在载人航天初期,对于航天环境耐力和适应性选拔训练,美苏两国都给予了极大的关注。随着载人航天经验的增多和航天器性能的改善,美国在后来的载人航天计划中,针对航天环境的训练有所减少。俄罗斯虽然一如既往,但也从单纯提高人对各种航天环境因素的耐力,发展到综合提升航天员的身体素质和心理素质,为在太空生活和工作作好准备。时至今日,尽管有些项目被取消了,如航天飞机航天员不再进行转椅训练,有的训练负荷和强度减少了,如俄罗斯航天员的超重耐力训练由原来的+12Gx减少到+8Gx,但这些项目仍然是航天员特别是驾驶员选拔和训练的重要组成部分。
航天环境适应性训练的主要目的,在于提高航天员对航天飞行环境的耐力与适应能力,以及返回地面后的再适应能力。航天环境适应性训练与体质训练的有机结合及共同作用,可以使航天员的身体素质达到胜任飞行的目标。目前航天环境适应性训练项目主要有超重耐力适应性训练、前庭耐力训练、失重适应性训练等。安排这些训练时,特别注重因人而异和实际训练效果,一般都是根据个体情况,确定训练的方法、强度和次数。若未达到训练要求,则适当加大训练强度和训练次数;若已达到训练要求,则只做维持性训练。
(1)超重耐力适应性训练
通过超重耐力适应性训练,可以使航天员掌握正确的呼吸对抗动作,增强和维持航天员抗超重的能力和稳定性。超重耐力适应性训练主要是进行胸-背向耐力维持训练和抗胸-背向过载呼吸动作训练,一般每年进行2次左右,贯穿于航天员训练的全过程。在飞行前半年左右,还要按真实的飞船正常上升和返回的超重曲线进行训练,使航天员实际体验载人航天器上升和返回过程中超重作用的过程、特点和反应。
超重训练的主要设备是载人离心机。航天员训练时,训练教员在控制室内观察和记录航天员的表情、通话、各种生理指标和反应动作情况,当出现问题时,可以及时中止训练。训练结束后,教员将根据受训航天员的主客观反应,对其超重耐力和反应特征作出科学的评价。
(2)前庭功能训练
航天运动病是航天员进入太空最初几天可能遇到的麻烦问题,其发病率较高,会使航天员产生严重不适症状,影响其身体健康和工作效率。多数学者认为,航天运动病与前庭系统有关,而且实践证明,前庭功能训练可以增强航天员前庭功能的稳定性,提高前庭器官对运动刺激的耐受能力,避免或减少航天运动病的发生,或减轻航天运动病的症状,这是预防航天运动病的重要措施之一(图2-8)。
图2-8 航天员正在进行前庭功能训练
前庭功能训练分为主动训练和被动训练。主动训练与体质训练相结合,主要进行一些多方向自体旋转的运动,如弹跳网、滚轮、旋梯等,这些项目可以锻炼航天员前庭器官感受器和运动系统的功能。被动训练主要在秋千和转椅上进行,使受训者经常反复地接受线性加速度和科氏加速度的刺激,提高人体对运动刺激的耐受性,达到避免或减轻眩晕和错觉的目的。前庭功能训练通常采用主动和被动训练相结合的方式进行,在训练期间,每年进行2~3次该训练。飞行前,根据航天员的个体情况和任务特点,可对训练的方法、负荷和安排进行适当的调整。此外,针对航天运动病的物理防护措施,如呼吸调节、穴位按摩等,还要安排相应的训练,使航天员掌握预防航天运动病的方法和技巧,预防航天运动病的发生,或缓解航天运动病的症状。我国和俄罗斯都非常重视前庭功能训练,美国则取消了前庭功能训练,改为给航天员注射药物(如非那根),以防止航天运动病的发生。
(3)失重适应性训练
失重除了会使人产生不适反应外,还会给人的操作带来意想不到的困难。人在失重状态下的运动和操作,与地面有很大的差异。因此,在地面上,要想方设法创造失重环境,或模拟失重环境(如中性浮力水槽),或模拟失重状态下人的某些生理反应(如利用转床模拟血液的重新分布,或头低位卧床),使航天员了解和熟悉失重环境,体验失重的漂浮感和人体的某些生理反应。熟悉和掌握失重环境下的运动和各种操作技巧,对顺利完成航天飞行任务是十分必要的,也是进行失重适应性训练的主要目的。
1)失重飞机飞行训练。用高性能失重飞机做连续的开普勒抛物线飞行,可以反复产生失重环境,用于航天员训练。如俄罗斯的伊尔-76失重飞机,1个起落可飞15~20个抛物线,每个抛物线可产生约30秒的失重时间;美国的KC-135失重飞机,1个起落可飞20~30个抛物线,每个抛物线可产生25秒左右的失重时间。失重飞机是由高性能的喷气式飞机改装而成的,机舱内比较宽敞,两边装有把杆,铺设有厚厚的软垫,并备有降落伞以防万一。失重训练内容分为两类,一是失重条件下机体的一般感受和反应体验、漂浮训练、定向能力训练等,目的是提高航天员对失重应激的生理、心理稳定性,并学会在失重条件下保持姿态平衡和运动的方法,使之从生理、心理和身体运动方面适应失重环境。二是操作技能训练,包括穿脱航天服、进食和饮水、转移物体、阅读书写、摄影录像、操作仪器设备及使用工具等训练,目的是提高航天员在失重条件下生活和工作的技能,使其在操作方面适应失重环境。由于失重飞机做抛物线飞行时是超重和失重交替进行的,因此受训者要特别注意,避免受伤。失重飞机训练是一项负荷较大、艰苦而且有一定风险的训练,对航天员的身体和意志也是一种考验。
2)血液重新分布适应性训练。除了失重飞行之外,利用转床进行体位改变的训练,可以模拟失重时血液往头部转移引起的生理反应,使航天员体验和适应失重条件下血液重新分布和由此产生的各种效应。训练时,航天员取仰卧位固定于转床上,转床每隔几分钟改变一次角度,这样反复进行,可以不断地给心血管感受器施加刺激,锻炼心血管的调节机能,直至达到对这种血液快速重新分布具有一定的适应能力为止。利用转床进行体位改变训练,一般安排在航天员执行航天飞行任务年进行,这对于减轻航天员在航天飞行初期,特别是前24小时的不良反应,保持良好的工作能力十分有益。
除航天环境适应性训练以外,航天员每周还要进行多次体质训练。航天飞行对人的身体素质要求很高,体质训练是提高航天员身体素质并使其胜任飞行的一种重要的、有效的、基础性的训练手段。体质训练不仅能提高和巩固航天员的身体素质,增强机体的抗病能力,而且有助于增强航天员对航天环境的耐受能力和适应性,培养航天员良好的心理品质,使航天员在漫长的训练期内能够保持良好的体能和旺盛的精力,较好地完成其他各项训练。体质训练贯穿于航天员训练的全过程,一般每周训练2~3次,每次训练约2小时。
航天员体质训练项目很多,分为一般体质训练和特殊体质训练两大类。一般体质训练是为了提高航天员的速度和耐力,改善他们的形体、力量,以及身体的柔韧性、灵活性、协调性和整体调控能力,项目主要有田径、游泳、爬山、形体训练、体操、健身操、各种球类运动、弹跳网运动等。特殊体质训练主要是辅助提高航天员对航天环境的耐力,其中前庭耐力训练有旋梯、滚轮、蹦床、浪木、旋转秋千、三维翻滚机、趣味田径活动等,超重耐力训练有专门加强胸部、腹部和四肢肌肉力量的训练项目。此外还包括提高缺氧耐力的训练,如游泳和登山等。
航天员体质训练有两个突出的特点,一是针对性很强,对不同的人有不同的训练计划;二是特别注意保障航天员的安全,避免运动损伤,以降低训练期间的淘汰率。正因为如此,航天员在训练前要进行体检,并在训练过程中采取一些有效的防范措施。