これはもともと物理の冬休みの宿題でしたが、クラスで遅れていたため、展示を許可されました。
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（例えば、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しようと試みました。
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増加します。宇宙空間では、狭い空間と長時間の孤独感から、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しい訓練を受ける必要があります。突発的な状況に対処するために、冷静に正確に解決できるようにするためです。基礎的な理論の授業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、宇宙船の構造特性と運行方法などを学ぶだけでなく、宇宙船の発射と帰還時の超重環境での遠心機耐久トレーニング、ノイズと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回転椅子での 360 度高速回転、緊急時の対応力トレーニング、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。遠心機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生成し、超重環境をシミュレートします。無重力トレーニングは、宇宙飛行士が受ける浮力と重力の大きさが等しくなる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する役割があります。例えば、宇宙船外の宇宙服は保護、任務実行、生命維持などの機能を備えています。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持たせる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ます。アルミニウムメタライズド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、ゴムとポリエステルで作られた気密制限層は内外の大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空間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#
打ち上げロケットが地球の重力を克服して予定の軌道に入るためには一定の速度が必要であり、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われており、酸素豊富な予燃焼分級燃焼循環技術を採用しており、環境に優れ、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、宇宙飛行士の生命安全に重大な影響を与えます。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の発生する 8Hz の振動は、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、研究者たち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、ロケットが垂直に立ち上がる際の問題を防ぐために、「垂直組み立て、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、気象条件に応じて燃料の注入量（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：地上からの遠隔操作によるリモート操作、地上の指導の下での手動操作、船載機器と地上を組み合わせた自動制御、船載機器による航空士や地上に依存しない自律制御です。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、制御姿勢と軌道の難しさ、姿勢と相対位置の確定の難しさ、航空士の手動制御モードの難しさを伴います。2021 年 10 月、中国は初の径方向ランデブー・ドッキングを実施し、全プロセスは誘導航法制御システムの指示の下で、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）
宇宙船のリエントリーカプセルは地球に帰還する際、大気力による加熱により、カプセル表面のガスと材料が分解および電離し、プラズマ層を形成します。プラズマは電磁波を吸収および反射する能力を持つため、カプセル表面に覆われたプラズマ層は電磁波の遮蔽層となります。この時、船外の無線信号は船内に入らず、船内の無線信号も船外に伝わらなくなり、船内外の通信が途絶えます。このような高速で大気圏に再突入する宇宙船が一定の高度域で地上との通信が途切れ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に着陸する際、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なく、カプセルの改良によって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）