航天动力学的力学综述

英语：astrodynamics

研究航天器和运载器在飞行中所受的力及其在力作用下的运动的学科，又称星际航行动力学。航天动力学研究的运动包括航天器的质心运动，称轨道运动；航天器相对于自身质心的运动和各部分的相对运动，称姿态运动；以及与航天器发射、航天器轨道机动飞行有关的火箭运动。航天器的飞行过程一般分为三个阶段。②运行轨道段：航天器主要在万有引力等自然界外力作用下运动。为了保持预定的轨道，有时需要少量的推力;有时为了轨道机动则需要较大的推力。③降落轨道段：一些航天器需要返回地球表面或者降落在目标天体的表面。这时航天器在火箭推力和介质阻力等作用下，离开运行轨道降落到天体表面。在以上各个阶段中，航天器的运动都包含了轨道运动和姿态运动两个部分。在运行轨道段，一般可以将两种运动分别求解。而在发射段和降落段，两种运动关系密切，需要联立求解。研究航天器的运动是以牛顿力学和火箭力学为基础的，一般不考虑相对论效应。航天动力学以数学、力学、控制理论为基础。它的研究内容分为轨道运动、姿态运动和火箭运动三个部分。

人造地球卫星是围绕地球、在太空轨道上运行的物体，它们的运行状态与地球围绕太阳在太空轨道上的运行是相似的。它们所处的状态与我们在地球表面生活的状态，最大的不同就是失重！航天理论知识说：失重是“物体在引力场中自由运动时，有质量而不表现重量的一种状态，又称零重力。失重有时泛指零重力和微重力环境。”“航天器在环绕地球运行或在行星际空间航行中，处于持续的失重状态。在环绕地球运行的轨道上，实际上只有航天器的质心处于零重力，其他部分由于它们的向心力与地球引力不完全相等，而获得相对于质心的微加速度，这称为微重力状态。航天器上轨道控制推进器点火、航天员的运动、电机的转动、微小的气动阻力等，都会使航天器产生微加速度。因此，航天器所处的失重状态，严格说是微重力状态。航天器旋转会破坏这种状态。”人们在电视里看到了在空间站中宇航员的自由飘浮，应该想到空间站同样处于失重状态。同样的道理再扩展一下，在空间轨道上运转的地球，也同样处于失重状态！“在失重状态下，人体和其他物体受到很小的力就能飘浮起来。”如果航天动力学专家们在这段话的后面再加上一句：在失重条件下，地球只要受到很小的力的影响，同样可以发生飘浮状态下的翻转运动现象。那么我们可以更早一点认识到，地球自转轴会发生调适性翻转这个自然现象了。而我们只能带有遗憾的说：地球翻转运动是航天动力学专家失之交臂的科学发现。

在地球上生活的人们，无论哪一天，无时无刻都受到重力的作用，所以人无论在东半球，也无论在西半球，无论在北半球，也无论在南半球都是脚朝向地心，而向上站立着。正因为如此，人们在考虑许多事情的时候，总是离不开物体有重量的特定思维。可是，空间科学范畴的轨道卫星的运动，其运动的力学状态和机制，不能够仅仅用万有引力的知识去思考，还必须加上用失重状态下的航天动力学知识才能够解释清楚。许多学者不能够接受地球翻转的新发现，就是因为总是习惯用万有引力和重力状态去思考问题。要创新，就必须有全新的思考方式和全新的思路。

在轨道上运转的卫星，无论他们的原始重量如何，其实都象气球一样在太空轨道上漂浮着运转。正因为是一种失重状态，所以在运转过程中，常常出现非自转运动以外的意想不到的翻滚。例如1958年美国第一颗卫星“探险者1号”，由于其四根鞭状天线的振动耗散了很多能量，在正常工作了一段时间以后，出现了意想不到的卫星翻滚现象，导致任务失败。1973年4月3日苏联发射礼炮2号空间站。空间站入轨不久，姿态控制系统发生故障，发生空间站翻滚，最后爆炸成25块碎片。1998年5月19日，位于北美西经99度赤道上空的银河－4通信卫星突然发生严重故障，星上姿控系统控制处理器失效，导致卫星翻滚，卫星停止工作。对于“美国‘探险者’1号卫星在飞行中出现的事先没有预计到的翻滚运动，后来的分析结果表明，问题出在卫星内活动部件的运动上。只要放弃理想刚体的假设，代之以准刚体，即内部有能量耗散的近似刚体模型，就能解释所观察到的现象。”地球作为在绕日轨道上运转的行星，它类似于没有姿态控制器的轨道卫星，它的自转轴是否会出现意想不到的突发性自然翻滚现象呢？学者和读者们都可以自己掩卷思考一下。笔者只是在极力收集地球翻转现象留存下来的，各种可以作为证据的现象和资料，并不是一定利用公式来推演自然界实际存在的变化现象。

对于轨道卫星自转轴的翻转现象，航天动力学专家们是这样说的。刚体动力学证明：“当刚体绕最大主惯量轴或最小主惯量轴自旋时，都具有陀螺定轴性。但是，实际的卫星不是刚体。卫星包含弹性部件，并装有姿态控制和轨道控制所需要的液体燃料。这会引起卫星中弹性部件振动和液体燃料在燃料箱内晃动，这些运动都要消耗卫星的转动动能，卫星的运动终将趋于最小动能状态。在角动量守衡的情况下，最小动能状态就是卫星绕最大主惯量轴旋转的状态。也就是说，当卫星绕最小主惯量轴自旋，且有内部机械能耗散时，标称自旋轴将在空间翻转。”象地球这种有气圈、水圈和液态外核的天然卫星，由于地球内核的异常运动、两极冰盖的不均匀扩大和缩小、海水频繁的潮起潮落、地球自己的不均匀地膨胀和收缩、人们从地下深处大量采挖矿产品和不均衡的运输集中、地外物体的撞击等等地内、地外的因素影响，必然有内部机械能的耗散。其动能状态会发生变化，转动惯量也同样会表现在最大主惯量轴、中间主惯量轴、最小主惯量轴三个轴的积累性变化上。从而在到达某一个关键时刻，发生标称自转轴的空间翻转，就会成为不可避免的运动现象了。

借用航天动力学的理论，地球一方面要保持最小动能状态，也就是它绕最大主惯量轴旋转的状态，可是自转等运动又在逐渐破坏着它希望保持的最小动能状态。这一对矛盾的更迭和转化，造就了地球自转轴必然在空间发生调适性翻转运动。这种翻转运动在理论上应该是90度，实际上还会有一个较小数量级别的加减。这种翻转运动发生的周期是或长或短的、但是又确实是经常发生的运动现象。应该说地球自转轴发生翻转，是天然卫星在自然运动状态中的一种正常的调适变动，也是在认识自然的过程中，被科学界忽视的一个“漏洞”。当然，地球能否确实发生自转轴的突发性快速翻转？每一次翻转多少角度？翻转速度是多少？应该由航天动力学专家来详细论证。本文只是从现象出发，对地球翻转现象提出一种新的思考。而这种思考不是漫无目标的胡思乱想，是有数学、物理学、力学基础，有坚实的地质学资料积累，也有从全新角度解析的、历史古籍记载的多种综合证据的。

有趣的航天知识

我国的航天事业近年来得到了快速发展，离不开我国的科技人才，一个个世界首创都一一被我们所见证，长征五号B运载火箭的首飞成功，说明了我国在大型运载火箭上的空缺得以弥补，展开了新的航天历程！

?胖五?的成功，拉开了我国建造中国自己的空间站的序幕，科研人员保证不带隐患上天，不带故障上天，这样的严谨态度才能一步步把我们国家的航天事业带向高速发展有条不紊的道路上来，有了胖五，我们国家就能将重达数吨的空间站模块运送到预定的精准轨道上去，这也为我们国家的空间站项目奠定了坚实的基础，确保我国在2022年拥有完全自主产权的空间站，为国家的科技人员工程师以及辛苦工作的一线人员致以崇高的敬意！

胖五长约54米，直径达5.2米，再加上四个直径为3.35米的助推器使得长征五号B运载火箭外观上相比以前的长征系列都更加?胖?，因此大家都给它起了一个可爱的小名称之为?胖五?。

胖五的成功发射不仅仅是体现了我国的航天事业在持续发展，更重要的是体现了我国的综合国力，让人振奋人心的科研项目，为这样的大国重器点赞。我国的科技力量向外界表明了我们国家有能力有实力来建设好我们自己的空间站，实现全国产迈向更大的台阶！

我们的大国重器?胖五?系列成功发射的消息，振奋了国人，同时也为吸引大量科技人才提供了坚实的基础，相信有一天，我们将会看到中华民族的飞天梦不再受控于其他国家，不再受到美国的科技阻挠，为默默辛苦工作的科技人点赞，为一线工人的辛苦工作点赞！

1. 在失重情况下航天员是否很难进入睡眠状态？

这是个值得讨论的问题，因为影响睡眠的原因有很多。首先，要分航天员在太空的工作是一班制还是二班制。在国际空间站和大多数航天飞机上，所有的航天员都是同时睡觉，他们将睡袋挂在自己喜欢睡的地方，如墙上、墙角、天花板上等等。当航天员实行倒班工作制时，像包括空间实验室在内的一些航天飞机上，航天员睡在一个小的铺位上，将它关闭后，可以隔绝工作室传来的噪音。开始，航天员有些不安的感觉，觉得自己躺在一个狭窄的鞋盒中，而且大多数航天员出现10-15秒的背部感到舒适的错觉。

然而，当你打算睡觉的时候，你需要习惯你的背部和侧面没有感觉，事实上你是在睡袋中漂浮着，只是用绳子将你倒挂着，因而那种使得你昏昏欲睡的重力感觉是不存在的，也有些航天员对此还不太适应。他们毫无睡意，紧张得必须吃安眠药才能睡着。另一些人即使是在这种特殊环境下也能睡得很香。

需要补充的是：如果睡觉的时候你的头部处在不通风的地方，呼出的二氧化碳会聚集在你的鼻子附近，当你血液中的二氧化碳达到一定程度的时候，脑后部的一个报警系统就会发出警告，使你惊醒，会感觉呼吸急促。这时，你走几步或换个地方，又可以沉睡了。

2. 航天员在太空中穿衣服时会有什么特殊的感觉吗？

航天员的航天服除了在舒适性和安全性上有特殊要求以外，通常和我们在地球上穿的没什么差别。例如，衣服必须由防火材料制作。当在失重情况下穿航天服的时候，航天员实际上就是在衣服内漂浮，只有当衣服碰触到肌肤的时候，才会感到是穿着衣服。

3. 太空中漂浮很有意思么？

航天员们都认为一旦适应微重力环境后，在太空中漂浮是非常有趣的。顺便说一下，科学家们不喜欢将微重力称为零重力，这是因为除非你正好站在围绕地球做自由落体运动太空船的中心位置，此外你就不可避免的受到来自微小的加速度和潮汐的影响，即使它们的作用很小，只有地球引力的百万分之一，我们也不能认为它是无重力或0重力。这就是我们为什么称之为失重的原因。

在微重力环境下生活是很有趣，不同人的感觉也不同。第一次参加太空飞行的航天员，在进入太空后的头两三天，约有30%-40%的人出现“空间适应性综合症”（它是运动病中的一种），其他人不会出现这种症状。血液流向上身，使鼻窦和舌充血，影响人的感觉，一周左右的时间，航天员体内就会出现适应失重的反应。

在失重情况下，脊椎由于没有重力的作用而变长了，使得人变高了（长高1-2英寸）。在失重情况下，当所有的肌肉放松的时候，就会出现大腿轻轻的向上抬起，胳膊向前方舒展开，身体略微弓着，仿佛是在水中一般。由于没有“上”或“下”的感觉，需要依靠别的标志来确定“上”和“下”，在航天飞机内部设计时，考虑用天花板和地板的不同来定位。

在微重力的情况下，航天员常常产生错觉。当航天员告诉自己的大脑哪个方向是“上”，它立刻会认为那是错觉。这样，在太空定位、转移或运动等感觉与在地面上不一样。在太空行走是非常轻松的，航天员很快就习惯到处行走和用固定足的方法将自己固定在空间站上。穿上航天服在太空中行走变得困难得多，这是因为工作服体积大，就像套上一个气球，视觉和触觉都受到了限制。

4. 你可以穿多长时间的航天服？

一般可以穿5-7小时。当然也要视航天服的中的可消耗材料的情况，例如氧、电量、冷却水等。航天服简直就是小型太空船，穿航天服工作是很辛苦的。穿着的时间也与穿着者对舒适性和耐磨性要求有关。

5.如果在太空中遇到骨折或重病如何处理？

幸运的是，美国宇航局上天的120名航天员从来没有碰到这种情况。在早期曾发生过阿波罗13号航天员佛瑞德尿感染的问题及小规模的流感的问题。太空船上总会带上足够的药品以应付这些突发事件。一旦在围绕地球飞行过程中发生意外，不管是在航天飞机上或在国际空间站，都要以最快速度将航天员送回地球。美国宇航局也为国际空间站开发了一个大型的七人座的返回舱，是为在特别情况下作为“太空救护车”使用的。

如果发生骨折，在太空船上也准备了固定骨骼的器材。当人类出发进入外太空，比如在探险火星的时候，太空船上将携带医疗设备，有一名或多名航天员是经过良好的医学知识训练的，他们可以进行救护和治疗。因为在这种情况下，短期内返回地球是不可能的。可能情况下，飞船上将配备经验丰富的医生。

6. 空间站可以能容纳多少人？

国际空间站最多能容纳7名航天员。航天员的人数从开始的3人增加到6人，到2003年增加到7人（但现在由于空间站上资源的问题，只有3名航天员在空间站上－译者）。当然，在一次意外中不可能所有的工作人员都立刻返回。这就是美国宇航局为什么要改进返回舱，以便比俄罗斯联盟号太空船可以容纳更多人员的原因。

7.空间站上的航天员在太空中是怎样打发业余时间的？

他们根据自己的不同喜好，各有偏重。在飞行中，他们可以各自选取自己喜欢的娱乐。有的可以利用膝上型电脑看书或给家人发邮件，有些人在听音乐或玩游戏，再有些人就是与地面的亲友打电话或与其他同事聊天。可是绝大多数航天员在刚进入空间站时，大部分业余时间是站在窗旁，眺望宇宙和注视着地球从空间站下消失。

8. 国际空间站的航天员是如何挑选出来的？你对此有何看法？

任何身体状况良好，符合航天员基本要求的成年男女都可以被选拔出来参加航天员训练。要成为国际空间站的任务专家或航天员，最低要求是至少获得一所国家承认院校的工程、自然科学或数学学士学位，在这一领域有三年以上相关工作经验，更高的学位将更合适。航天飞机驾驶员至少要有1000小时的喷气式飞机的飞行经验，其视力要比专家好。竞争是相当激烈的，每两年平均有4000名申请者角逐20个名额。定期征募航天员。

9. 你们是如何绘制太空图的？如何知道应该往哪个方向前进？

让我简单介绍一下，要完全理解这个复杂的问题不是一件容易的事情，因为你确实需要进入大学进行系统的学习。

最基本的是你需要知道宇宙是由三个空间构成，所以你应确定自己在这三个轴构成座标系统中的准确位置。在天文学领域，航天员是用方位角、海拔、赤经、距离和时间来绘制太空图的。

在太空飞行的时候，我们的三个座标定为X、Y、Z。然后所有的人都有一致的参照系统，即座标系统的位置和方向，以此来进行测量和定位。一般这个系统以地球中心为原点。Z轴向上，X轴和Y轴在同一平面上。有时候可以假设它是随着地球旋转，有时候它是固定在太空中。这套“参考系统也可以装载你的便携电脑上。

太空船（还有所有现在的大型飞机上）都安装了一套导航系统，可以知道在它的三个坐标附近的飞行物的运动，不断地计算飞船相对与参照系统的变化。当然，通过看所指定的靶，也可以预测其前往的方向。而且很快的，你就知道你在什么方位和前往的地方，如果偏离了设定的航线，还可以考虑进行相应的调整。

10. 航天员在太空中使用什么样的餐具吃饭？它们有什么不同吗？

航天中使用的是普通的餐具，像刀、叉、勺，与地球上使用的相同。航天员吃的大部分食物和饮料可以放在容器里。不同的是，当要吃这些食物时，它们会漂浮出来。一些食物，像在制备豌豆、豆等时要加入沙司，这样它们就会粘在餐具上。食物有热菜、凉菜或冷冻的。饮料是装在一些可压挤的瓶子中，像运动饮料瓶。但是有些事情航天员很难适应，他们常抱怨在长时间的执行任务中，无法得到新鲜的蔬菜和口味清新的咖啡。

顺便提一下，在俄罗斯的和平号空间站，一旦运输的航天飞机到达，就可以得到像西红柿这样的新鲜水果和蔬菜。美国航天员Shannon Lucid说，他们经常和俄罗斯航天员联欢。也许几年后，在国际空间站和火星探险队里将能吃到新鲜蔬菜。目前还无法保证提供口味清新的咖啡和汽水，但至少有一家软饮料公司已经开始开发一种在失重状态下使用的容器。此外，在航天中由于体液的转移，使航天员的味觉和嗅觉发生改变，在轨航天员经常挑选味重的食物。

11．航天员在国际空间站要待多长时间？

大多数航天员在国际空间站要连续呆90天——那是目前航天员计划的“轮岗”平均时间。有些人由于各种原因提前回来，另外一些人可能会待很长时间，特别是当要为人类探索火星提供依据，要长时间飞行以便对航天员的生活和工作进行医学研究时。值得一提的是，在太空停留时间最长时间的是一名俄罗斯内科医生Valery Polyakov博士，他在1994年创造了这个记录，在空间站停留438天（14 1/2个月），在此之前是1988年创造的241天飞行记录。美国人在太空生活最长的时间是188天，也是女性航天员的世界记录，它是由Shannon Lucid博士创造的。

12.为什么地球有重力而在太空却没有？

太空中是有重力的，但我知道你不是指这个。可以这样解释：重力的生成与质量有关。质量是以非常特殊的方式对太空产生影响（爱因斯坦会说，质量使太空弯曲。）这种作用是由艾萨克?牛顿发现的、被我们称为万有引力的力量来传递的。根据我们的观察万有引力学说是正确的。如果不是这样的话，阿波罗登月计划就无法实现。同样，一个物体地心引力的减少是与物体间距离的平方根成正比的。

在地球上，物体质量所产生的重力，表现出像一个“压力”作用在与地面接触的物体上，我们称之为“重量”。当没有这种接触的时候，举例来讲，在地球轨道上，飞行器没有直接与地球接触，也就没有重力。但是太空船仍然有质量，就会产生自身的重力区（当然对于小型的航天飞机就没有重力了）。

也就是说在太空中所有具有重大质量的中心的星体，像太阳、地球和其他行星，都是有地心引力的。牛顿也发现在没有加速度作用的情况下，真空中的物体可以永不停歇的沿直线运动。但是，一个物体，例如空间站，有地球拉着它时，使它在地球轨道上运转时，不能认为是处于“失重”状态；这样，在轨道上运行的空间站所出现的“失重”，并不是地心引力作用不存在，而是重力作用对它的作用消失。一旦有了阻力，大气阻力、发动机动力、旋转产生的离心加速度等等，失重现象就不见了。

13. 航天飞机发射时是什么感觉？

在发射台上，由于座舱的方向和位置，航天员们是背靠背、脚朝上(航天医生规定了他们发射前处于这种状态的时间)。在舱门关闭和所有的最后检查工作已经完成后，航天员在心里默默期待着发射，在脑海中再一次回忆在过去的几年中所培训的操作程序。例如，他们上方的所有橱柜是否锁好？眼前的提示卡提醒你在紧急情况下应采取什么措施？最后倒计时到6秒，三个液态火箭推进器点燃。当航天飞机前后晃动5英尺时，你可以很明显的感到它的晃动，这时，轨道器强烈的摆动和振动起来。但是航天员听不到任何发动机发出的雷鸣般的轰响。

然后计数到零，头盔上的无线设备中传来指令：“点火、升空。”两个固态燃料火箭推动器点火，航天飞机开始冲向太空。这时候你不会感觉非常明显的加速度，与飞机起飞时的感觉差不多。火箭推动器内的燃料不是均匀地燃烧，推进过程中颠簸得厉害。整个座舱就像汽车以最大速度在鹅卵石上飞驰一样颠簸不停。

一旦推动器点着，在燃料燃尽前它们是不会停下来的。在起飞后两分钟，航天飞机排空了的容器开始脱落，噪音没有了，每个航天员不适感大为减弱。三个液态推进器的发动机里的燃料继续燃烧，发出嗡嗡声，当燃料烧尽后，航天飞机变轻了，继续保持加速度。（因为根据牛顿学说，加速度等于质量的平方。）

在升空7.5分钟时，外部的巨大容器内的燃料已经烧掉90%，航天飞机在起飞时的重量达到2000吨，而现在不到200吨，压力已经达到3g——是地球重力的3倍。发动机减速到3g’s。在这个加速度，穿着沉重航天服的航天员，呼吸变得非常困难，会下意识的呼吸和挺胸。

最后，主发动机关闭。几秒钟内，发动机的推进力降到零。航天员会突然间感到胸口的压力消失了，并有种失重感，此时，航天员已经在太空中。

14. 为什么我们要建空间站？它有什么用途？

我们国家提出在地球轨道上建永久的平台有很多的理由，而且通过与其他国家的国际合作可以使我们受益非浅。

空间站提供了一种全新的提高人类生活水平的方式。现在每个人都应该知道在地球轨道上，太空提供了许多非常有用的、在地球上找不到的环境，例如失重、高真空、高温、极冷、极热、未经过滤的太阳光和可以看到地球的全貌和环境，以及用天文望远镜观察不被充满空气、云彩和污染物的大气层所阻挡的宇宙。

这些特殊的环境，可以使我们在那里进行人、动物、植物等的科学研究，得到重大的科技创新。它们也带来了新的医学突破、科技发展、新的工业产品、新的药品和很多其他的有助于我们国家保持领先地位的新的机遇和挑战。当然了，这也使我们的经济、工业、贸易和商业更具竞争优势，也创造了新的工作、知识和财富。

由于空间站可以在太空中停留很长时间，使我们能够长时间的利用这么多的太空资源，而航天飞机在太空中最多只能停留14天。空间站也可以提供更多的电能、更大面积、更多的工具和其他设备、简直就像地面上的一个大型的研究基地，产品发展中心和技术示范中心。在长时间的飞行中，空间站也可以成为人类更好地探索外太空的太空发射场、跳板和以23，000英尺/秒速度移动的发射平台。

15．要成为一名航天员在体质方面的要求是什么？

除了健康的身体以外没有特殊的要求。无论男女只要符合这些要求以及我在问题8所给出的基本资格条件，就可以申请成为候选人参加航天员训练。

16. 航天服有什么不同寻常的特点？

航天服简直就是小型的太空船，它需要保证航天员在舱外活动时的健康和连续工作的需要。由于在太空中没有气压，没有氧气维持生命，人类必须有适合他们生存的环境。和航天飞机工作舱内的空气一样，航天服中的空气也是可以控制和调节的。

这样，航天服的主要功能必须为呼吸提供氧气，同时要维持身体周围的气压稳定，并使身体内血液处于液态状态。在真空或非常低的气压状态时，身体中的血液就会像高山顶上的热水一样沸腾了。

航天飞机上配备的航天服可以承受每英尺4.3磅的压力，这仅是正常大气压的三分之一（每个大气压等于14.7 psi）。由于航天服内的气体是100%的氧气，而不像我们在地球的大气层只含有20%的氧气，穿上航天服的航天员要比那些在海拔10，000英尺的高山或身处海平面没有穿航天服的人呼吸到更多的氧。在离开太空船去太空工作之前，航天员要呼吸几个小时的纯氧。这是去除溶解在血液中的氮和防止当气压下降时释放出气泡的必要程序，这种情况通常称为潜水减压病。

另一方面，如果在正常大气压下呼吸纯氧过长，它就会变成对人体有害的气体。这种吸氧排氮对航天员来讲是过分的、毫无益处的和令人厌烦的等待，确实是件麻烦事，我们将航天服的内部气压设计为8.3 psi，这样可以缩短吸氧排氮的时间。

航天服必须具有保护航天员免受致命伤害的作用，它除了可以防止微流星体的撞击外，航天服也要避免航天员受到太空温度极限的伤害。没有地球大气层来过滤阳光的辐射，朝向太阳的一面温度可高达250度，背向阳光的一面，就在零下250度。

航天服的主要特点是：除了靴子和手套有多层结构外，背面有生命支持系统，胸部是显示控制模块，还有就是为太空漫步者和处理紧急情况而设计的装备，特别是备用的供氧系统。这些组合成一个被称为EMU的集合体（舱外机动装置），它可以实现不同子系统之间的自由转换，无论是在正常情况下或紧急情况下都可以容易和安全地连接。

还有一些特殊装置：尿液储存器，在返回航天飞机或空间站以后将尿液输送到废物处理系统；有一个网孔状的弹性纤维制成的液体冷却和通风服，衣服前面的入口处有拉链，它6.5磅重；内衣中的冷却管内，水在不停流动着，使航天员穿上时感到很舒服。安装冷却管的原因是因为衣服内是纯氧层，它不可能像在普通空气中那样提供足够多的冷气。还有就是可装21盎司的内衣饮水袋，“探测帽”或通讯载体组合装置，供双向通讯的耳机和麦克风及预警和报警装置，及生物医学探测子系统。

在太空行走的时候，航天员绑上在地面重达310磅的单人机动装置（MMU），一个单人的氮推动器背包，它固定在航天服携带式生命保障系统上。航天员利用可调控旋转和平移的手控制器，可以准确的飞入或围绕航天器货船入坞码头运动，或自由的进入航天飞机或空间站附近的有效载荷或建筑内，也可以到达其它很多似乎遥不可及的外部区域。航天员穿着被称为“太空自行车”的MMU’s，在发射、服务、保养和找回人造卫星方面发挥了很大作用。

17．航天服是用什么材料制成？它们是怎么制作的？

我们通用的航天服/ EMUs有12层夹层，每个都有其特殊的用途。从里层开始看，最里面的2层是冷冻液体构成的贴身内衣，材料是内缝管状塑料的弹性纤维，下一层是涂有尼龙的球胆层，外面包了一层达可纶织物。下面7层是防热和小陨石的保护层，由铝化的迈拉和层压的达可纶棉麻织制成。这七层的衣服外面是一层化合织物。

18. 美国第一位两次进入太空的航天员是谁？

第一位两次进入地球轨道的美国人是戈登?库铂。第一次飞行：1963年5月15-16日，驾驶水星9号飞船，历时1天10小时20分钟。第二次飞行：1965年6月3-7日和皮特?康拉德一起驾驶双子座5号，历时7天10小时2分。

实际上格斯?格里森是第一个两次乘坐火箭进入太空的美国航天员。但在1961年7月21日，他第一次飞行驾驶的“自由钟”仅仅是亚轨道飞行的飞船，带着他沿抛物线飞行15分钟，高度是190公里，有五分钟处于失重状态。然后又开始了他的第二次飞行，这次他进入了地球轨道，在1965年3月23日，他和约翰?杨一起乘坐双子座3号绕地球三圈。顺便提一下，这次飞行将第一台电脑带入太空：它是每秒可运行7000次计算的小型计算机。格里森用它来计算地球轨道的变化。从那时起，航天员可以真正的飞越太空，而不是只沿着固定的轨道环绕地球飞行。

19．哈勃太空望远镜可能替代国际空间站么？

哈勃太空望远镜离国际空间站还有很大距离，首先它的轨道倾斜度是28.47度（国际空间站是51.6度），其次它的平均海拔高度是590公里。

20. 航天服有多重？

航天服包括背包在内净重近280磅（在地面）。当然了在太空中它没有重量（即使什么都没有变化）。

21. 为何航天员必须穿这么重的装备？

一旦航天员进入有压力的生活舱，他们就穿上地面上的人们在温暖的春天穿的衣服，通常是短裤、短袖衬衫和袜子（因为他们的脚需要一些防碰撞保护和防寒，但他们不走路，所以不需要鞋子。）们仅在发射和返回以及走出气压舱进行太空船外活动或舱外活动的时候需要穿上特殊的衣服。发射/着陆服有防火功能和在航天飞机的加压系统失控后维持身体周围的压力不变的作用。

航天员舱外活动穿的航天服要提供维持生存的氧气和压力。它们必须使航天员免受快速飞行的太空碎片的伤害，所以他们的航天服必须有压力。当他们背向阳光，远离太阳光照射变冷的时候，航天服必须保暖。衣服提供与地面、航天飞机和其他舱外活动的航天员联系的无线设备。提供太空短途行走和在黑暗中工作所需的光线，避免航天员的眼睛受太阳光的直接照射，便于携带外出工作的工具，满足航天员生理需要的食物。航天服要保证六小时无故障，可适应不同航天员的要求。你可以将它看成小型的太空船。在地球上它重达280磅，但是在太空中没有重量。

22.进入太空要花费多长时间？

航天飞机从发射、经过脱离外部罐和固体火箭，到以所谓的轨道速度到达地球轨道，大约要8.5分钟，所以它要不停的围绕地球转动。（国家航天局网特约编译/唐承革 沈羡云）