外,在火星上看地球,地球就像是天空中一颗普通的星星。这可能导致研究人员所谓的"地球离开视线的现象",并可能增加孤立感。对宇航员的调查表明,从太空欣赏地球的美丽和脆弱的经验是多么重要。研究表明,经验可以使人们减少个人主义,更注重普遍性和精神世界。

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Image caption 从空间站上看到我们的星球可以从根本上改变宇航员的人生观

"从那个角度看地球改变了去过那里的每个人的人生,"林格伦说,"你真的会有机会看到我们所在的这颗不可思议的星球,它不同于你可能看到的一切。虽然你可以看到宇宙,那会使人们感觉自己的渺小。但是你会意识到,在你的视觉和经验中,没有任何东西比得上地球。

他说这种经验让他意识到地球是人类的太空船,而人类是船员。"我花了30%的时间维持空间站,这个飞船为我们提供氧气和食物,保护我们免受辐射。"他解释道,"而当你回头看地球时,你会想到这是人类的太空船。船员和人类的道理是一样的——我们必须互相照顾。"

缺少这些景色可能会对太空旅行者的体验产生负面影响。再加上禁闭就可能给人很大的压力。

禁闭的压力

对我来说,到第二天,和脱水食物一起被困在房子里的新奇感已经消耗殆尽。丈夫回家发现妻子的脾气异常暴躁。正如我在家的枯燥实验一样,禁闭的单调性实际上可能是人们在火星之旅中面临的最大挑战之一。

邓恩在参加夏威夷太空探索仿真与模拟计划的过程中收集了自己的生物样本来跟踪压力水平。她说她低估了禁闭对自己体验的影响。

"人们不会仔细考虑禁闭的问题,"她说,"他们会考虑隔离的问题——你身边没有那些你通常会拥有的东西,但禁闭至少同样困难,如果不是更艰难的话。你不能在周末离开这里,你不能改变景象和人。我真的想念走在街上的感觉,自发的去做一件事或发现新的东西。

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Image caption 我们不清楚当宇航员距离地球家园数百万英里时,隔离的问题将会变的多么严重。

邓恩作为主要研究员加入了研究团队,对去年8月结束的夏威夷太空探索仿真与模拟计划进行为期12个月的后续研究。她现在正在分析项目参与者的压力水平的变化情况。"人们进来时的压力水平非常高,因为这是他们第一次来到这里,他们感到兴奋。但随着他们开始适应环境,这种兴奋感就会减退。"她说, "然后随着时间的推移,压力开始再次攀升,尽管确切的时间和方式每个人情况不同。

因为宇航员长期居住在一起,压力的增加也可能导致社会冲突的增加。例如,2010年美国宇航局撰写的一份对宇航员日记的分析报告称,在任务的下半期,人际关系的问题平均增加了20%。

虽然并不总是这样,至少有一些研究人员观察到了一种被称为"第三季度现象"的事件——在太空任务进行到一半之后的某一时刻,攻击性和情绪爆发出现增加。

从2010年7月至2011年11月的火星500计划是迄今为止时间最长的太空模拟研究。研究人员发现,随着时间的推移,参与者的善意出现减少,一些参与者退出了与他人的互动。在5月到8月之间尤其如此,这被认为是"第三季度",因为参加者计划在11月离开房间。

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Image caption 们被封闭在太空舱里,火星500计划的一些宇航员在后期逐渐出现离群索居的倾向。

"我们发现,当人们长时间处于禁闭状态时,某些时候似乎对心理功能来说更为重要,特别是当你所受的刺激非常有限的情况下,"桑德尔说,"过了一段时间,你会变得很容易被激怒,任何种类的声音或刺激给你的感受可能都会太过强烈。它会让你感到不舒服。这是我们在火星500计划中观察到的。当然会有个体差异,但有些宇航员大幅度的减少了与人的互动。我把它解释为一种保护自己的方式。"

他们还观察到一些宇航员出现的所谓"切断联系"的心理现象。他们会脱离环境并躲入自己的内心世界。 "所以他们像是在保护自己,进入了内心世界,"桑德尔解释说,"我们在南极洲的孤立研究中也发现了这一现象。"

当然,在极端情况下会存在个体差异,这正是夏威夷太空探索仿真与模拟计划和其他研究人员尤其要分析的。长期空间任务的选人参数将是至关重要的,而且地球上的培训可能需要花费几年时间。

尽管存在挑战,但是航天局吸引第一批申请人参加火星任务应该不成问题。即使是在地球上进行隔离研究的研究人员也可以从志愿者那里得到数百份申请。这些志愿者渴望了解长期太空任务是怎么一回事。

一些民间项目也确信普通人也会想去火星旅行。伊隆•马斯克(Elon Musk)的太空探索科技公司(SpaceX)希望把游客送到火星,而荷兰的非营利组织MarsOne也打算在那里建立一个永久的人类殖民地。

就我而言,在两天结束后,我走出了屋子,从一个新的角度欣赏新鲜的空气和食物。我还不会那么快就报名去太空旅行。

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