我那不愉快的48小時宇航員生活

宇航員 Image copyright Neil Scheibelhut/Hi-Seas/University of Hawaii
Image caption 目前已有200多位宇航員有幸訪問過國際空間

在狹窄、接近無重力的、沒有新鮮空氣的國際空間站工作將近一年後,美國宇航員斯科特•凱利(Scott Kelly)和俄羅斯宇航員米哈伊爾•科爾尼延科(Mikhail Kornienko)在去年春天回到地球時看起來仍然非常健康。他們在空間站剛剛完成了一個為期340天的任務,這是近年來最長的太空之旅之一。

目前只有200多位宇航員有幸訪問過國際空間站,而完成太空旅行的人則多達數百人,他們只是其中兩位。總體來看這些數字並不多,但世界上很多人正在為未來的太空之旅行業投入數十億美元,他們希望我們之中有更多的人有朝一日可以跟隨宇航員的腳步。

然而,體驗宇航員的生活並不總是必須到太空旅行。人們可能會驚訝的發現世界各地有幾十個人在地球上花了幾個月,甚至一年多的時間,生活在特殊建造的密閉空間,模擬太空中的生活。這些模擬艙位於中國、夏威夷、俄羅斯等地,使研究人員能夠研究長期隔離和禁閉對凖備長途太空旅行的人的影響。

雖然我們可以從宇航員在國際空間站以及之前的空間站的工作生活經驗中收集大量信息,但是隨著各國航天局把目光投向火星,宇航員面臨的挑戰將隨之改變。到火星的飛行任務意味著需要在太空呆上大約三年,其中包括六到八個月的去程,幾個月火星地表生活的時間,以及六到八個月的返程。如此長途旅行預計會給那些被選中的人帶來多個心理挑戰。

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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。這正是夏威夷太空探索仿真與模擬計劃(Hi-Seas)的參與者正在模擬的情況。

為了弄清這是怎麼回事,我花了48個小時努力過和宇航員一樣的生活,試圖跟上國際空間站上機組人員的時間表。結果證明,他們一天的工作非常緊湊。我醒過來,喝了咖啡,然後吃一些直接裝在袋子裏的普通的食物,然後鍛煉,工作,並重覆這一模式,直到一天結束。我每天兩次刷牙後還必須把漱口水吐在毛巾裏。

國際空間站上平常的一天是這樣開始的:早上6點或6點30分起牀(國際空間站使用世界協調時間(Coordinated Universal Time)或格林威治標凖時間)。美國宇航員、醫生凱爾•林格倫(Kjell Lindgren)2015年在國際空間站上度過了141天,進行了兩次太空行走。他說每天早上他做的第一件事就是閲讀每天的新聞簡報和兩頁長的前一日工作總結,然後刷牙,吃早餐。到上午7點30分左右,每個宇航員會與他們各自的任務控制中心開一個每日規劃例會,以計劃未來一天的日程以及提出任何問題。

"一天中其餘的時間非常緊張——日程安排精確到五分鐘,"林格倫說,"在一天內,我們可能會做研究,維修空間站,或拍攝自然災害的照片。我們有一小時的午餐時間和兩個半小時的鍛煉時間。

國際空間站宇航員日常工作日誌示例:

上午7點(格林威治標凖時間) - 起牀,戴上臂帶為生物節律(Bio Rhythms)實驗記錄心電圖數據

上午7:05 - 起牀活動(宇航員完成早晨的衛生習慣,吃早餐等)

上午8:30 - 早晨每日規劃例會:宇航員與世界各地的控制中心(美國宇航局(NASA),俄羅斯聯邦航天局(Roscosmos)、日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)、歐洲空間局(Esa)、加拿大太空局(CSA))簡要討論當天活動的時間安排

上午8:45 - 早晨凖備

上午9點 - 電腦更新

上午9:05 - 在生物節律硬件上交換數據收集卡

上午9:25 - 凖備進行維修用的設備

上午10:25 - 在跑步機上鍛煉

上午11:25 - 個人二氧化碳監測數據收集

下午12:15 - 窗口遮光板關閉

下午12:25 - 空白(休息時間——通常不會有這麼多,但他們周末也工作,所以彌補一些時間)

下午1:10 - 以太網網線交換(Ethernet cable swap)

下午1:15 - 攝像機設置(為地面控制中心記錄維修工作)

下午1:25 - 填寫評估食物頻率的營養實驗問卷

下午1:35 - 午餐

下午2:35 - 自由時間

下午3:05 -高級阻力鍛煉(高級阻力鍛煉裝置——一種微重力版本的舉重)

下午4:35 - 給AMO2設備拍照,發送至地面

下午4:40 - 在節點1中安裝真空接入端口,為將要停泊的來訪飛行器提供真空

晚上7點 - 材料科學研究的計算機配置檢查

晚上7:20 - Orbital-6 Cygnus飛行器貨物清單

晚上7:35 - 每周宇航員辦公室/宇航員會議

晚上7:55 - 睡前(晚間活動的時間,如晚餐等)

晚上8:25 - 每周飛行主管/宇航員會議

晚上8:45 - 晚間每日規劃例會(宇航員與地麵糰隊討論白天完成的工作和明天的計劃)

晚上9點 - 睡前活動繼續

晚上10:30 - 睡覺

*來源:美國國家航空航天局——宇航員蒂姆•科普拉(Tim Kopra)的日誌示例

在晚上7點或7點30分,每個宇航員都要開一個晚間會議總結一天的工作。"那以後的時間就屬於我們自己了,"林格倫說, "我們會吃晚飯,可能會一起看電視節目,回復電子郵件,給地球拍照。然後到10點或11點就凖備睡覺,為第二天做凖備。"在他執行任務期間,林格倫和其他宇航員有幸在地球公映前觀看了雷德利•斯科特(Ridley Scott)的電影《火星救援》(The Martian)。

在我做宇航員的一天中,我忙於採訪研究人員,閲讀學術論文,為這篇報道做筆記和觀看國際空間站最近拍攝的視頻。當然,最困難和最棒的部分之一是每天至少鍛煉兩個小時(我把鍛煉分成兩次一小時的間歇有氧訓練、舉重和瑜伽)。

當然,宇航員必須每天鍛煉至少兩個小時,以抵消微重力的物理效應,這體現在骨密度的降低,肌肉量和心血管調節能力的降低。在微重力環境下鍛煉必須有創意——宇航員可以將自己綁在帶有阻力的運動自行車上,或者在某些情況下,為了"舉重"自行組裝阻力機。

"我們已經開發了一套相當不錯的應對措施來對抗失重的影響,所以我們能夠保持有氧運動的能力、骨密度以及肌肉力量,"林格倫說,"但它不是完全針對失重的療法。有一些肌肉就是沒有反應。只要站立起來,你就會用到脊椎裏小塊的姿勢肌,而這是和下蹲或硬舉時的鍛煉方式不一樣的。

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Image caption 加拿大宇航員克里斯•哈德菲爾德(Chris Hadfield)展示了在太空清潔牙齒的正確程序。

日本宇航員山崎直子在2010年前往國際空間站進行了一項為期15天的組裝和供給任務。她說返回地球時對自身的重力感到驚訝。"我記得我覺得頭重的像是頂了一塊石頭。甚至手裏拿一張紙也感覺很重,"她說。雖然山崎在回到地球一個小時後就能夠行走,但是在微重力條件下呆的時間更長的人通常需要幾周、甚至幾個月才能重新適應地球的重力。

近年來,研究人員已經把注意力轉向微重力如何導致宇航員視覺敏感度下降。 "宇航員回來以後發現他們的視覺發生了一些變化,"林格倫說,"這是一個重要的問題,但我們尚不清楚其中的原因。

專家猜測由於微重力導致體液向上移動,眼睛周圍的壓力會增加,這可能會影響視力。體液的變化甚至可能引起味覺的變化。

太空食物

對我來說,食物是我在隔離生活期間最難熬的部分之一。

國際空間站上有三類食物——加熱食用的熟濕的袋裝食物、用熱水衝泡的脫水食物以及真空包裝以保持穩定的直接食用的耐貯物品。宇航員也曾在微重力環境下成功種植過植物,但是在太空大規模種植植物可能還很遙遠。

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Image caption 2015年8月,宇航員斯科特•凱利和凱爾•林格倫首次在國際空間站享受採用在空間裏種植的蔬菜水果製作而成的新鮮沙拉。

因為我無法獲取真正的太空食物,所以我去了本地的戶外用品商店,儲存了脫水飯菜。但讓人驚訝的是,提前選擇飲食非常困難。我不知道如何設計一個兩天的菜單,也無法預測我會想吃什麼。第一天後,我發現自己開始幻想新鮮的農產品。設想一下這樣生活幾個月會是什麼狀況。

結果證明,這些都是科學家正在應對的最大的問題。專家關心的不僅是如何確保在火星任務期間有足夠多的食物——一個想法是在載人飛船到達之前或之後發射貨物飛船——還有如何讓宇航員更有可能吃到他們喜歡的食物。

卑爾根大學(University of Bergen)心理學教授、"火星500計劃"(Mars500)的主要研究員格羅•桑德爾(Gro Sandal)說:"在食物方面的偏好變得非常重要。" 火星500計劃是俄羅斯與中國、歐洲航天局合作計劃進行的一項為期520天的火星模擬考察項目。她說,一些機組成員極度討厭食物,以至於研究人員擔心他們會絶食,所以不得不提出新的選擇。

夏威夷太空探索仿真與模擬計劃的項目經理布萊恩•考德威爾(Bryan Caldwell)說,宇航員報告稱在太空裏他們對食物的偏好和口味經常改變。專家猜測這一現象是因為體液在微重力環境下的移動,並在一項70天的研究中對這些變化的影響進行了研究,這個項目中的參與者要求在牀上躺下來模擬失重的情況。

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Image caption 即使在沒有微重力影響味蕾的情況下,本文作者蒂凡尼還是很難買到自己中意的脫水餐。

"我們想知道失重如何象鼻塞一樣影響嗅覺和味覺,"他說,"我們仍在分析結果,但似乎雖然臥牀休息者體液的再分佈並沒有對嗅覺造成很大影響,但是它的確對食物的喜好有影響。

在國際空間站上,食物已經成為一種社會貨幣,它是與來自其他文化的站友建立關係的一種方式。"在那裏,不同文化和國籍的宇航員混合在一起,"山崎說,"我們之前有一些聯合訓練,但每天晚上聚在一起吃飯很有幫助。我們交換太空食物,這有助於我們相互溝通。"

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Image caption 太空補給飛船定期帶來的新鮮水果對空間站的宇航員來說不啻於為山珍海味。

這給要去火星的旅行者帶來了一個好消息。雖然在往返火星的旅行過程中,食物選擇可能會十分有限,但是一旦到達火星表面,人們就可以比較正常的給自己做飯。他們還可以根據在他們到達之前發送的儲存食物創製菜譜。夏威夷太空探索仿真與模擬計劃八個月禁閉研究的參與者團隊甚至還在製作一本菜譜書,詳細介紹他們在隔離期間創作的創意食譜。

天空中一顆普通的星星

國際空間站上的宇航員可以欣賞地球的壯麗景色,與地面上的家庭和支持團隊的通信也幾乎沒有延遲。船員不斷更替,還有補給定期從地球送來。但是前往火星的宇航員將面臨更為極端的隔離。

除了任務時間長得多之外,與地球的通信將有大約20分鐘延時。這將意味著宇航員得到任務控制中心或任何家人的響應會有40分鐘的延遲。在夏威夷太空探索仿真與模擬計劃任務以及火星500計劃中都模擬了這個延遲時間。

喬斯林•鄧恩(Jocelyn Dunn)等六名宇航員參加了夏威夷太空探索仿真與模擬計劃任務,在八個月的時間裏,他們住在一個圓頂的房子裏。這棟兩層建築有約900平方英尺的共享生活空間和小的單人房間。實驗還模擬了火星的熔岩地貌。參加者每次冒險走到外面都會穿上太空服。他們肩負團隊中的地質考察任務。

"對我個人來說,溝通是出乎意料的困難,"鄧恩說,"不只是因為時間延遲,而且因為它只是通過電子郵件。我們已經成為一個快速的,以短信為主的社交方式,但令人驚訝的是,一些人並不擅長保持聯繫。這尤其困難,因為你的社交網絡可以對你是誰有重要影響。

此外,在火星上看地球,地球就像是天空中一顆普通的星星。這可能導致研究人員所謂的"地球離開視線的現象",並可能增加孤立感。對宇航員的調查表明,從太空欣賞地球的美麗和脆弱的經驗是多麼重要。研究表明,經驗可以使人們減少個人主義,更注重普遍性和精神世界。

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Image caption 從空間站上看到我們的星球可以從根本上改變宇航員的人生觀

"從那個角度看地球改變了去過那裏的每個人的人生,"林格倫說,"你真的會有機會看到我們所在的這顆不可思議的星球,它不同於你可能看到的一切。雖然你可以看到宇宙,那會使人們感覺自己的渺小。但是你會意識到,在你的視覺和經驗中,沒有任何東西比得上地球。

他說這種經驗讓他意識到地球是人類的太空船,而人類是船員。"我花了30%的時間維持空間站,這個飛船為我們提供氧氣和食物,保護我們免受輻射。"他解釋道,"而當你回頭看地球時,你會想到這是人類的太空船。船員和人類的道理是一樣的——我們必須互相照顧。"

缺少這些景色可能會對太空旅行者的體驗產生負面影響。再加上禁閉就可能給人很大的壓力。

禁閉的壓力

對我來說,到第二天,和脫水食物一起被困在房子裏的新奇感已經消耗殆盡。丈夫回家發現妻子的脾氣異常暴躁。正如我在家的枯燥實驗一樣,禁閉的單調性實際上可能是人們在火星之旅中面臨的最大挑戰之一。

鄧恩在參加夏威夷太空探索仿真與模擬計劃的過程中收集了自己的生物樣本來跟蹤壓力水平。她說她低估了禁閉對自己體驗的影響。

"人們不會仔細考慮禁閉的問題,"她說,"他們會考慮隔離的問題——你身邊沒有那些你通常會擁有的東西,但禁閉至少同樣困難,如果不是更艱難的話。你不能在周末離開這裏,你不能改變景象和人。我真的想念走在街上的感覺,自發的去做一件事或發現新的東西。

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Image caption 我們不清楚當宇航員距離地球家園數百萬英里時,隔離的問題將會變的多麼嚴重。

鄧恩作為主要研究員加入了研究團隊,對去年8月結束的夏威夷太空探索仿真與模擬計劃進行為期12個月的後續研究。她現在正在分析項目參與者的壓力水平的變化情況。"人們進來時的壓力水平非常高,因為這是他們第一次來到這裏,他們感到興奮。但隨著他們開始適應環境,這種興奮感就會減退。"她說, "然後隨著時間的推移,壓力開始再次攀升,儘管確切的時間和方式每個人情況不同。

因為宇航員長期居住在一起,壓力的增加也可能導致社會衝突的增加。例如,2010年美國宇航局撰寫的一份對宇航員日記的分析報告稱,在任務的下半期,人際關係的問題平均增加了20%。

雖然並不總是這樣,至少有一些研究人員觀察到了一種被稱為"第三季度現象"的事件——在太空任務進行到一半之後的某一時刻,攻擊性和情緒爆發出現增加。

從2010年7月至2011年11月的火星500計劃是迄今為止時間最長的太空模擬研究。研究人員發現,隨著時間的推移,參與者的善意出現減少,一些參與者退出了與他人的互動。在5月到8月之間尤其如此,這被認為是"第三季度",因為參加者計劃在11月離開房間。

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Image caption 們被封閉在太空艙裏,火星500計劃的一些宇航員在後期逐漸出現離群索居的傾向。

"我們發現,當人們長時間處於禁閉狀態時,某些時候似乎對心理功能來說更為重要,特別是當你所受的刺激非常有限的情況下,"桑德爾說,"過了一段時間,你會變得很容易被激怒,任何種類的聲音或刺激給你的感受可能都會太過強烈。它會讓你感到不舒服。這是我們在火星500計劃中觀察到的。當然會有個體差異,但有些宇航員大幅度的減少了與人的互動。我把它解釋為一種保護自己的方式。"

他們還觀察到一些宇航員出現的所謂"切斷聯繫"的心理現象。他們會脫離環境並躲入自己的內心世界。 "所以他們像是在保護自己,進入了內心世界,"桑德爾解釋說,"我們在南極洲的孤立研究中也發現了這一現象。"

當然,在極端情況下會存在個體差異,這正是夏威夷太空探索仿真與模擬計劃和其他研究人員尤其要分析的。長期空間任務的選人參數將是至關重要的,而且地球上的培訓可能需要花費幾年時間。

儘管存在挑戰,但是航天局吸引第一批申請人參加火星任務應該不成問題。即使是在地球上進行隔離研究的研究人員也可以從志願者那裏得到數百份申請。這些志願者渴望了解長期太空任務是怎麼一回事。

一些民間項目也確信普通人也會想去火星旅行。伊隆•馬斯克(Elon Musk)的太空探索科技公司(SpaceX)希望把遊客送到火星,而荷蘭的非營利組織MarsOne也打算在那裏建立一個永久的人類殖民地。

就我而言,在兩天結束後,我走出了屋子,從一個新的角度欣賞新鮮的空氣和食物。我還不會那麼快就報名去太空旅行。

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