今年6月17日，我國(guó)成功發(fā)射了神舟十二號(hào)載人飛船，把3名航天員送到空間站“天和”核心艙內(nèi)工作、生活3個(gè)月。在此期間，他們的一個(gè)重要任務(wù)就是進(jìn)行兩次較長(zhǎng)時(shí)間的太空行走，在艙外安裝有關(guān)設(shè)備，并將進(jìn)行首次人和機(jī)械臂的協(xié)同配合，用機(jī)械臂把航天員載到艙外作業(yè)點(diǎn)附近工作，可能會(huì)有兩人共同到作業(yè)點(diǎn)完成任務(wù)。

北京日?qǐng)?bào)約請(qǐng)全國(guó)空間探測(cè)技術(shù)首席科學(xué)傳播專家龐之浩和讀者聊聊關(guān)于太空行走，特別是中國(guó)“飛天”艙外航天服的一些事。

神舟十二號(hào)乘組在中性浮力水槽中訓(xùn)練。

航天員太空行走“不用腳”

問(wèn)：能否簡(jiǎn)單介紹一下太空行走的含義?

答：在《太空旅行》一書(shū)中，俄國(guó)的齊奧爾科夫斯基最先從科學(xué)意義上提出了出艙活動(dòng)設(shè)想，并認(rèn)為要實(shí)現(xiàn)出艙活動(dòng)須給航天員提供艙外航天服、氣閘艙和安全繩索。

不少人以為太空行走是在宇宙空間中散步，其實(shí)不然，因?yàn)樵谳d人航天器艙外活動(dòng)，一是空曠的太空無(wú)路可走;二是航天員處于失重狀態(tài)，也沒(méi)法用腳行走，他們移動(dòng)身體是靠手、機(jī)械臂或載人機(jī)動(dòng)裝置。為了方便航天員艙外活動(dòng)，艙外專門(mén)裝了一些扶手，航天員可以像攀巖一樣移動(dòng)身體。所以這就要求出艙航天員上肢力量比較大，體力要很好。

因此，太空行走是一種不用腳的“行走”，嚴(yán)格地講應(yīng)該叫太空出艙活動(dòng)。航天員若在地外星球，例如在月球表面活動(dòng)，則是名副其實(shí)的太空行走。

太空行走有多種分類方式，例如按太空活動(dòng)是否列入計(jì)劃和時(shí)間的緊迫性分為三種。一種是計(jì)劃內(nèi)出艙活動(dòng);另一種是計(jì)劃外出艙活動(dòng);第三種是應(yīng)急出艙活動(dòng)。其中應(yīng)急出艙活動(dòng)是為了保障載人航天器順利返回地球或是航天員的生命安全。

如果按出艙活動(dòng)的目的和任務(wù)，太空行走分為四種。一種是驗(yàn)證類出艙活動(dòng);另一種是組裝類出艙活動(dòng);第三種是維修類出艙活動(dòng);第四種是有效載荷類出艙活動(dòng)，即回收、修理和釋放衛(wèi)星或在月面安裝實(shí)驗(yàn)裝置、采集月巖標(biāo)本等。2008年航天員翟志剛進(jìn)行的我國(guó)第一次太空行走屬于驗(yàn)證類出艙活動(dòng)，而這次神舟十二號(hào)航天員進(jìn)行的太空行走屬于組裝類出艙活動(dòng)或有效載荷類出艙活動(dòng)。

氣閘艙是航天員出艙必經(jīng)門(mén)戶

問(wèn)：航天員出艙要做哪些準(zhǔn)備，完成哪些程序?

答：航天員出艙前必須通過(guò)載人航天器上裝的一個(gè)小艙室——氣閘艙才行，否則會(huì)帶來(lái)一系列問(wèn)題。比如，不僅會(huì)使整個(gè)艙內(nèi)的所有氣體迅速泄光，造成氣體大量浪費(fèi)，而且航天員也會(huì)由于壓差大的原因而得減壓病。

氣閘艙一般有2個(gè)艙門(mén)(也叫閘門(mén))，一個(gè)是與載人大艙連接的內(nèi)艙門(mén)，另一個(gè)是可通向宇宙空間的外艙門(mén)。航天員出艙時(shí)先打開(kāi)內(nèi)艙門(mén)進(jìn)入氣閘艙，然后關(guān)閉內(nèi)艙門(mén)，把氣閘艙逐步減壓到真空狀態(tài)，然后打開(kāi)外艙門(mén)進(jìn)入宇宙空間，航天員返回氣閘艙時(shí)按相反的順序操作。

我國(guó)“天和”核心艙的節(jié)點(diǎn)艙兼有氣閘艙的功能，供今年出艙的航天員使用，其上方有一個(gè)出艙口。天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船為核心艙運(yùn)去了兩套艙外航天服，然后由神舟十二號(hào)航天員取出來(lái)放到節(jié)點(diǎn)艙內(nèi)組裝。等到2022年發(fā)射了“問(wèn)天”實(shí)驗(yàn)艙Ⅰ后，由于該艙配有主份氣閘艙，所以那時(shí)航天員就改為從主份氣閘艙出艙了。

在氣閘艙內(nèi)航天員不僅要穿出艙用的艙外航天服，還要進(jìn)行吸氧排氮。這是因?yàn)檩d人航天器與地面一樣為1個(gè)大氣壓，但是為了出艙行動(dòng)方便，艙外航天服內(nèi)的壓力只有0.3～0.4個(gè)大氣壓，所以航天員即使穿著艙外航天服也不能直接出艙，否則仍會(huì)得減壓病。如果航天員通過(guò)氣閘艙進(jìn)行高低壓環(huán)境的過(guò)渡，再加上進(jìn)行吸氧排氮，就可以預(yù)防減壓病的發(fā)生。

因此，神舟十二號(hào)航天員湯洪波表示，整個(gè)出艙程序非常復(fù)雜，專業(yè)知識(shí)、操作技能都很繁雜，信息量巨大。航天員在出艙前要準(zhǔn)備很多天，出艙當(dāng)天也要準(zhǔn)備好幾個(gè)小時(shí)才能打開(kāi)艙門(mén)執(zhí)行出艙任務(wù)。

艙外航天服是太空行走關(guān)鍵保障

問(wèn)：艙外航天服必須具備哪些功能?

答：由于太空環(huán)境很惡劣，因此航天員出艙時(shí)必須穿艙外航天服，以便把航天員的身體與太空惡劣環(huán)境隔離開(kāi)來(lái)，并向航天員提供一個(gè)相當(dāng)于地面的環(huán)境。

艙外航天服相當(dāng)于微型載人航天器，技術(shù)很復(fù)雜，是一個(gè)國(guó)家載人航天實(shí)力的重要體現(xiàn)。它由服裝、頭盔、手套和航天靴等組成，其中最復(fù)雜的是服裝，由多層組成。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;液冷通風(fēng)層外是用于產(chǎn)生一定壓力的加壓氣密層;然后是限制加壓氣密層向外膨脹的限制層;限制層外是對(duì)付艙外大溫差變化的隔熱層;最外面是保護(hù)層，它由多種纖維復(fù)合織物制成，具有良好的柔軟性，耐穿透、耐磨損、耐高溫、耐燃燒、耐腐蝕，還有防輻射的功能和連接其他裝具的接口。

艙外航天服的頭盔由頭盔殼、面窗結(jié)構(gòu)和頸圈等組件構(gòu)成，其中的頭盔殼所用材料具有強(qiáng)度大、抗沖擊等優(yōu)點(diǎn)。在出艙前，頭盔面窗的內(nèi)部要噴上防霧劑。手套與服裝通過(guò)腕圈接連，靴子由壓力靴和艙外熱防護(hù)套靴組成。

艙外航天服在背部裝有提供氧氣等維持生命所需各種條件的便攜式生命保障系統(tǒng)。如果太空行走時(shí)間較長(zhǎng)，艙外航天服內(nèi)要裝有飲水袋。在飲水管的旁邊還有一個(gè)放置食物棒的長(zhǎng)孔，航天員只要一伸嘴即可吃到美味可口的棒狀食品。

“飛天”艙外服行動(dòng)更靈活

問(wèn)：我國(guó)的“飛天”艙外服有哪些特點(diǎn)?