重返月球，航天員還需要過(guò)多少難關(guān)？

今年2月底，日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)公開了2名候選航天員，分別是46歲的世界銀行風(fēng)險(xiǎn)管理專家和28歲的外科醫(yī)生。他們將參與美國(guó)主導(dǎo)的“阿爾忒彌斯計(jì)劃”，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)日本人首次登陸月球。此前，美國(guó)宇航局曾宣布選拔了28名“阿爾忒彌斯計(jì)劃”航天員，包括14名女性，呼應(yīng)了這次以月亮女神命名的行動(dòng)。那么，新時(shí)代的載人登月計(jì)劃在航天員選拔與訓(xùn)練方面有何特殊之處？航天員可能借助哪些新技術(shù)克服新挑戰(zhàn)呢？

日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)公開的2名候選航天員

“重返月球”更注重人

1969年阿姆斯特朗的“一小步”，邁出了人類探索外星球的“一大步”，之后“阿波羅計(jì)劃”分批將12名航天員送上月球。而“阿爾忒彌斯計(jì)劃”的目標(biāo)不僅是“到月球一游”，其“野心”和復(fù)雜程度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)“前輩”。

該計(jì)劃將在月球軌道上建立名為“門戶”的空間站，近可作為“重返月球”任務(wù)的大本營(yíng)，不時(shí)派遣航天員登陸月球，開發(fā)月球資源，遠(yuǎn)可充當(dāng)載人登火的前哨基地，在恰當(dāng)時(shí)機(jī)派遣先行者登陸火星，嘗試建設(shè)新家園。相比之下，歷經(jīng)10余年坎坷后成功組合首飛的SLS重型火箭和獵戶座飛船在整個(gè)計(jì)劃中僅是“開胃小菜”，“門戶”的建設(shè)才是“第一道主菜”。而在更復(fù)雜的系統(tǒng)中，必須更多地考慮航天員的需求和限制。

繞月空間站將由美、歐、日等多方聯(lián)合打造，主體由動(dòng)力與推進(jìn)系統(tǒng)、居住與后勤系統(tǒng)、國(guó)際居住艙等核心艙段以及加油艙、氣閘艙等功能艙段組成，預(yù)計(jì)能同時(shí)對(duì)接獵戶座飛船、“星艦”和貨運(yùn)補(bǔ)給飛船。該空間站建成后，將成為“阿爾忒彌斯計(jì)劃”實(shí)施行動(dòng)的主要基地，獵戶座飛船、日本白鶴飛船等負(fù)責(zé)從地球往空間站補(bǔ)充人員和貨物，“星艦”則負(fù)責(zé)從空間站往月球（遠(yuǎn)期可能還包括火星）送人送貨。這相當(dāng)于在地月空間建立了半永久性“驛站”，有望開展為期數(shù)月的復(fù)雜月面任務(wù)。

由此，“門戶”能否支持多名航天員長(zhǎng)期駐留，一向是外界關(guān)注的焦點(diǎn)。不久前，一些參與過(guò)設(shè)計(jì)工作的航天工程師表示，“門戶”的航天員居住區(qū)過(guò)于狹小，導(dǎo)致航天員很難站立活動(dòng)，且艙內(nèi)大部分空間很可能充斥著設(shè)備噪聲和振動(dòng)，進(jìn)而嚴(yán)重影響航天員的身心健康。為消除質(zhì)疑，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)決定建造真實(shí)尺寸的居住艙模型，測(cè)試是否存在威脅航天員的隱患，以便在2024年按計(jì)劃發(fā)射“門戶”首個(gè)艙段。

“門戶”空間站示意圖（來(lái)源：美國(guó)宇航局）

在繞月空間站完工之前，航天員同樣任務(wù)繁重。按規(guī)劃，“阿爾忒彌斯計(jì)劃”的第三次任務(wù)是載人登月行動(dòng)。屆時(shí)，航天員將乘坐獵戶座飛船，由SLS重型火箭送往繞月軌道，與提前發(fā)射的“星艦”改裝的登月艙在軌對(duì)接。然后，航天員進(jìn)入登月艙，前往月球南極降落。

這次航天員的月面之旅預(yù)計(jì)將比“阿波羅計(jì)劃”更充實(shí)，可能會(huì)少些探險(xiǎn)的刺激和樂趣，卻要開展更多的細(xì)致瑣碎的科研活動(dòng)，重點(diǎn)是尋找可能存在的水資源，調(diào)查地質(zhì)狀況，為后續(xù)建立月球基地打下基礎(chǔ)。

全新挑戰(zhàn)無(wú)處不在

如今，已有越來(lái)越多的普通太空游客造訪國(guó)際空間站，那么納入空間站項(xiàng)目的新時(shí)代載人登月計(jì)劃會(huì)不會(huì)放寬航天員的身體選拔標(biāo)準(zhǔn)呢？答案可能恰恰相反。

從“阿爾忒彌斯計(jì)劃”不難看出，新時(shí)代的載人登月計(jì)劃充分吸取了空間站長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

人類至今沒有在外星球上長(zhǎng)期駐扎過(guò)，太空生活體驗(yàn)普遍是在近地軌道的密封設(shè)施內(nèi)，而那里與月球表面環(huán)境顯著不同。所以航天員在月表長(zhǎng)期駐留必將面臨很多新問(wèn)題，包括不同重力環(huán)境下生理適應(yīng)性、輻射危害與防護(hù)、心理健康維護(hù)、太空醫(yī)學(xué)“盲區(qū)”等。

在空間站上近似零重力條件，而在月球表面的重力約為地球的1/6。航天員如果在繞月空間站上居住且不時(shí)前往月球表面工作，身體需要在與地面差異很大的不同重力環(huán)境中不斷調(diào)整適應(yīng)。這種不定期變化的重力環(huán)境很可能對(duì)航天員的心血管系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、骨骼肌肉等造成目前難以預(yù)估的危害。

更麻煩的是，航天員在“月球圈”長(zhǎng)期工作生活，基本失去了地磁場(chǎng)的保護(hù)，更容易受到宇宙輻射威脅，身體不適很可能是常見的狀況，某些嚴(yán)重的輻射癥狀更加令人擔(dān)憂。

事實(shí)上，新時(shí)代的載人登月任務(wù)更加復(fù)雜，有可能是人類首次真正意義上的在近地空間以外長(zhǎng)期活動(dòng)，必須重點(diǎn)解決宇宙輻射防護(hù)問(wèn)題。這還會(huì)給未來(lái)的載人探火任務(wù)提供更多指導(dǎo)性經(jīng)驗(yàn)。

此外，登月航天員遠(yuǎn)離地球環(huán)境，活動(dòng)受限，人際關(guān)系單一，還要時(shí)刻防備著宇宙輻射、設(shè)備故障、傷病等風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)計(jì)將承受較大的心理壓力。比如，月球晝夜環(huán)境與地球相差極大，晝夜交替漫長(zhǎng)，晝夜溫差可達(dá)300攝氏度，遍布荒漠和死寂，必然影響航天員的生物鐘和身心狀態(tài)，引發(fā)行為和認(rèn)知能力下降。

由于從月球飛回地球至少需要兩天半時(shí)間，航天員一旦身體出現(xiàn)異常，迫切需要急救，不可能像近地軌道空間站上那樣盡快送人回地面或迎來(lái)地面緊急支援，這就對(duì)太空生命保障系統(tǒng)提出了更高的要求。

總之，航天員在“月球圈”長(zhǎng)期執(zhí)行任務(wù)，對(duì)于身心素質(zhì)和太空醫(yī)療系統(tǒng)都將是更大的挑戰(zhàn)，選拔工作只會(huì)更加嚴(yán)格。再考慮到航天員的月面科研任務(wù)“更上一層樓”，在專業(yè)領(lǐng)域同樣不能放松標(biāo)準(zhǔn)。

素質(zhì)更高“幫手”多

環(huán)境更加不友好，任務(wù)更加繁重，無(wú)不要求登月航天員具備更完善的綜合素質(zhì)。

美國(guó)宇航局給“阿爾忒彌斯計(jì)劃”航天員設(shè)定的選拔條件為：擁有至少1000小時(shí)的噴氣式飛機(jī)駕駛經(jīng)驗(yàn)或至少3年的STEM（科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)）相關(guān)領(lǐng)域工作經(jīng)驗(yàn)。值得一提的是，這是美國(guó)宇航局有史以來(lái)第一次要求航天員申請(qǐng)人擁有STEM領(lǐng)域碩士學(xué)位。

之所以要設(shè)置如此高的“門檻”，是因?yàn)槊绹?guó)宇航局認(rèn)為，相比近地軌道飛行任務(wù)，登月和長(zhǎng)期“月球圈”居留對(duì)航天員的身心素質(zhì)、創(chuàng)造潛力等要求更高，航天員還必須更加重視團(tuán)隊(duì)合作，發(fā)揮整體效能。此外，這次月球科考和實(shí)驗(yàn)任務(wù)跟“阿波羅計(jì)劃”不可同日而語(yǔ)，從而對(duì)航天員的專業(yè)背景和科學(xué)素養(yǎng)提出了特殊要求。

從2022年起，入選“阿爾忒彌斯計(jì)劃”的首批航天員陸續(xù)接受為期兩年的訓(xùn)練，具體項(xiàng)目包括操作和維護(hù)空間站、太空行走、駕駛超聲速教練機(jī)飛行、學(xué)習(xí)復(fù)雜的機(jī)器人操作技能等。

基礎(chǔ)訓(xùn)練完成后，他們必須通過(guò)針對(duì)登月任務(wù)的專題強(qiáng)化訓(xùn)練。比如，他們要提升對(duì)于登月和月球環(huán)境的耐力、適應(yīng)能力，學(xué)會(huì)操作登月航天器，熟悉飛行程序與任務(wù)，更不用說(shuō)考核通過(guò)任務(wù)核心部分——登月與月面活動(dòng)訓(xùn)練、月球居留訓(xùn)練、月球科學(xué)考察及實(shí)驗(yàn)操作訓(xùn)練等。視情況，訓(xùn)練涉及個(gè)人和小組合作，甚至是跨系統(tǒng)、全系統(tǒng)參加的大型聯(lián)合演練。

不過(guò)，得益于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的大發(fā)展，未來(lái)高素質(zhì)航天員登月前也會(huì)有更多“幫手”。比如，昂貴、繁瑣的實(shí)物實(shí)景訓(xùn)練項(xiàng)目將逐漸被淘汰，航天員在全景模擬器上可以完成登月艙飛行訓(xùn)練、空間站和月表居留訓(xùn)練，涉及各種科學(xué)考察和實(shí)驗(yàn)器材的仿真操作考核更是不在話下。

放眼未來(lái)，隨著大數(shù)據(jù)應(yīng)用和信息技術(shù)的進(jìn)步，航天員選拔與訓(xùn)練將獲取更豐富、更多元化的數(shù)據(jù)支撐。人工智能有可能會(huì)參與任務(wù)規(guī)劃、人員優(yōu)化組合，確保選出特定飛行和科研任務(wù)的航天員團(tuán)隊(duì)“最優(yōu)解”。（作者：李嵩）