當我知道中國4名太空人︰劉伯明、王亞平、陳冬和張陸會在2023年11月28日訪港4天,我真的興奮難耐,更走到民政諮詢中心排隊,希望拿到29日大匯演的門票,可惜派完了……我整晚輾轉難眠,腦中還產生了一大堆問題,我快要瘋了!


4大疑團

不要緊,中國的諾貝爾物理學家李政道曾說:「求學問,先求問,再求學。」每事問才會有好學問,以下問題就緊纏我腦中!

1. 我聽說當太空人要長期受訓練,其中體能方面的要求特別高,是真的嗎?

2. 上次中國航天科技國際交流中心的周岫彬主任來我校探訪時,他說過中國首名太空人楊利偉,在起飛時差點要死,那是甚麼一回事?周主任說那是因為「共振」,拿破崙也遇過共振,甚麼叫「共振」?還有網上流傳楊利偉回地球時嘴角有血,是受了內傷嗎?

3. 我看見每次太空人返回地球,總是一大堆救護車衝過去迎接他們,有那麼危險嗎?只是降落傘着陸而已。還有,都要人扶他們坐下來,連站也站不起來,是降落艙太小,令他們血液不循環嗎?

4. 疫情期間,我看見網上說太空人返回地球後,要隔離14天,太空也有新冠病毒嗎?

其實,只是起飛和降落已有一大堆問題要解決,我們真是要向中國航天人員致敬!


如何成為太空人

根據中國載人航天工程辦公室的資料,要成為太空人必須「過五關,斬六將」!申請者至少要有碩士學歷,年齡介乎25至35歲避免培訓後會超齡;除了要有強健體格,更要檢查家族病史;另外,「打鼻鼾」的人因為在睡眠時會有窒息風險,故不能入選。

準太空人之後還要接受一系列體能訓練,包括離心機及電動鞦韆等,亦要具有數學、天文和工程學等知識。


極限訓練

據媒體報道,準太空人有「5大極限訓練」:

1. 超重耐力訓練︰在高速旋轉的離心機,承受相當於8個自己的重量,進行訓練;

2. 模擬失重訓練︰身穿160多公斤的訓練服,持續在水底訓練;

3. 飛行程序訓練︰熟記上百萬字的飛行手冊、上千條指令及數百項操作;

4. 頭低位卧牀訓練︰進入太空時,血液會因為失重而向頭部轉移,因此他們必須在負6度,即「頭低、腳高」卧姿下進行飲食及工作訓練,亦會利用轉牀變換體位令血液重新分布;

5. 抗疲勞抗寂寞考驗︰由於在狹小密閉的隔離艙內連續工作72小時,故須提高心理承受能力。

經過訓練後,太空人可隨時調節生理時鐘,調整心跳速度,在失重下無暈車感,並準確判斷方位。


受傷風險

楊利偉在自傳《天地九重》中提到,他在「神舟五號」爬升到距離地面30公里時,船體由於物理作用下發生抖動,更引起劇烈的共振,雖然只持續26秒,但足以令他極度不適,甚至有「瀕臨死亡」的感覺。

物理學上,「共振」是兩個振動頻率相同的物體,當一個發生振動時,會引起另一個物體振動的現象。共振是常見的現象,為何受過專業訓練的楊利偉也難以承受?因為共振是有分等級的,低於20赫茲以下的振動,稱為「低頻共振」,正正是楊利偉遇到的,對人體傷害性極高。至於嘴角有血,楊利偉指不是受到內傷,而是飛船與大氣層摩擦產生巨大的衝擊力,令他的嘴角被頭盔的麥克風刮傷。

其實當返回艙高速進入大氣層時,外面溫度可高達數千度,對太空人構成極大威脅。1971年6月30日,前蘇聯「聯盟11號」進入大氣層時,便因壓力閥門被震開,令空氣洩漏引致內部迅速減壓,3名太空人急性缺氧而死亡。因此當返回艙降落時,你會看見大批搜救隊一湧而上,目的是希望能及時協助太空人安全離開返回艙。

至於太空人被醫務人員抬着走或坐到椅子上,是因為他們長時間在無重力的環境下,影響了身體機能和肌肉的運動力,強行站立或行走會出現摔倒或骨折的情況。


「復常」過程

太空的物質極其稀薄,加上宇宙射線、太陽光和太陽風離子都非常強烈,細菌或病毒難有生存的機會。不過太空人要回復「正常」生活,必須經歷約5個月的3個階段︰1. 醫學隔離期︰太空人首先要進行最少14天醫學隔離,除了讓他們重新適應地球環境及微生物外,也讓身體器官慢慢恢復正常運作。另外,太空人受過宇宙射線的照射,不排除身上的微生物發生基因變異而造成對其他生物不利的異變,所以他們需要待在專門的空間內。

2. 醫學療養期︰經歷隔離期後,太空人便進入為期約30天的療養期,進行有氧運動及相關的身體檢查,以便了解及減少他們受到在太空的潛在傷害。

3. 恢復療養期︰太空人最後要進入約3個月的恢復療養期,他們的活動範圍更大,運動量也會增加,更會進行某些高強度的專項訓練,讓他們的生理參數恢復到出發前的水準。香港科學館總館長李為君曾指,太空人上太空及返回地面時是最危險的。中國載人航天工程取得豐碩成果,背後有賴很多人員付出及努力,希望年輕一代對航天科技感到興趣,日後更作出貢獻!


小思考,大智慧

1. 共振現象在日常生活中相當普遍,但是否對於我們百害而無一利?

2. 太空人抵達太空之後,為甚麼臉會變得浮腫,出現所謂的「月亮臉」?


參考答案

1. 共振在工程中是可怕的,但是在生活中也能帶來一定好處。例如我們用的微波爐,就是利用微波頻率使食物自身的分子活動,從而達到加熱效果;另外,磁力共振是一種完全非侵入性的醫學檢查,它使用磁場和無線電波創造身體部位的影像,不像X光輻射對人體有負面影響。

2. 正如上文提及是跟太空的微重力環境有關。地球上人類受地心吸力影響,體液會傾向流到下肢。不過太空人抵達太空後,血液及體液會重新分布,上身及面部的體液也會變多,情況跟倒立有點像,令人看起來變得浮腫。


文:中華基督教會協和小學(長沙灣)校長、教育評議會主席蔡世鴻,及中華基督教會協和小學(長沙灣)副校長鄭俊傑

本欄逢周四刊登,由教育評議會邀請資深中小學老師、校長及大學講師撰稿,旨在為學生提供多元化的STEAM學習材料,引發學生探求知識的興趣,將學習融入生活,培養學生的世界觀、敏銳的觸覺、積極學習的態度。

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