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本文目录一览:
- 1、深海潜水员直接从海底上来会出现严重后果,这种现象的专业术语是什么
- 2、出舱7小时,3000万元的出舱航天服如何帮助航天员抵抗六大风险
- 3、太空行走会有哪些危险?
- 4、为什么在水下潜水员使用的氧气瓶中填充的气体是氧气和氦气而
深海潜水员直接从海底上来会出现严重后果,这种现象的专业术语是什么
专业术语叫:“减压病”
潜水员急速上浮,或在长时间或深潜后没有进行减压停留;潜水员于潜水后马上搭乘飞机。纵然飞机有进行加舱,但座舱压力若未能维持在海平面的压力时亦会出现;或工程人员从加压后排除地下水的沉箱或坑道出来时。这些状况都会使溶在身体组织内的气体(主要是氮气)溶出,在体内形成气泡致病的。
出舱7小时,3000万元的出舱航天服如何帮助航天员抵抗六大风险
时隔13年后,我国神舟十二号的三名航天员一起协作努力再次执行出舱任务。
航天员刘伯明、汤洪波,身着我国自主研制的新一代“飞天”舱外航天服 亮相外,这一次还有非常厉害的机械手臂协助航天员一起工作。
即使这样太空出舱任务依旧危机四伏、困难重重,航天员面临六大风险。
人一旦暴露在太空中将面临失压、缺氧、低温和辐射损伤这四大危险。
首先,我们都知道太空没有空气也没有压力。
其次,太空舱外 的温度变化迅速,反差很大。面向太阳时温度可达120摄氏度,背对太阳时温度则低至100摄氏度以下。
除此之外,还有来自太阳的辐射、紫外线辐射,另外在太空中飞驰的微小流星体也是潜在的危险。
因此,一件舱外航天服可以为航天员提供全方面的生命支持系统。
出舱意味着航天员至少要提前24小时就开始准备 , 其中任何一个疏忽都会给航天员带来巨大的危险。
舱外航天服的工作原理
外太空是一个环境极其恶劣的地方。
假如人类在没有宇航服保护的情况下走出航天器,就会发生以下可怕的事情。
舱外航天服就是在衣服内创造一个类似地球的环境,同时还要考虑一些潜在的危险。
那么舱外航天服是如何做到的呢?航天员又会面临怎样的六大风险?
像轮胎一样,太空服本质上是一个充气的气球,它为里面的航天员提供了空气压力,防止他们的体液沸腾。
航天员所使用的舱外航天服是在0.29个大气压下运行的。
风险之一:减压病
减压病又叫潜水病,以前潜水艇的船员容易得这种疾病。
舱外航天服和太空舱之间也存在压力变化,如果减压不当,空气压力的迅速变化会使人体组织内的氮气释放,在血管中形成气栓,从而引起剧烈疼痛、抽筋甚至瘫痪或死亡。
我们呼吸的空气是由78%的氮气,21%的氧气和1%的其他气体组成的。
航天飞机和空间站都模拟地球上的大气,有正常的空气混合物。
而舱外航天服为航天员提供的是纯氧的呼吸环境。因此,太空行走的航天员必须在穿上太空服之前 “预吸”一段时间的纯氧。
风险之二:纯氧的预呼吸可以消除航天员血液和组织中的氮气,从而最大限度地减少了减压病的风险。
在航天服狭小的密闭空间里,航天员呼出的二氧化碳浓度很有可能会达到致命的水平。因此,宇航服必须随时去除空气中的二氧化碳。
目前航天服使用氢氧化锂罐来清除二氧化碳。
风险之三:二氧化碳浓度增加
为了应对太空中极端的温度,大多数航天服都用多层织物(如:氯丁橡胶、Gore-Tex、Dacron)进行隔热,并在外层覆盖反光层(多是白色织物)以反射阳光。
航天员进行出舱活动时身体会产生大量的热量,为了消除这种多余的热量,航天服都采用液冷服降温,但航天员依旧会严重脱水。
风险之四:脱水
宇航员尤金-塞尔南在双子星9号的太空行走中失去了几斤的重量。
为了保护宇航员不受微米级物体的碰撞,太空服有多层耐用织物织成。
太空辐射很强烈,但太空服仅能提供有限的辐射保护。
一些保护是由内置在太空服中的Mylar反射涂层提供的,但面对太阳耀斑航天服并不能提供更多的技术保护。
风险之五:太阳耀斑辐射
因此,航天员执行出舱活动都会选择在太阳活动较少的时期进行。
在失重状态下,人们很难四处移动。
假如你在太空推动某个东西,根据牛顿第三定律你就会向相反的方向飞去。
因此,航天器配备了脚踏板和手约束装置,以帮助航天员在微重力下工作。这次我国的航天员更是在机械手臂的帮助下开展出舱任务。
风险之六:意外飘走坠入黑暗的宇宙深渊
舱外航天服提供这么多全面的保护,它就像是一个微型载人航天器。
一个舱外航天服至少由14层组成,以提供加热、冷却和加压系统。
“航天英雄”杨利伟曾在电视节目中展示过舱内和舱外用的两套航天服。
舱内的航天服价值几百万,舱外的航天服价值3000万。
造价如此昂贵的宇航服如果航天员在外面想要上厕所该怎么办呢?
航天员穿上的第一件衣服是一个成人版的尿不湿,MAG内裤中添加了 一种叫做聚丙烯酸钠的粉状化学吸收剂,它可以吸收大约自己300倍重量的水份。
经过数次改良MAG内裤一次最大可吸收两升的尿液。 假设航天员排尿的话,只需要每隔八到十小时更换一次即可。
曾经的太空服还在航天员的脖子附近安装水果棒,在今天大多数出舱活动的航天员都会在离开航天器之前吃东西。
如果宇航员在太空行走中感到口渴,航空服还配备了一个装入饮料的袋子。这是一个装满水的塑料袋,有一个饮水管,用尼龙搭扣连接在太空服的前部内部。
宇航员只需把头转向管子就可以喝上一口。
如果一个航天员在5分钟内简单地穿上舱外航天服并迅速离开气闸,他就会出现减压病。
这会导致血液中膨胀的氮气泡迅速逸出,关节疼痛、头晕、痉挛、瘫痪甚至死亡都会随之而来。
为了给航天员提供最大的保护,避免太空中的压力不足,舱外航天服在太空行走期间的压力为29.6千帕,大约是航天员在舱内压力的三分之一。
在太空行走开始前至少24小时,整个舱内都要进行减压,从正常的101千帕降到70.3千帕,并稍微增加氧气。
航天员还必须呼吸纯氧,因为在如此低的压力下,空气中的氧气量是不够的。
在太空行走前一小时,宇航员戴上面罩,预吸纯氧,好让他们为呼吸100%的氧气做好准备。
航天员聂海胜接受心肺功能检查。
这项检查是为测试航天员心肺功能,同时通过大运动量刺激,和呼吸机对肺部的强化,确保航天员出舱时良好的身体状态。
历史 上第一个进行太空行走的人是前苏联宇航员列昂诺夫。
不幸的是这一 历史 性事件几乎以灾难告终,当他在舱外时,他的太空服充气,使他无法重新进入气闸。
列昂诺夫打开一个阀门,冒着减压病的危险,尽可能多地释放了太空服中的空气,好在他最终有惊无险地回到了舱内。
载人机动装置是附加在太空服上的较大的推进器,可以获得额外的机动性,可以完成更复杂的任务。
我国空间站宇航员刘伯明和汤洪波出舱执行任务,另外一名航天员聂海胜留在舱内进行配合。
出舱的两名航天员,一人为机械臂安装上臂支架,包括脚限位器、工具台等,然后借助机械臂进行移动。另一名航天员借助舱壁上安装的扶手,爬行一段距离到作业点进行辅助工作。
其间他们还会进行一次应急返回验证。
我国的航天员此次在太空停留了大约7个小时之久。
这次出舱任务中,空间站舱外的机械臂首次配合航天员共同完成。机械臂负责运送航天员到作业点。
机械臂是我国目前智能程度最高、技术难度最大、系统最复杂的空间智能制造系统。
它能真实模拟人类手臂的运动能力, 具有七个自由度的活动能力。 它通 过旋转结构,能在前后左右的任何角度和部位抓取物体,抓取能力可以达25吨,
时隔13年后,中国航天员再次出舱活动。
三名航天员冒着极大的生命危险为后续的航天员们提供了一系列的宝贵经验。
航天员的出舱能力、应急能力、舱外工作时长、人机结合等一系列的活动都得到了有效的验证和实施。
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太空行走会有哪些危险?
首先是要避免被宇宙空间的异物打中宇航服。第二是减压病,如果减压不当,在航天员血管内外及组织中就会形成气泡所致的全身性疾病。还要谨防宇航服本身发生故障。
太空行走,其实就是出舱活动,指航天员穿上宇航服走出太空舱活动。太空行走属于载人航天的一项关键技术,是航天员在轨道上安装大型设备、进行科学实验、施放卫星、检查和维修航天器的重要手段。例如,国际空间站已经运行多年,外国航天员进行太空行走被认为是家常便饭,尤其国际空间站经常需要航天员出舱从事检修活动。2008年9月27日,神舟七号航天员翟志刚出舱进行了太空行走,这是中国人的首次太空行走。
众所周知,宇宙空间的环境极其恶劣:真空、低温、辐射,还有高能粒子和飞来飞去的碎片等。这些对于人类来说都是致命的。为了应对这些问题,执行航天任务之前,科学家和工程师们会绞尽脑汁地不断完善宇航服,航天员也要充分接受如何使用宇航服和如何规避这些风险的训练。
除了太空环境方面带来的直接危害,还有哪些危险需要航天员们注意呢?
首先是要避免被宇宙空间的异物打中宇航服。这种打可不是被路过的流星打中,这里指的是微流星体以及细小的金属碎片。微流星体又称为微陨星、微流星或流星尘,非常小,只是尘埃类的岩石小颗粒;金属碎片同样只是小碎片,可能是从航天器等掉落下来的。这些异物尽管只有米粒甚至是尘土大小,但在高速运动下,仍有可能击穿宇航服,造成漏气。宇航员在太空行走的过程中,必须定时检查套装和手套有没有漏气。
第二是减压病。减压病又叫潜水病,以前潜水艇的船员容易得这种疾病。走出太空舱,由于是从气压正常的太空舱到真空环境的过程,因此需要减压。如果减压不当,在航天员血管内外及组织中就会形成气泡所致的全身性疾病。如果航天员穿宇航服穿得太快,然后直接从事出舱活动,空气压力的迅速变化会导致氮气气泡在血管中扩张,引起剧烈疼痛、抽筋甚至瘫痪或死亡。
还有一个危险来自宇航服本身。尽管宇航服带有空调系统,但航天员穿上衣服活动时真的是又闷又热,特别是连续的太空行走通常持续好几个小时。因此,地面控制人员会随时监视航天员的生命体征,确保他们有规律地呼吸,不要过热和昏倒。而且也要谨防宇航服本身发生故障,在意大利航天员的某次太空行走中,宇航服头盔竟然开始充水,地面控制人员立即终止了他的太空行走。当回到气闸舱,取下头盔时,发现头盔已经注入了多达0.5升的水。
此外,意外飘走也是不容忽视的危险,即太空的走失事件。航天员处于失重状态,宇宙广阔无际,尽管宇航服是有绳子连在空间站或者其他航天器上,但航天员还是有意外飘走的可能。为了以防万一,像美国GJ航空航天局为宇航员配置的每件宇航服都有一个小型喷气包,当发生意外时,航天员可以用它飞回舱体。
为什么在水下潜水员使用的氧气瓶中填充的气体是氧气和氦气而
只有深水潜水的
氧气瓶
中才必须填充氧气和
氦气
。氦气不容易发生深海麻痹现象,在
深海潜水
中氦气是用来代替氮气的。
一般的潜水活动(又可称为
水肺潜水
),潜水者
沉潜
至水面下活动所背负的
压缩空气
成份与自然空气相同,其中有1/5的氧气,和4/5的氮气
(N2)。气瓶中的氮气,在高压下氮分子会融入
神经细胞
而造成不同程度的麻醉性。大约停留於水中30公尺的压力一个小时后,人体就会开始产生所谓「
氮醉
」的麻痹现象。但若使用纯氧潜水在30公尺水深的压力下,停留一个小时以上时,也会引发人类脑部的
氧中毒
。所以当潜水者在深海中需要停留相当长的时间时,就必须以氦气取代氮气,依适当的比例使用氦-氧
混合气体潜水
,称之为氦氧潜水。
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氦氧潜水:
一般的潜水活动
,实际上称为水肺潜水,潜水者背负充满压缩空气的气瓶,沉潜至水面下活动
。大多数的潜水活动所背负的气瓶,裏头所装载空气成份仍与自然空气相同,也就是约莫五分之一的氧气,和五分之四的氮气。
气瓶中的氮气,在正常气压下对人体并没有什麼影响,但在高压下氮分子会融入神经细胞而造成不同程度的麻醉性。大约停留於水中30公尺的压力一个小时后,人体就会开始产生麻痹现象,即所谓「氮醉」。而
氧分子
在30公尺水深的压力下,停留大约一个小时以上时,也会引发人类脑部的氧中毒,故纯氧也不适合潜水使用。
所以在某些情况下,潜水者在深海中需要停留相当长的时间时,常以氦气取代氮气,并且依适当的比例使用氦-氧混合气体。氦气的优点在於会溶解於体内的氦气只有氮气的百分之四十。而且氦分子的体积非常小,使其
扩散速率
是氮气的2.5倍,所以使用氦-氧混合气体不但可以减少麻痹现象,也可利用它迅速扩散的特性,缩短减压上升的时间。
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潜水病
与
减压病
潜水病是潜水到一定深度后发生的一种病。减压病是当
潜水员
超过了潜水时间或是达到一定深度之后快速出水时发生的一种病。
潜水员每下潜10m,他身体受到的水压强就增大105Pa。为了使体内外各部分的压强处于平衡,必须吸入压强跟周围水压相等的压缩空气,这就使得潜水员呼吸时吸入的气体增多。吸入的气体不只在肺中发生
气体交换
,氮和氧一样也会进到血液和组织中去。氮气进入血液并产生一定的压力,这种压力对
潜水人员
会引起一种麻醉作用,这种病的症状跟
喝醉酒
出现的症状差不多,患者失去正常工作能力,动作失调,
失去控制
能力,这就是深水麻醉。
潜水员
潜入深海
以后或在潜水箱中工作时,有相当多的氮气溶解于潜水员的血液和组织中,在潜水员从水中升起时,上升的速度必须相当缓慢,以便血液和组织中的氮气能扩散出来。在从深海逃难或深海潜水中必须快速上浮时,压强从几个大气压突然下降,这对人体是特别有害的。这时氮气从组织中释放出来形成不溶解的气泡。这种气泡在小血管中形成栓塞,阻止血液流过。这会引起肌肉和关节疼痛,如果中枢神经系统发生栓塞,甚至会出现麻痹,厉害时甚至瘫痪或死亡,这就是减压病。
减压病主要是由于压强突然减小造成的,如果外部压强不是突然减小,而是缓慢地减小,那么血液中的气体就可以慢慢地扩散出来,不致形成气泡,对潜水员就不致造成伤害。对于潜入10m以下的潜水员,为了避免减压病危险,必须制定详细的减压时间方案,即仔细计算好他的上浮时间和减压时间。比如,潜水员要潜40m深,在水中停留50min(其中包括下潜到这个深度所用的时间),为了保证他安全返回水面,所需的上浮时间和减压时间总共约需61min;其中潜水员一定要在9m深处停留5min,在6m和3m深处各休息约20min。如果潜入120m深处,停留20min,所需的减压时间就要长达180min左右。
减压的安全时间,不仅与潜水深度和在水中持续的时间长短有关,同时还与吸入气体的成分有关系。为了预防潜水病和减压病的发生,现在潜水员都使用氦氧混合气体来代替压缩空气,这可以防止深水麻醉,也可以避免减压病,还能增加潜水深度。
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