宇宙飛行士の驚くべきサバイバルスキル、あなたにはどれができますか？

ゴッド十三さん、お帰りなさいませo(*￣▽￣*)ブ

4月16日午前、有人宇宙船「神舟13号」の帰還カプセルが東風着陸場の指定エリアに無事着陸した。宇宙飛行士の翟志剛、王亜平、葉光復は、宇宙ステーションでの183日間の作業と生活を終えて無事に帰還し、神舟13号の有人飛行ミッションを成功裏に完了した。

英雄たちが凱旋帰国し、私の胸は興奮でドキドキしています。子供の頃の宇宙旅行の夢が再燃したようです！では、宇宙飛行士になるために私が欠けているスキルは何でしょうか?

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無重力と太りすぎ

宇宙と地球の最大の違いは、地球上の普遍的な重力が宇宙では感じられないことです。私たちはこの現象を「無重力」と呼んでいます。空気のようにどこにでもある重力を失っているのです。では、宇宙では重力はどのようにして「消える」のでしょうか?実際、私たちが宇宙に行って宇宙ステーションに到着したとしても、地球の表面からはわずか 400 キロメートルしか離れていません。地球の平均半径は6371キロメートルで、これは地球の半径の約1/16です。ニュートンの万有引力の公式 F=GMm/r2 によれば、地上の物体に対する地球の重力と比較すると、宇宙ステーションにおける地球の重力は 1/162-1/172≈0.045% しか減少しません。しかし、私たちは重力の「消失」を確かに感じることができます。宇宙ステーションに吊り下げられた人々や物体がその最良の証拠です。それで何が問題なのですか?

簡単なケースを考えてみましょう。人が地球の表面上で静止していると仮定すると、人に対する支持力は N = mg であり、この時点ではすべて正常です。宇宙ステーションでは、地球からの重力（地上とほぼ同等）と宇宙ステーションからのサポート力（方向と大きさは不明）の影響も受けます。宇宙ステーションが地球の周りをほぼ等速円運動（実際は楕円運動）しているとき、人々と宇宙ステーションは同じ加速度 a=wv を持ち、地球の中心に向かうはずなので、N'=mg-ma=mg-mwv となります。

宇宙ステーションに対して同じ力の分析を行うと、宇宙ステーションは宇宙空間にあるため、この「サポート」を提供できる物体がないため、重力の影響を受けるだけであることがわかります。したがって、wv=g を解くことができ、この結果を N' の式に代入すると、人に対する支持力も 0 であることがわかります。より一般的には、宇宙ステーションに対して静止している物体は 0 の支持力を受け取ります。つまり、人や物体は宇宙ステーション内で吊り下げられることになります。もちろん、現実には宇宙カプセルは完全な無重力という理想的な状態ではなく、10-6～10-4gの加速度による微小重力状態を経験することになります。

宇宙船の打ち上げ時には、もう一つの逆の状況が発生します。このとき、宇宙船は大きな加速度を帯びており、方向は先ほどの無重力状態とは正反対、地球の外側を向いています。内部の宇宙飛行士にとって、加速度は a = N/mg を満たす必要があります。 a>0、N>mg の場合、支持力は重力よりも大きくなり、重量超過となります。まとめると、人が感じる力は実際には支持力 N によってのみ決まることがわかりました。言い換えれば、人は実際の加速がどれほど大きいかを実際に知覚することはできず、「押し戻される感覚」がどれほど大きいかを感じることしかできないのです。

実際の打ち上げでは、太りすぎによる経験は単なる「押し戻される感覚」以上のものになります。緊急事態の可能性を考慮して、宇宙飛行士は通常、地上訓練中に8G以上の加速度を伴う遠心分離機での過重訓練に耐えなければなりません。訓練を受けていない普通の人は、2g～4gの加速度でほぼ限界に達します。

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ファンシーフィットネス

無重力によってもたらされる最初の問題は、体調の変化です。地球上では、私たちの筋肉と骨は常に重力と戦っているので、追加の運動をしなくても筋力と骨密度を維持することができます。しかし、宇宙では物体に重さがなく、人体は重力と戦う必要がないため、筋肉や骨は「運動不足」となり、筋萎縮や骨粗しょう症などの問題を引き起こします。

体力的に強い宇宙飛行士であっても、この問題には注意して対処する必要があります。そのため、宇宙にいる間、彼らは主にランニング、サイクリング、レジスタンスバンド、静的運動の形で毎日約2時間の運動をすることになります。（翟志剛：最後は私の得意分野です

無重力環境で走るにはどうすればいいですか?とても簡単です。スプリングを2本体に結び付けてトレッドミルに接続するだけです。こうすることで、走りながらジャンプするたびに、バネによって下に引っ張られることになります。ランニングは激しい振動を生じるため、トレッドミルには衝撃吸収装置も備えた設計が必要です。

乗馬用具にも独自の要件があります。科学者たちは、走行中に靴とペダルが安定して接続されるように、宇宙飛行士用にバックル付きの靴を特別に設計しました。

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給餌

宇宙ステーションにいる宇宙飛行士は、自分自身の無重力状態だけでなく、食べ物など周囲のあらゆるものの無重力状態も克服しなければなりません。

宇宙で生き残るためには、正確な給餌が不可欠です。的を射抜くと気持ちがいいが、外した場合はテーブルや床を拭いて火葬場の「空気清浄」をしなければならない。

そういえば、子供の頃に見た宇宙のメニューは「歯磨き粉を絞り出す」みたいな感じでした。食品加工技術の向上により、現在では魚風味の細切り豚肉、宮保鶏、黒胡椒牛ヒレ肉、スパイシーラム、胡椒ガチョウ、酸辣竹の子、スパイシー豆腐、チャーハン盛り合わせ、赤煮豚肉、唐辛子ポテト、キャベツと牛肉のスープ、ライスシュウマイ、スパイシーツナ、ミルク風味チキンライス、キノコと肉、醤油レタス、カニ卵ソラマメ、クリスピーチョコレート、フリーズドライアイスクリームなど、127種類の食品に拡大しました。宇宙ステーションでは、豚肉とキャベツの餃子、サワラの餃子、ニッコウキスゲの3種類の餃子だけでなく、新鮮なフルーツも食べることができます。餃子は現場で加工されており、食べるときに再加熱することができます。

豪華に思えるかもしれないが、実際には善意に基づいたものだ。宇宙食は安全で衛生的であり、十分なエネルギーと栄養を提供するだけでなく、宇宙飛行士の嗜好や食習慣を考慮し、「一口で食べられる」基準を満たすように努めなければならないのだ。骨や小片、残留物がなく、微小重力環境でも食べられるものでなければなりません。次回宇宙に行ったら宇宙鍋を食べられるかな？（手をこすって

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宇宙ヘアカット

誰もが家にいるこの疫病流行期に、世界にはあと何人のトニーがいるのだろうか？いずれにせよ、宇宙ステーションにはすでに「キング・トニー」がいる――

女神ヤピンが宇宙ステーションのトニー先生になる

出典: CCTV.com

重力がないため、切断された髪の毛は地面に落ちることはなく、宇宙ステーション全体に漂います。したがって、宇宙で散髪をする場合は、残留物収集器を使用して収集する必要があります。つまり、「掃除機」を使用して髪の毛の残骸をすべて吸い取る必要があります。

宇宙ステーション理髪店がオープンしました！

出典: CCTV.com

シャンプーでも同じ問題が起こります。重力がないのでシャワーは諦めてください。ヘッドカバーを3つ使用すれば問題は解決します。

1) シャンプーを含んだヘッドギアをかぶって、繰り返しこすります。

2) きれいな水を入れたヘッドギアに交換し、繰り返しこすります。

3) 乾いたヘッドカバーに交換し、繰り返しこすります。

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「水を飲んでください」

宇宙飛行士がミッション全体を通して必要とする水と酸素の量は膨大です。これらすべてを地上から宇宙ステーションに「輸送」すれば、宇宙ステーションの維持コストが大幅に増加し、宇宙ステーションでの長期滞在の実現可能性が低下することは間違いありません。したがって、飲料水と酸素の完全な再生循環システムが不可欠です。宇宙ステーションでは、水の電気分解を利用して酸素を生成します。副産物の水素は二酸化炭素と反応して水とメタンを生成します。メタンは宇宙に排出され、水は処理されて飲料水になります。これに加えて、一部の水は人間の尿から来ています。科学者たちは、蒸留と濾過によって尿を飲料水に加工できる装置を設計した。

飲めるかどうかは、もちろん飲む人が決めることです。宇宙飛行士は飲料水の微生物検査を定期的に実施します。検査方法は、水中に微生物がいると仮定し、水中の微生物を培養するものです。培養された微生物が基準内であれば飲用可能だが、そうでなければ飲用できない。

飲料水の微生物検査

出典：新華社通信

終わり

宇宙は人類の究極のロマンであると言われています。長く静かな夜の中で、夢と勇気を使って少しずつこの宇宙ステーションの小さな世界を築き上げ、前の世代の努力を利用して次の世代の努力を引き寄せているのは人類です。

私はすべての宇宙飛行士に敬意を表します。宇宙ステーションでのあなたの懸命な努力の毎日は、輝いていて歌のようです。私は航空宇宙工学のために懸命に働くすべての人々にも敬意を表します。星を目指す者たちをしっかりと支える強い手を創ったのはあなたです。

4月24日は中国の宇宙の日です。中国の宇宙産業の活発な発展を祈り、期待しましょう！

私たちの旅は星の海へ！

出典：中国科学普及協会

参考文献

宇宙で食べる：宇宙飛行士の神秘的な宇宙食を体験しよう（thepaper.cn）

【テクノロジー・航空宇宙】宇宙フィットネスについての簡単な議論 - Zhihu (zhihu.com)