“太空先锋”是一套前沿科普读物，由6册组成。本套丛书论述了航天技术的科学原理、技术应用及对社会的影响。这套丛书对改变并将继续改变太空技术和空间探索历程的科学家、重大事件、关键性发明、国际间合作及重要试验等进行了精彩的描述。

《人类太空飞行》是“太空先锋”丛书中的一本，该书阐述了始于20世纪60年代早期的人类超越地球大气层，进入外太空的旅程。本书沿着从太空时代初起直至今日的太空技术的发展轨迹，对诸如人类在太空的生存、宇宙飞船将人类送入轨道的能力以及太空飞行的安全性和危险等话题进行了讨论。在整本书中知识窗内的文字清楚地阐明了基本的物理概念在工程方面的选择和生命保障技术，提供了一些重要科学家和飞行员的主要经历。

本书中插有80幅黑白照片和结构原理示意图，附有人类太空飞行研发大事记。对所有希望了解太空知识和航天技术的高中学生、教师和广大读者来说，“太空先锋”系列丛书具备最好的科学性、可读性和趣味性。

《人类太空飞行》一书叙述了从20世纪60年代初开始的人类飞越地球大气层，进入外太空的旅程。本书循着从太空时代初现，直至今日的空间科技的发展轨迹，对人类在太空中的生存，宇宙飞船将人类送入轨道的发射能力以及太空飞行的安全性和危险等问题进行了详尽的阐述。内容包括：一些基本的物理概念、飞行器的基本构造、生命保障技术、空间计划的实施情况以及宇航员在飞行中的表现和科学家对未来空间技术发展的预测等。本书还配有八十多幅黑白照片和绘画作品，生动地展示了人类空间技术的发展历史及重大事件。

主译的话

前言

鸣谢

简介

◇1 人类航天之梦

万户的传说

轨道上的中国太空人

科技革命

19世纪人类太空飞行的幻想

太空航空学的诞生

前太空时代对空间站的想象

乘坐火箭飞机踏入太空之门

早期太空竞赛取得的成就

第一位太空旅行的美国人

谢尔盖·科罗廖夫——开始太空时代的人

约翰·肯尼迪和飞往月球的竞赛

“东方号”、“上升号”和“联盟号”飞船

◇2 太空生活

在持续的微重力状态中生活

太空船外的活动

太空服

太空旅行和工作的危险性

太空食品

太空辐射环境

闭合生态生命支持系统

◇3 宇航黑猩猩、宇航狗和其他太空旅行动物

对太空动物的研究

灵长目动物——美国首批太空旅行先锋

美国空军黑猩猩

“水星计划”猴子的使命

俄罗斯宇航狗

1961年后的动物太空飞行任务

拯救黑猩猩——社会运动、法律反对和道德尝试

◇4 小飞船与水星计划

水星一红石3号

水星一红石4号

水星一宇宙神6号

水星一宇宙神7号

水星一宇宙神8号

水星一宇宙神9号

◇5 太空行走与双子星计划

双子星宇宙飞船

阿金纳

双子星3号飞行任务

双子星4号飞行任务

双子星5号飞行任务

双子星6A号飞行任务

双子星7号飞行任务

双子星8号飞行任务

双子星9A号飞行任务

双子星10号飞行任务

双子星11号飞行任务

双子星12号飞行任务

蓝色的双子星

◇6 月球行走和阿波罗计划

阿波罗计划的起源

太空机器人侦察月球

关于月球生命的争论和地外污染的问题

阿波罗宇宙飞船

阿波罗飞行计划摘要

土星IB发射器

◇7 太空前哨：早期空间站

给美国空间站定义

天空实验室——美国第一座空间站

阿波罗一联盟对接试验计划

苏联早期空间站

和平号空间站

◇8 航天飞机

航天飞机系统的基本特征

降低外贮燃料箱绝缘泡沫碎片的风险

空间实验室

航天飞机任务

航天飞机任务小结

超越航天飞机

◇9 国际空间站

关于国际空间站的基本情况

空间站宇航员

◇10 永久的月球基地：超越地球低空轨道的下一站

月球——地球最近的邻居

月球基地与月球定居

克拉夫·埃利克和月球文明的畅想

◇11 人类远征火星

火星——神秘的红色星球

载人火星探险

火星前哨和表面基地的构想

太空政策和美国的总统任期

◇12 大型太空定居点——太阳系文明的标志

“爱斯特劳珀里斯”太空定居点

太空资源

“安得劳塞尔”人造世界

美国国家航空航天局的太空定居点构想

设计大型太空定居点应考虑的因素

戴森球

尼古拉·谢苗诺维奇·卡尔谢夫

◇13 结语

大事年表

译者感言

◇太空服

外太空是一个非常恶劣的环境。如果宇航员要想生存的话，就必须随身带着地球的部分环境。太空旅行者不得不被一个有可以呼吸的空气、适宜的气压以及适宜的温度的壳包围起来。这可以通过以个人为单位向宇航员提供一个巨大的、密闭的结构或环境，并把宇航员装在叫做“太空服”的一个有弹性的、保护性的囊状物中来实现。

从“水星计划”(Mercury Project)直至“阿波罗一联盟对接试验计划”，美国国家航空航天局在以前的飞行任务中所使用的太空服一直为美国宇航员提供了有效的保护。然而，某些设计问题成为太空服的缺陷。这些太空服是按照宇航员的具体尺寸量身定做的。为了制造出尺寸合适的太空服，有些太空服款式需要量取宇航员七十多个不同部位的尺寸。结果，太空服只能是一次性的。这些早期的太空服硬邦邦的，即使诸如抓住物体这样简单的动作也会很快耗光宇航员的体力。穿上太空服是一个耗力费神的过程，这个过程要持续一个多小时，并且需要助手的帮助。

“水星计划”中所穿的太空服，是美国海军高空喷气式飞机驾驶员所穿压力服的改良版。它由一个涂有聚氯丁烯尼龙纤维内层和一个涂铝的尼龙外层构成。在肘部和膝部有织入太空服内的断线以方便关节活动。但是即使有这些断线，穿着者也很难克服太空服内的压力作用弯曲胳膊或腿。当胳膊或腿部关节弯曲时，太空服的关节处就自动折进去，这样就减少了太空服内部的容积并且增大了压力。“水星计划”太空服穿着“柔软”或者是没有压力，只是用作可能出现的宇宙飞船船舱压力减少时的备用品——这种情况从来没有发生过。

当“双子星计划”的双人宇宙飞船研制太空服时，美国国家航空航天局的太空服设计者们采用了美国空军的办法设计灵活度更大的太空服。“双子星计划”中的太空服有个当受压时可以使整个太空服柔软的气压囊和网状限制层的结合体，而不是“水星计划”太空服的纤维关节。

人形的气密压力气囊是由涂有聚氯丁烯的尼龙制成，并且覆盖着用涤纶和特氟纶绳织成的承重网。这个网格层比压力气囊略微小一点儿，当有压力时能减少太空服的硬度并且用作一种结构壳。“双子星座号”宇航服由于采用了多层设计方式，大大改进了胳膊和肩部的灵活性。

在月球表面行走又给太空服的设计者提出了一系列的新难题。为“月球行走者”所设计的宇航服不仅要保护宇航员不受犬牙交错的岩石和月球白天酷热的伤害，而且还要有足够的柔韧性以便“阿波罗号”宇航员能够俯身弯腰从月球上采集样品以及使用月球车在月球表面上进行运输。

另一个危险是从太空深处不断向月球表面抛掷的小流星体，要求“阿波罗号”宇航服的外部保护层能将其阻隔。一个背携式生命保障系统可以为历时7小时的月球行走提供呼吸所用的氧气、太空服增压以及通风。

通过在肩膀、肘部、臀部和膝盖部使用风箱状的、具有可塑性的橡胶贴合关节，“阿波罗号”宇航服的灵活性较早期的太空服有了很大改善。为“阿波罗号”飞船第十五次至第十七次飞行任务所做的太空服腰部的改进，可使宇航员坐在月球车上变得更加容易。

从贴近皮肤的最里层向外，“阿波罗A7LB”太空服从一件由宇航员穿在身上的液体冷却服开始，这件液体冷却服类似于一条把由面条状管子构成的织网缝到纤维上制成的长内裤。在管内循环流动的冷却水把新陈代谢产生的热量从宇航员的身体传送到背部装置，在那里这些热量被散发到太空。接下来是一层由轻便尼龙制成的穿着舒适度改善层，然后是由涂有聚氯丁烯的尼龙或风箱状、可塑的关节部件，一个防止气囊鼓胀的尼龙限制层，一个由聚酰亚胺薄膜和玻璃纤维布料制成的轻便的超级热绝缘交替层，由聚酯薄膜和垫片材料制成的几层，最后是由涂有特氟纶的玻璃纤维布料制成的外部保护层。  “阿波罗号”宇航帽由高强度的聚碳酸酯制成，由一个以压力密封的颈与太空服连在一起。与“水星计划”和“双子星计划”所使用的可以随着宇航员的头部活动的紧身宇航帽不同，“阿波罗计划”中的宇航帽是固定的，宇航员的头部可以在里面自由活动。在月球上行走时，“阿波罗号”宇航员在聚碳酸酯宇航帽上戴着一个外部的面罩装置保护眼睛免受紫外线辐射的伤害，并使头部和脸部保持较舒适的温度。

月球手套和靴子使“阿波罗号”太空服成为一个整体。这两者都是为应对艰苦的勘探任务而设计的。这种手套还能调适精密仪器。月球手套由内置的限制和压力气囊构成，这种手套是按照宇航员的手部模型塑造而成，并且覆有多重隔热层和磨损保护层。在拇指和指尖部分紧包着硅胶以使其具有“感觉”和敏感度。

月球靴实际上是“阿波罗号”宇航员在与宇航服连为一体的压力靴上穿的套鞋。太空靴的外层除了鞋底由有螺纹的硅酮胶制成外，其余均由金属织物制成。鞋舌部分由涂有特氟纶的玻璃纤维布料制成，鞋子的内层也由涂有特氟纶的玻璃纤维布料制成，接着是由聚酰亚胺层和玻璃纤维布料交替制成的25层厚的轻便的隔热层。

在“天空实验室计划”(1973－1974)和“阿波罗—联盟对接试验计划”(1975)期间，人们也使用了“阿波罗号”宇航服的改良版。

为航天飞机时代的宇航员研制的一种新型宇航服在舒适度、便利性和灵活性方面较以前的型号有了许多改进。这种实行舱外作业时穿着的宇航服是按照标准化部件组合成的，已有许多可替换的部件为主要特色。躯干、裤子、胳膊以及手套都有几种不同的规格，可以为每次飞行任务进行适当的组合，以适应不同个体的男女宇航员的需要。这种设计方法是非常经济的，因为这些太空服可以再利用。

这种航天飞机宇航服叫做“舱外机动装置”(extravehicular mobility unit，缩写为EMU)，它由3个主要部分组成：活衬里、压力容器和基础性的生命保障系统。这些部件通过饮用水袋、通讯设备以及太空帽等装配组件得以完善。

在宇航服的设计中，人体排泄物的盛放是一个重要的问题。在航天飞机时代的宇航服中，基础性的生命保障系统处理宇航服内空气里的气味、二氧化碳和人体废气。这种基础性的生命保障系统是个由背部装置和放置在宇航服胸部的控制和显示装置组成的两部分系统组成。科学家设计了两套不同的小便排放系统以适应男女宇航员的不同需要。因为在飞船舱外进行活动持续的时间很短，因此粪便的盛放被认为是没有必要的。

载人机动装置(the Manned maneuvering unit，缩写为MMU)是一个单人的由氮驱动的背部装置，它锁在载人机动装置宇航服的基本生命保障系统上。宇航员使用既可旋转又可移动的手动控制器能精确地在飞船的货物湾里或周围飞行，或者去往附近的载荷或船体，它可以到达飞船外面许多无法到达的区域。穿着载人机动装置的宇航员可以部署、服务、修理以及取回卫星载荷。

载人机动装置被称为“世界上最大的可重复使用的太空飞行器”。它的推进物可以从飞船再次充电。载人机动装置的可靠性由双并列系统而不是备份备援系统得到保障。一旦其中一个并列系统发生了故障，系统会被关闭，而是使用另一系统使载人机动装置返回到飞船的货物湾。载人机动装置包括一个35毫米的静止摄像机，它由在太空工作的宇航员操作。

P40-42

世界上很难说有什么事情是绝对不可能的，因为昨天的梦想不仅是今天的希望，而且也是明天的现实。

——罗伯特·哈金斯·戈达德

“太空先锋”是一套综合性的科普读物。它不仅向人们介绍了众多科学原理和科技实践活动，还向人们介绍了太空科技对现代人类社会的诸多影响。实际上，太空科学涵盖了许多不同学科的科学探索。例如，它涉及利用火箭推进原理并使航天器进入外层空间的发射装置；又如，它还涉及在太空中或在其他星球上执行航天任务的各种航天器；此外，它还会涉及执行一系列航天任务的航天器上所搭载的各种实验设备和宇航员。人类正是通过这些设备和宇航员实现了各项航天目标。在太空时代，与火箭有关的航天技术不断地帮助人类实现新的梦想。本系列丛书向人们介绍了与上述技术相关的人物、事件、发现、合作和重要实验。同时，这些科普读物还向读者介绍了火箭推进系统是如何支持人类的太空探索和航天计划的。这些计划已经改变了人类文明的发展轨迹。在未来的日子里，它们将继续影响人类文明的发展轨迹。

人类航天技术的发展史是与天文学的发展史和人类对航天飞行的兴趣密不可分的。许多古代民族针对夜空里出现的奇异光线创作出流传千古的神话传说。例如，根据古希腊神话传说中关于伊卡罗斯和代达罗斯编写的故事：从前，有一位老人，他非常渴望摆脱地球引力的束缚，在天空中自由地飞翔。自从人类社会进入文明时代以来，巴比伦人、玛雅人、中国人和埃及人都研究过天空并记载了太阳、月亮、可观测的行星和“固定的”恒星的运动过程。任何短暂的天文现象，例如彗星的经过、日食的出现或超新星的爆炸，都会在古代人类社会中引起人们的不安。人类的恐惧不仅仅是由于这些天文现象看上去十分可怕，而且是由于在当时这些天文现象既是无法预测的又是无法解释的。

古希腊人和他们的“地心说”理论对早期天文学理论和西方文明的出现都产生了重大的影响。在大约公元前4世纪的时候，古希腊的众多哲学家、数学家和天文学家分别系统地阐述了“地心说”的宇宙理论。根据他们的理论，地球是宇宙的中心，其他的天体都在围绕地球进行运行。在大约公元150年的时候，古希腊最后一位伟大的天文学家托勒密对“地心说”理论进行了加工润色，从而形成了一套完整的思想体系。在接下来相当长的历史时期内，这一思想体系一直在西方社会拥有权威的地位。16世纪，尼古拉斯·哥白尼提出了“日心说”的理论，从而结束了“地心说”长期以来对人们思想的统治。17世纪，伽利略和约翰尼斯·开普勒利用天文观测证明了“日心说”理论。同时，他们所进行的天文观测也为科学革命的到来奠定了坚实的基础。17世纪的晚些时候，艾萨克·牛顿爵士最终完成了这场科学革命。牛顿在著名的《自然哲学的数学原理》一书中系统地总结了基本的物理学原理。利用这些原理，人们可以解释众多天体是如何在宇宙中进行运动的。在人类科学发展史上，牛顿的地位是他人无法超越的。

18世纪和19世纪的科学发展为航天技术在20世纪中叶的出现打下了扎实的基础。正如本系列丛书所讲述的那样，航天技术的出现从根本上改变了人类历史的发展进程。一方面，带有核弹头的现代军用火箭使人们不得不重新定义战略战争的本质。实际上，人类在历史上第一次研发出可以毁灭自身的武器系统。另一方面，科学家们可以利用现代火箭技术和航天技术将机器人探测器发射到(除了体积较小的冥王星以外)所有太阳系的主要行星上，从而使那些遥远而陌生的世界在人们的眼中变得像月球一样熟悉。航天技术还在“阿波罗号”成功登月的过程中发挥了关键的作用。成功登月是人类迄今为止所取得的最伟大的科学成就。20世纪初，俄罗斯的航天预言家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基大胆地做出预言：人类不会永远地被束缚在地球上。当宇航员尼尔·阿姆斯特朗和埃德温·奥尔德林在1969年7月20日踏上月球的表面时，他们也将人类的足迹留在了另一个星球上。在经过几百万年漫长的等待以后，随着生命的不断进化，终于有一种高级的生命形式实现了从一个星球到另一个星球的迁移。在宇宙长达140亿年的历史当中，这种迁移是第一次发生吗？或许，正如许多外空生物学家所说，高等生命形式在不同星球之间的迁移是各大星系内部经常发生的现象。当然，对于上述观点，科学界目前尚无定论。不过，科学家们正在航天技术的帮助下，努力在其他星球上寻找各种生命形式。有趣的是，随着航天技术的不断发展，宇宙既是人类太空旅行的目的地，又是人类命运的最终归宿。

“太空先锋”系列丛书适合所有对太空科技、现代天文学和太空探索感兴趣的年轻读者。