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神舟十三号航天员准备回家!在太空180天,身体出现什么变化?

自去年十月中旬飞上太空以来,神舟十三号的3名航天员翟志刚、王亚平、叶光富,已经在中国空间站上度过了长达5个多月的时间,这是中国航天员在太空中待得最久的一次,上一次的神舟十二号为3个月。从下周开始,神舟十三号的三位航天员终于要进入返回地球的准备阶段!

此前,三次飞上太空的聂海胜(神六、神十、神十二)是在太空中停留时间最长的中国航天员,现在已经被神舟十三号的三位航天员所超越。如果再算上神舟十号的14多天的太空飞行,王亚平成为目前我国在太空中停留最久的航天员。

王亚平还创造了其他多项第一,她不仅两次飞上太空,是去太空次数最多的中国女航天员,而且是首位进入中国空间站的女航天员,并且还是我国第一位进行太空行走的女航天员。

当我们在羡慕三位航天员在太空中体验失重的乐趣时,却不知道他们在太空中半年来,身体要经受住多大的挑战。那么,三位航天员长期生活在太空中,他们的身体究竟产生了什么变化呢?他们在返回地球时又要遭遇什么挑战?与飞船发射时相比,为什么地面上的航天工作人员对飞船返回时感到更加紧张呢?

在地球表面上,我们都会感受到重力作用,地心引力把我们束缚在地表。我们一直生活在1g的重力环境中,身体构造都是为了更好适应这样的重力环境。但到了太空中,一切都变了,因为重力几乎消失了。

需要注意的是,太空中的航天员并不是没有受到地心引力作用,只是他们感受不到重力了。根据牛顿的万有引力定律,引力与距离平方成反比,太空中的航天员距离地表大约400公里,与6371公里的地球半径相差很多,他们距离地心只是稍微远了一些。通过计算可知,航天员受到的地心引力只比在地表上弱了12%。

真正让航天员失重的原因是他们一直在做自由落体运动。试想一下,地面上有一门大炮,水平打出一发炮弹,由于炮弹出膛后没有动力,在地心引力的作用下,炮弹会以抛物线的形式飞行,最终会落到地面上。炮弹能飞多远取决于初速度,初速度越快,飞行距离越远。

由于地球是一个球体,表面是弯曲的,当炮弹的初速度足够快时,炮弹的飞行轨迹刚好与地球弧线相匹配,炮弹就不会掉到地表上,而是绕着地球一直在飞行。根据牛顿力学计算,炮弹的初速度需要达到7.9公里/秒,这就是我们熟知的第一宇宙速度。

不过,地表上有空气阻力,还有凸起的山川,为了让航天器在飞行时不受阻碍,就需要到太空中。中国空间站飞行在距离地表大约395公里的太空中,它的轨道速度约为7.68公里/秒。航天员就是以这么快的速度绕着地球做圆周运动,万有引力刚好充当圆周运动的向心力,所以他们一直在做自由落体运动而不会掉下来,从而感受不到重力。

生活在失重环境中,对航天员身体产生一个显而易见的影响是,他们看起来“发福了”,尤其是脸部比上太空前明显“变胖了”。这其实是因为失重的环境,让航天员体内的液体重新分布,增加了上半身尤其是头部的体液量,所以他们才会看起来变胖了。

先前的研究表明,头部体液增加可能会影响到视力。在失重环境中,脑体积也会增大2%左右,更多的体液会涌入头部,导致颅内压升高,视神经受到压迫,从而损害视力。

另据其他研究,长期的太空飞行还会让宇航员出现“太空贫血”。科学家分析了14名在太空中生活了半年的宇航员,结果发现他们体内的红细胞遭到不小的破坏。

因为失重环境会让宇航员体内的血液大量流入上半身,导致很多红细胞被破坏。新产生的红细胞数量赶不上破坏的数量,就会让宇航员出现溶血性贫血。即便宇航员回到地球上后,在一年内仍然会出现溶血。

此外,失重还会让航天员的骨质流失,肌肉萎缩。为此,航天员在太空中也需要做各种锻炼。当航天员回到地球上时,他们通常需要坐着,要过一段时间才能适应地球表面的重力。

在飞船返回时,往往是航天工程师最为担心的时候。因为飞船发射升空时,如果遇到紧急情况,运载和飞船都有逃逸系统,可以避免危险。但在飞船再入大气层时,就只能靠飞船自身。

下周,神舟十三号飞行乘组将进入返回地球的准备阶段,对空间站内的各种物品进行整理,为之后神舟十四号飞行乘组的到来做好准备。在完成大约180天的太空飞行任务后,3位航天员将于四月中旬返回地球,让我们一起期待他们的凯旋。