中國航天第一人楊利偉在2003年10月乘“神舟5”號飛船進入太空,從而實現了中華民族百年飛天夢。至今,全球已有900余人次進入太空。由此不難看出,21世紀初將掀起載人航天的熱潮,航天員正成為一種新興的職業。在這些候選航天員進入太空之前,至少需要4年的大學學習,還要接受飛行和科學教程的培訓。
航天員的選拔一般分為兩個階段。首先要招收一批志愿者,身高一般是1.6米~1.75米,年齡一般不超過40歲,受過高等教育。經過一系列檢查后先選出預備航天員,在此基礎上進行飛前合格選拔。航天員的選拔通常要經過基本資格審查、臨床醫學檢查、生理機能選拔、心理選拔、特殊環境因素耐力和適應性選拔等。實施階段一般又細分為:預選、門診檢查、住院檢查、特殊環境因素檢查。訓練過程中的檢查時間大約為1年,其淘汰比例約為1:100,早期更高。
據介紹,中國早在20世紀70年代初就進行了首批航天員的試選工作,選拔標準與美國選拔首批航天員相同,試選對象是空軍戰斗機飛行員。他們都有近千小時的飛行經歷,具有高超的飛行技術、大學本科以上學歷、強健的身體、良好的心理素質和反應能力。飛行員本來就是百里挑一,經過航空學校和飛行部隊不斷篩選。留下來的多是精英。航天員的選拔。則是從這些精英里面選精。中國航天員的選拔極其苛刻,100名左右參選的飛行員中,才能挑選出1名。這個比例與美國的挑選概率基本一致。
眾所周知,太空環境惡劣,那里沒有空氣、重力、水和其他地球上人類生活的基本條件,并且存在危害人類的宇宙輻射、紫外線、低溫和真空等。因此,人要進入太空。不僅需要先進的裁人航天器,航天員也應進行選拔和培訓,才能經受住發射和返回時出現的強大沖擊,長時間生活在飄飄欲仙的微重力空間,掌握與眾不同的吃、喝、拉、撒、睡等技能,在與世隔絕的環境中默默地連續工作,適應太空生活的特殊規律。所以,凡是進入太空的人都要進行訓練,哪怕是太空旅游者也不例外。
航天員分幾種類型,他們在航天飛行中起著不同的作用。總體來講,航天員分職業航天員和非職業航天員兩大類,這頗似體育界的職業運動員和業余運動員。所謂職業航天員是指專門從事航天飛行工作的航天員。根據其在太空活動中所完成的工作特點,又分為飛行專家、任務專家、軍事專家三種,其中飛行專家包括駕駛員、指令長(或稱機長),任務專家也叫隨船工程師。早期的載人航天飛行只有一個乘員組,最多的任務乘員組可達七人。
非職業航天員包括載荷專家、教師、旅游者等,其中載荷專家占大多數,已登天的幾位美籍華人屬于這一類。這是一類攜帶特定儀器設備,在載人航天器上從事特定實驗、生產特定產品、搜集特定科學數據的科技人員。他們與地面載荷指控中心直接通信,進行專項研究活動并負責維護和修理自用儀器和設備。不過,這些人平時以原職業為主。
載人航天比無人航天要復雜得多,需克服失重、超重、缺氧、孤獨、火箭發動機的震動與噪聲、宇宙射線的影響和流星體撞擊航天器等一系列艱難險阻,因而對航天員的生理和心理素質有較高的要求。航天員要有強烈的事業心和獻身精神,因為載人航天風險很大,至今已有22名航天員血灑藍天;要有良好的體格,身體沒有畸形等影響使用航天服和操作儀器的肢體障礙。要求沒有外傷及后遺癥,有潛在慢性病、精神與神經病的人更不行。喜歡抽煙和喝酒的人也被排除在外,因為航天器艙內空間狹小,設備多,吸煙會污染空氣,并易發生火災,喝酒則能誘發體內潛在疾病,干擾正常工作;要有良好的心理素質,膽大心細,遇事不慌,善于控制自己的情緒,能與他人和睦相處。當年“阿波羅13”號飛船登月飛行時雖然服務艙發生爆炸,但由于船上航天員堅毅果敢,所以終于轉危為安。
要使航天員具有上述素質,需要經過選拔和培訓兩個步驟才行。當然,根據航天任務及其對各類航天員的不同要求,航天員的選拔與培訓項目、內容和標準也各異,例如美國就把航天員的身體素質分為三級,他們的訓練時間和內容都不同。
2003年7月3日,載人航天工程航天員評選委員會評定揭曉:經歷5年零6個月、3000余個學時的拼搏,從中國空軍1500余名飛行員中挑選出來的包括楊利偉、翟志剛、聶海勝在內的14名航天員,全部獲得三級航天員資格,都具備獨立執行航天飛行任務的能力。1998年1月5日,中國航天員大隊正式成立時,就是這14名航天員聚集在一起,肩負起中國飛天的使命。翻看他們當時的檔案,會發現太多的相似:全部是大專以上文化程度,駕機-飛行都在800小時以上,都有過空中飛行化險為夷的經歷,平均年齡32.8歲。
飛船遨游太空,航天員始終要在封閉狹小的環境里經受超重、失重相互交替的折磨,要承受噪聲、震動、低壓、缺氧等許多飛行動力學因素和環境因素的作用,同時還要完成飛船上各種操作任務和大量科學實驗任務。要克服飛行中的障礙,航天員就要進行基礎理論、體質、航天環境適應等多種訓練。中國航天員訓練有8大類58個專業,教練把它稱為“58個階梯”,航天員們每登上一個階梯,就等于向太空走近了一步。
超重耐力適應性訓練。對飛行員的要求是,最大做到5倍于自己體重的加速度,持續時間僅3秒,而楊利偉他們要做到8倍于自己體重的加速度,持續時間達40秒。訓練中,航天員個個肌肉嚴重變形,體能消耗很大。
低壓缺氧訓練。航天員要以相當于每秒15米的速度,經受迅速提升到5000米高空瞬間帶來-的缺氧和減壓的考驗,并持續30分鐘。
血液重新分布適應性訓練。航天員持續多天保持-15°臥姿,再轉到+70°的立姿。
轉椅試驗。航天員坐在轉椅上,變換各種角度進行飛速旋轉。這些被稱為魔鬼式的訓練,被曾在飛行員訓練場上摸爬滾打多年的航天員們一次又一次地刷新著紀錄。職業航天員一般需要訓練三四年,載荷專家需要2.5年,太空游客則不到半年。
目前多用改裝的失重飛機進行失重訓練,這種飛機的機艙內有寬大的空間,內乘被訓人員。當它飛到一定高度和速度時,以一定的操縱程序進入特別設計的失重拋物線飛行時,便可出現失重現象。通過這種訓練,可消除人體對失重的恐懼感等不良反應。
除了進行航天基礎性訓練外,航天職業技能訓練也相當重要,只有掌握了航天職業技能才能參加真正的航天飛行任務。為此,美國和俄羅斯還研制了不少各種功能的訓練器和飛行模擬器。包括航天服的使用、航天食品和餐具的使用等也都要一一進行訓練,否則吃飯時容易把食品放入鼻子里,上廁所時會搞得糞便到處飄。
此外,飛行任務訓練也是必不可少的,如出艙活動訓練,交會對接訓練。為了建造國際空間站,美國在俄羅斯的“和平”號空間站和自己的航天飛機上進行過大量的相關訓練。目前,美俄等國都有自己的航天員培訓中心。美國的航天員培訓中心有約翰遜航天中心和肯尼迪航天中心,其中以約翰遜航天中心為主,肯尼迪航天中心只是在發射前的短時間里進行必要的訓練。在美國,普通航天游客只需訓練半年即可上天。
俄羅斯是在被叫做“星城”的加加林訓練中心訓練航天員的,那里有1:1的航天器模型裝置、大型訓練水池、天文館訓練樓等,世界第一位太空游客蒂托就是在這里訓練了三個多星期后升空。俄羅斯2001年首次啟用了能高度模擬航天器內部環境的新型實驗設施,該設施為全封閉結構,內部溫度和濕度等指標均與載人航天器中相差無幾,16小時的照明和8小時的關閉光源則模擬了航天器上所感受到的晝夜交替變化。俄羅斯科學院醫學和生物學研究所運用這種新型載人航天模擬設施,首次將失重和寂寞適應性實驗合二為一地進行。
從2002年12月起,俄羅斯醫學和生物學課題研究所開始測試三種航天訓練和防護裝置——失重訓練薄膜、氣墊鞋和多功能健身器。失重訓練薄膜是一種特制的防水膜,科研人員將把它鋪設在蓄水池的水面上,之后讓兩名志愿人員躺在薄膜上。失重訓練薄膜具有很好的彈性,可使志愿人員陷入水平面以下,但是陷入的程度并不妨礙人的活動。在這種狀態下,肌肉和骨骼所受到的支撐力與失重狀態下十分相似。