これは元々物理の冬休みの宿題でしたが、クラスで遅れていたため、展示することが許可されました。
物理の先生の要求により、筆者はインターネットでいくつかの情報を調べ、宇宙飛行士の訓練のドキュメンタリーを視聴し、ロケットの発射手順について科学館で調査しました。情報収集の過程で、以前に気付かなかった問題（例：ロケットの組み立て方法、宇宙飛行士の心理的リスクなど）をいくつか発見しました。最終的には、物理の先生が関連する問題を指摘した状況下で、この論文を完成させました。
中国の有人宇宙飛行は比較的遅いスタートを切り、多くの困難と問題に直面しています。この時点で、これまでの問題の解決策をまとめ、将来の困難の解決に向けたヒントを提供することは非常に重要です。筆者は高校生の視点から、このテーマについて論述を試みます。
宇宙飛行士に関連する問題#
ロケットの発射中、宇宙飛行士は激しい振動、大きな騒音、超重力に対応する準備をしなければなりません。微小重力環境では、宇宙飛行士の食事や排泄に影響を与えます。この環境では、宇宙飛行士の骨に含まれるカルシウムが加速的に失われ、骨粗鬆症のリスクが高まります。宇宙空間では、狭い空間と長時間の孤独感により、宇宙飛行士は心理的な疾患にかかりやすくなります。宇宙線は宇宙飛行士の染色体に影響を与え、予測できない影響を与える可能性があります。さらに、宇宙空間の非常に低い大気圧は宇宙服にも厳しい要求を提起します。（主な参考文献：https://www.bilibili.com/video/BV1Cd4y1c7GR/）
宇宙飛行士は任務を遂行する前に、数年または数十年にわたる厳格な訓練を受ける必要があります。突発的な状況に対して冷静に正確に対処できるようにするためです。基礎的な理論科目や基本的な身体的なトレーニングに加えて、宇宙環境、宇宙飛行の基本原理、宇宙船の構造特性や運行方法などを学ぶだけでなく、宇宙船の打ち上げや帰還時の超重力環境での遠心機耐久トレーニング、ノイズや振動環境での作業トレーニング、無重力環境でのシミュレーショントレーニング、圧力試験室での酸欠耐久トレーニング、めまいに対する耐性を鍛えるための 360 度回転する椅子でのトレーニング、緊急時の対応能力のトレーニング、宇宙空間の孤独な環境に対する隔離トレーニング、72 時間の睡眠剥奪トレーニングなども行う必要があります。超重力耐久トレーニングでは、宇宙飛行士は訓練カプセル内で水平に回転し、外向きの慣性遠心力と垂直下向きの重力の両方が斜め下向きの見かけの重力を作り出すため、超重力環境をシミュレートします。無重力シミュレーショントレーニングは、宇宙飛行士が受ける浮力と重力の大きさが等しいようにすることで実現されます。（主な参考文献：https://www.bilibili.com/video/BV1LQ4y1Q7wL/）
宇宙服は真空、極端な温度変化、太陽放射線、宇宙空間の微小な粒子（宇宙空間の微小な岩石粒子）などの環境要素から宇宙飛行士を保護します。例えば、宇宙船外の宇宙服は保護、任務遂行、生命維持などの機能を持っています。その中で、金メッキのフィルターウィンドウは有害な放射線をフィルタリングし、赤外線を遮断して断熱効果をもたらすために使用されます。複合繊維で作られた圧力スーツの外部保護層は微小な粒子や宇宙線の攻撃に耐えることができ、アルミメッキポリエステルフィルムで作られた断熱層は熱エネルギーの反射を利用して断熱効果を発揮します。ゴムとポリエステルで作られた気密制限層は、内外の大きな気圧差による宇宙服の過度の膨張を防ぎます。（主な参考文献：https://www.bilibili.com/video/BV1Uv4y1D7AJ/）
宇宙飛行士は骨粗鬆症を防ぐために宇宙で体操を行う必要があります。また、孤独感を防ぐために心理的なトレーニングも受ける必要があります。
打ち上げロケットに関連する問題#
打ち上げロケットは地球の重力を克服し、予定された軌道に入るために一定の速度を必要とします。これにはロケットエンジンの推力に高い要求があります。ロケットが打ち上げられると、巨大な重力と空気抵抗の影響を受けるため、ロケットエンジンの爆発力にも要求があります。さらに、ロケットエンジンは軽量であり、材料は強く、強度が高く、安定性が高い必要があります。現在、中国では YF-100 ロケットエンジンが主に使用されており、酸素豊富な予燃焼分級燃焼循環技術を採用しており、環境に優しく、経済的で信頼性が高く、推力が大きく、性能が高く、再利用可能な優れた特徴を持っています。（主な参考文献：百度百科）
低周波振動は内臓の揺れ、脳波の干渉を引き起こし、宇宙飛行士の言語の妨げ、四肢の運動の困難、意思決定の混乱を引き起こす可能性があります。そのため、有人宇宙飛行では振動の抑制に厳しい要求があります。中国の有人ロケットは 8Hz の振動を発生させ、初の宇宙飛行士である楊利偉に大きな苦痛をもたらしましたが、研究者は燃料振動時に発生するエネルギーを吸収し、燃料振動の周波数を変えることができるエネルギー蓄積器を使用して 8Hz の振動を抑制しました。（主な参考文献：https://www.nsfc.gov.cn/publish/portal0/tab446/info65146.htm）
ロケットの組み立てでは、トラブルを回避し、ロケットの垂直立ち上げ時の問題を防ぐために、「垂直総合組立、垂直テスト、垂直輸送」および遠隔テスト発射の先進的なモード（「三垂モード」）を採用する必要があります。ロケットに燃料を注入する際には、気象条件に基づいて燃料の注入量（注入パラメータ）を計算し、常温燃料を先に注入し、低温推進剤を後に注入する必要があります。これにより、衛星が空力力、空力加熱、および音響振動などの有害な環境の影響を受けないようにするため、ロケットにはフェアリングと呼ばれる構造が必要です。（主な参考文献：泉州市科技馆太空探索场馆介绍与百度百科）
その他#
宇宙船のランデブー・ドッキングは前方、後方、径方向の 3 つに分けることができます。ランデブー・ドッキングには 4 つの制御タイプがあります：1 つは地上からの遠隔操作によって完全に制御される遠隔操作、2 つは地上の指導のもとで手動操作を行う手動操作、3 つは船載装置と地上を組み合わせて自動制御を実現する自動制御、4 つは船載装置が宇宙飛行士や地上に依存せずに自律制御を実現する自律制御です。径方向のポートを利用するためには、径方向のランデブー・ドッキングが必要です。径方向のランデブー・ドッキングは姿勢と軌道の制御が難しく、姿勢と相対位置の確定が難しく、宇宙飛行士の手動制御モードが難しいです。2021 年 10 月に中国で行われた初の径方向ランデブー・ドッキングは、全体のプロセスが誘導航法制御システムの指示によって宇宙船が自律的に完了しました。（主な参考文献：https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_14932299）
宇宙船の帰還カプセルは地球に帰還する際、空気力学的加熱によりカプセル表面のガスと材料が分解され、プラズマ層が形成されます。プラズマは電磁波を吸収し反射する能力を持っているため、カプセル表面に覆われたプラズマ層は電磁波を遮断する電磁波シールド層となります。この時、カプセル外部の無線信号はカプセル内部に入り込むことができず、カプセル内部の無線信号もカプセル外部に伝わることができなくなります。このような宇宙航行体が大気圏に高速で帰還する際、一定の高度帯域で地上との通信が途絶する現象をブラックアウト現象と呼びます。例えば、天問一号の着陸ローバーは火星着陸時に 9 分間ものブラックアウト期間を経験します。現在、ブラックアウト現象を完全に解決する方法はありませんが、帰還カプセルの改良によりブラックアウト現象を緩和することができます。（主な参考文献：百度百科）