這些高科技 支撐太空行走的每一步

　　9月1日，我國神舟十四號航天員陳冬、劉洋順利出艙。航天員出艙活動又被稱為太空行走，是載人航天的關(guān)鍵技術(shù)之一。別看艙內(nèi)外只是一門之隔，“出門”的背后，卻有著相關(guān)技術(shù)、工藝以及科學(xué)訓(xùn)練手段等的重重保障。

　　出艙地點(diǎn)：

　　氣閘艙是主要出艙通道

　　游覽過三峽大壩的小伙伴，一定對三峽船閘印象深刻。這座規(guī)模龐大的通航建筑物，如同水上的階梯，能夠幫助輪船穿越上下游水位落差相當(dāng)于40層樓高的大壩。

　　與船閘的原理類似，要往返于正常大氣壓的空間站與真空環(huán)境的太空，需要有一個(gè)“中間地帶”，而氣閘艙就是航天員出艙、返回的“中間地帶”。

　　我國空間站共設(shè)計(jì)有3個(gè)氣閘艙。2021年7月4日，隨著航天員劉伯明、湯洪波安全返回天和核心艙，神舟十二號航天員乘組圓滿完成中國空間站階段首次出艙任務(wù)。此后，神舟十二號、神舟十三號航天員乘組又圓滿完成了3次出艙任務(wù)。

　　中國空間站的前4次出艙活動都是在天和核心艙開展的，其出艙口為“節(jié)點(diǎn)艙”。節(jié)點(diǎn)艙兼具航天器對接與停泊，以及航天員出艙等多項(xiàng)功能，但并不是中國空間站的主份人員氣閘艙。問天實(shí)驗(yàn)艙的氣閘艙才是航天員的主要出艙通道。

　　如此設(shè)計(jì)是因?yàn)�，�?jié)點(diǎn)艙位于天和核心艙、問天實(shí)驗(yàn)艙，以及后續(xù)將發(fā)射的夢天實(shí)驗(yàn)艙的三艙交匯處。如果將這樣一個(gè)“交通樞紐”作為主份人員氣閘艙，當(dāng)開展出艙任務(wù)時(shí)，節(jié)點(diǎn)艙就會處于真空狀態(tài)，三艙之間的交通將被徹底阻斷，而且還將阻斷航天員進(jìn)入神舟飛船的生命通道。

　　因此，主份人員氣閘艙通常選擇在不干擾其他艙段、較為“偏遠(yuǎn)”的位置。問天實(shí)驗(yàn)艙氣閘艙位于該艙末端，開展出艙任務(wù)時(shí)，中國空間站各艙段以及飛船之間的交通不會受到任何影響。

　　據(jù)中國航天科技集團(tuán)五院空間站系統(tǒng)總體主任設(shè)計(jì)師張昊介紹，節(jié)點(diǎn)艙的活動空間約為七八立方米，氣閘艙則能達(dá)到12—13立方米；節(jié)點(diǎn)艙內(nèi)設(shè)備、管路和電纜較多，氣閘艙則更加整潔，只配置了出艙相關(guān)設(shè)備，沒有其他管路、電纜的羈絆。

　　此外，節(jié)點(diǎn)艙艙門直徑約為85厘米，而氣閘艙艙門直徑達(dá)1米左右�！昂教靻T從這里進(jìn)出，更舒展、更從容，還能攜帶大個(gè)頭的設(shè)備出艙工作，出艙能力得到大大提升�！睆堦徽f。

　　問天實(shí)驗(yàn)艙氣閘艙配備了全套艙外航天服等出艙支持設(shè)備，出艙活動任務(wù)期間可支持航天員的艙載供氧、制冷和出艙過閘等。平時(shí)，氣閘艙還能支持艙外航天服貯存、在軌檢測、航天員訓(xùn)練等。

　　未來夢天實(shí)驗(yàn)艙與中國空間站交會對接后，三艙皆有氣閘艙。除了天和核心艙的節(jié)點(diǎn)艙、問天實(shí)驗(yàn)艙的主份人員專用氣閘艙，夢天實(shí)驗(yàn)艙的氣閘艙將成為貨物專用通道。

　　出艙裝備：

　　艙外航天服可媲美小型飛行器

　　推開艙門進(jìn)入太空，艙外航天服便成為航天員賴以生存的生命保障。

　　據(jù)中國航天員中心航天服工程研究室主任、載人航天工程航天員系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師張萬欣介紹，艙外航天服能為航天員提供安全有效的環(huán)境防護(hù)、密閉空間的環(huán)境控制和生命保障，相當(dāng)于一個(gè)小型飛行器。但與一般飛行器不同的是，航天員在穿著艙外航天服時(shí)，還要能完成艙外活動任務(wù)，這是艙外航天服最具特色的重要功能之一。

　　如果艙外航天服出現(xiàn)問題，將直接威脅到航天員的生命安全。2013年，意大利宇航員盧卡·帕米塔諾在艙外作業(yè)時(shí)，航天服冷卻水浸入呼吸系統(tǒng)，導(dǎo)致大量水灌入頭盔，一時(shí)間他如同頭戴一個(gè)魚缸，整個(gè)臉幾乎都泡在水里，聽不見也看不見，好在他后來憑記憶安全返回了空間站。

　　正因艙外航天服的精密、復(fù)雜，且直接關(guān)系到航天員的安危，其研制技術(shù)工藝難度極高，造價(jià)與等重黃金相當(dāng)。目前全世界只有美國、俄羅斯和中國具備艙外航天服的研制能力。

　　2008年9月27日，神舟七號航天員翟志剛、劉伯明完成了中國航天員首次太空行走，這也是我國第一代“飛天”艙外航天服的太空首秀。

　　相比神舟七號任務(wù)，中國空間站任務(wù)中，航天員要進(jìn)行時(shí)間更長，也更復(fù)雜的艙外操作，對艙外航天服的性能要求更高，因而新一代“飛天”艙外航天服得到了大量改進(jìn)與升級。張萬欣表示，新一代艙外航天服具有使用時(shí)間更長、安全可靠性更高、機(jī)動靈活性更好、測試維修性更強(qiáng)等特點(diǎn)。

　　新一代“飛天”艙外航天服高約2米，在地面重約120公斤，全套裝配下來需要近4個(gè)月時(shí)間。

　　艙外航天服對于真空、輻射和高低溫的超強(qiáng)防護(hù)作用，主要源自航天服的多層設(shè)計(jì)。航天服的最里層是襯里和尿收集裝置；襯里外是用于散熱的液冷通風(fēng)層，將水作為冷卻液來冷卻航天員身體散發(fā)的熱量；液冷通風(fēng)層外是用于產(chǎn)生一定壓力的加壓氣密層；再外一層則是限制加壓氣密層向外膨脹的限制層；限制層外是對付艙外大溫差變化的隔熱層；最外面則是保護(hù)層，由多種纖維復(fù)合而成。

　　艙外航天服的軟結(jié)構(gòu)包括上下肢和手套，從里到外是舒適層、備氣密層、主氣密層、限制層和熱防護(hù)層等，既能抵抗太空風(fēng)險(xiǎn)，又能保障穿著舒適、行動靈活。以手套為例，航天服的手套必須手工縫制，盡量一次到位，尺寸公差不能超過1毫米。

　　艙外航天服軀干部分為金屬結(jié)構(gòu)，像一副鎧甲，背后掛有保障生命的通風(fēng)供氧裝置。金屬結(jié)構(gòu)上有上千個(gè)米粒大小的螺絲孔，搭配不同規(guī)格的螺絲，裝配前需要仔細(xì)擦拭，留一粒浮塵都有可能釀成大禍。按照平整度要求，哪怕有0.1毫米的細(xì)微毛刺，都要精細(xì)打磨。

　　按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，“飛天”艙外航天服要保證在軌工作使用3年、保證航天員15次出艙活動。根據(jù)計(jì)算，其能保證8小時(shí)以上的出艙活動。

　　張萬欣介紹，對于未來的艙外航天服，我國的設(shè)計(jì)思路是模塊化、輕量化、多用途一體化設(shè)計(jì)。例如在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境一體化防護(hù)、功能模塊化的互換性、外部接口的兼容性等基礎(chǔ)上，最大程度地減少艙外航天服的自身重量，提高其靈活性與機(jī)動性，以充分適應(yīng)不同探測任務(wù)下，各種人機(jī)配套模式的適用需求。

　　出艙準(zhǔn)備：

　　航天員要經(jīng)歷“魔鬼訓(xùn)練”

　　2019年12月，航天員劉洋與陳冬、蔡旭哲一起，入選了神舟十四號乘組。

　　劉洋是我國首位進(jìn)入太空的女航天員，但出艙任務(wù)對她來說尚未“解鎖”。為此，她選擇在訓(xùn)練場上迎接新的挑戰(zhàn)。在參加第一次水下驗(yàn)證試驗(yàn)后，劉洋整個(gè)人都虛脫了，連拳頭都握不住�；蝿拥乃�波經(jīng)過凸面頭盔面窗產(chǎn)生的視覺放大效應(yīng)，讓她感覺既眩暈又惡心。

　　記者從中國載人航天工程辦公室了解到，每位航天員在進(jìn)入太空執(zhí)行出艙任務(wù)前，都要在地面經(jīng)歷“魔鬼訓(xùn)練”，在天上做的每一個(gè)動作，都要在地面反復(fù)模擬。

　　出艙活動技術(shù)訓(xùn)練包括出艙活動基礎(chǔ)理論、專業(yè)理論、操作技能、出艙程序以及出艙任務(wù)等類別，每一類由不同的訓(xùn)練科目組成。除了理論學(xué)習(xí)外，還需用到多種裝備進(jìn)行模擬訓(xùn)練。

　　例如，模擬失重水槽可以給航天員提供模擬失重的訓(xùn)練環(huán)境，這對于出艙活動，特別是艙外行走、出艙裝配和維修等艙外作業(yè)，是最為有效的訓(xùn)練手段。龐大的水槽，可以容納1比1的空間站或飛船模型。訓(xùn)練時(shí)，潛水員可以通過調(diào)整航天員水槽訓(xùn)練服上的配重鉛塊數(shù)量或位置來進(jìn)行配平，以便調(diào)整航天員的姿態(tài)，模擬失重環(huán)境下的操作情形。通過此項(xiàng)訓(xùn)練，可以使航天員體驗(yàn)和熟練掌握失重狀態(tài)下身體的運(yùn)動與姿態(tài)控制，以及出艙活動操作的特點(diǎn)、方法、技巧等，包括開關(guān)艙門、出艙進(jìn)艙、艙外行走、艙外作業(yè)等。

　　艙外航天服試驗(yàn)艙則能模擬空間真空環(huán)境，是航天員出艙活動訓(xùn)練的重要設(shè)備。在這里，航天員主要進(jìn)行低壓條件下的正常出艙程序訓(xùn)練和故障訓(xùn)練。此項(xiàng)訓(xùn)練一方面可以考察和訓(xùn)練航天員對近似真空環(huán)境的適應(yīng)能力和工作能力，使其能夠突破心理障礙，在心理上做好執(zhí)行出艙任務(wù)的準(zhǔn)備；另一方面也可以讓航天員提前感受真實(shí)低壓情況下的運(yùn)動負(fù)荷和服裝溫度調(diào)控情況等。

　　此外，航天員還要借助出艙程序訓(xùn)練模擬器、虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練器等設(shè)備，進(jìn)行艙外航天服和氣閘艙設(shè)備操作訓(xùn)練、正常出艙程序訓(xùn)練、故障處置程序訓(xùn)練、出艙全流程演練等。

　　除了各類針對性的專項(xiàng)訓(xùn)練，航天員還需進(jìn)一步進(jìn)行身體力量訓(xùn)練，尤其是上肢力量訓(xùn)練和核心力量訓(xùn)練，以滿足艙外作業(yè)中攀爬、安裝設(shè)備等動作的力量要求。據(jù)科學(xué)測算，中國航天員的上肢力量數(shù)據(jù)不亞于皮劃艇、體操等專業(yè)運(yùn)動員。（本報(bào)記者 付毅飛）