“神器”助出艙

楊斯爽

2021年7月4日，神舟十二號(hào)航天員乘組密切協(xié)同，圓滿完成了設(shè)備組裝、全景相機(jī)抬升等出艙活動(dòng)期間全部既定任務(wù)，我國(guó)空間站建造階段航天員首次出艙活動(dòng)取得圓滿成功。出艙活動(dòng)是什么？是航天員在太空自由翱翔嗎？艙外航天服中藏著哪些奧秘呢？

出艙活動(dòng)和太空行走是一回事嗎？

出艙活動(dòng)也稱艙外活動(dòng)，指的是航天員從飛船、空間站等艙體內(nèi)出來(lái)，靠自己攜帶的簡(jiǎn)便裝備在太空或是其他天體表面進(jìn)行活動(dòng)，隨后返回飛船或空間站的一系列過(guò)程。

實(shí)際上，太空行走只是出艙活動(dòng)的一種。按照出艙場(chǎng)所的不同，出艙活動(dòng)可以分為在太空中進(jìn)行的出艙活動(dòng)和在其他星球表面進(jìn)行的出艙活動(dòng)。在太空中進(jìn)行的出艙活動(dòng)，就是我們通常所說(shuō)的太空行走;而在其他星球表面進(jìn)行的出艙活動(dòng)，被稱為“外星球行走”。比如在月球上出艙就稱為“月球行走”，它還有一個(gè)浪漫的名稱是“月球漫步”，聽(tīng)起來(lái)是不是更科幻了？

航天員出艙之前要做哪些準(zhǔn)備？

中國(guó)空間站的天和核心艙分為節(jié)點(diǎn)艙、生活控制艙和資源艙三部分，神舟十二號(hào)航天員是在節(jié)點(diǎn)艙中準(zhǔn)備并進(jìn)行出艙活動(dòng)的。當(dāng)航天員劉伯明、湯洪波進(jìn)入節(jié)點(diǎn)艙并關(guān)閉艙門(mén)后，節(jié)點(diǎn)艙就變成了一個(gè)密閉的艙室，航天員會(huì)在這里組裝和測(cè)試艙外航天服，確認(rèn)沒(méi)有問(wèn)題后就可以穿上艙外航天服。

在這個(gè)過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)艙內(nèi)的艙壓是接近地面環(huán)境的約1個(gè)大氣壓，但太空環(huán)境的氣壓極低，內(nèi)外壓力差巨大，直接打開(kāi)艙門(mén)很可能會(huì)導(dǎo)致艙門(mén)在解鎖瞬間就被艙內(nèi)的巨大壓力彈飛，甚至航天員也有可能被彈到遠(yuǎn)離空間站的太空中。如果覺(jué)得不好理解，同學(xué)們可以回想一下，開(kāi)罐頭食品時(shí)，罐頭中的氣壓低，而罐頭外的氣壓高，罐頭外的高氣壓壓著罐頭的蓋子，不好打開(kāi)。一旦罐頭被打開(kāi)，內(nèi)外氣壓平衡一致，再次關(guān)閉打開(kāi)就沒(méi)那么困難了。

所以，為了保護(hù)航天員的安全，節(jié)點(diǎn)艙需要進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)，直到節(jié)點(diǎn)艙的艙壓與太空中的氣壓差不多后，才能打開(kāi)艙門(mén)。然后航天員就可以進(jìn)行出艙活動(dòng)了。出艙任務(wù)結(jié)束后，航天員回到空間站中，還需要執(zhí)行與上面相反的程序。

什么是吸氧排氮？

由于空氣中氮?dú)庹剂思s78%，所以在地球上正常呼吸就會(huì)使人體內(nèi)儲(chǔ)存許多氮?dú)?。出艙活?dòng)前航天員要吸氧，在吸氧的過(guò)程中，航天員體內(nèi)的氮?dú)饩蜁?huì)被逐漸呼出體外，也就是吸氧排氮。為什么要這樣做呢？當(dāng)外界環(huán)境的壓力快速下降時(shí)，人體內(nèi)的氣體，比如氧氣、氮?dú)獾染蜁?huì)自發(fā)排出體外。氧氣排出對(duì)人體沒(méi)有影響，但氮?dú)馀懦鰰?huì)導(dǎo)致皮膚發(fā)癢、關(guān)節(jié)肌肉疼痛、咳嗽、胸悶等癥狀，這就是減壓病的表現(xiàn)。因此，在出艙活動(dòng)前，航天員都需要進(jìn)行吸氧排氮，預(yù)防減壓病。

世界上最具科技感的服裝

出艙后，保護(hù)航天員的重任就完全落在了艙外航天服“肩上”。艙外航天服包括航天服本體、測(cè)控通信系統(tǒng)以及背包式環(huán)控生保系統(tǒng)。

我們先來(lái)看看我國(guó)航天員穿著的“飛天”艙外航天服本體，它包括服裝、頭盔、手套和航天靴等。服裝和手套屬于軟結(jié)構(gòu)，從里到外有十多層，能夠?yàn)楹教靻T的身體保溫，同時(shí)保護(hù)航天員免受太空空間環(huán)境及流星等危險(xiǎn)因素的侵害。

其中比較有意思的是液冷服，它是航天員進(jìn)入艙外航天服前穿著的那件藍(lán)色的衣服。由于航天員在太空行走時(shí)十分耗費(fèi)體力，身體會(huì)產(chǎn)生許多熱量，為了保證舒適，就需要為身體散熱。液冷服上布滿了塑料細(xì)管，全部展開(kāi)的話長(zhǎng)度將達(dá)到100米左右。航天員穿著液冷服時(shí)，塑料細(xì)管內(nèi)將流通冷卻液，帶走航天服內(nèi)多余的熱量，使航天員在艙外工作時(shí)也能保持身體干爽舒適。

此外，航天服還在肩、肘、腕、膝、踝等關(guān)節(jié)處使用了氣密軸承，使航天員的手腳可以隨意轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)嚴(yán)格保證氣密性。所以，重達(dá)130千克的“飛天”艙外航天服可以說(shuō)是重而不笨，行動(dòng)靈活。

出艙戴著“太陽(yáng)鏡”

“飛天”艙外航天服的頭盔由頭盔殼、面窗結(jié)構(gòu)和頸圈等構(gòu)成。其中，面窗有四層，最內(nèi)層是兩層壓力面窗，中間充斥著氮?dú)猓軌蚋魺?、防結(jié)霧，保證航天員視野清晰;然后是防護(hù)面窗，進(jìn)一步保護(hù)著航天員的視野;最外層金色的是濾光面窗，相當(dāng)于航天員的“太陽(yáng)鏡”，當(dāng)航天員在太陽(yáng)能夠照射到的區(qū)域出艙時(shí)，就可以放下濾光面窗，保護(hù)眼睛。

神秘的“大背包”

航天員劉伯明、湯洪波出艙活動(dòng)時(shí)，都背著一個(gè)巨大的包。在出艙活動(dòng)中，這個(gè)“大背包”到底起什么作用呢？

艙外航天服實(shí)際上相當(dāng)于穿在身上的載人飛船，不僅要保護(hù)航天員的身體安全，還要為航天員在太空環(huán)境中生存提供保障。航天員劉伯明和湯洪波背在身上的“大背包”，實(shí)際上就是“飛天”艙外航天服的背包式環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱環(huán)控生保系統(tǒng)，可以直接給艙外航天服通風(fēng)、供氧、供水，還可以控制航天服內(nèi)的氣體環(huán)境，保證航天服內(nèi)的環(huán)境舒適，滿足航天員出艙時(shí)的需要。

“大背包”——環(huán)控生保系統(tǒng)，不僅能夠有力地保護(hù)航天員，它的設(shè)計(jì)還十分貼心，操作起來(lái)非常便利。當(dāng)“大背包”內(nèi)的一些儀器設(shè)備，比如氧氣瓶、電源、無(wú)線電通信設(shè)備等出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，航天員可以在軌維修，更換零件。

此外，“飛天”艙外航天服還配備了測(cè)控通信系統(tǒng)，不僅支持著航天員在艙外活動(dòng)時(shí)與艙內(nèi)通信，而且能夠監(jiān)測(cè)和傳輸航天員出艙活動(dòng)期間的各項(xiàng)生理信號(hào)，例如系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)和傳感器可以測(cè)量出艙航天員的血壓、脈搏，航天服內(nèi)的溫度、壓力等，這些數(shù)據(jù)將先傳回空間站，再由空間站轉(zhuǎn)發(fā)至地面，以便地面人員及時(shí)掌握航天員的狀況。

神舟十二號(hào)航天員的出艙活動(dòng)檢驗(yàn)了我國(guó)新一代艙外航天服的功能性能，航天員與機(jī)械臂協(xié)同工作的能力，以及出艙活動(dòng)相關(guān)支持設(shè)備的可靠性與安全性，為空間站后續(xù)出艙活動(dòng)的順利實(shí)施奠定了重要基礎(chǔ)。

了解了出艙活動(dòng)與“飛天”艙外航天服的知識(shí)，你是不是更向往在太空漫步了呢？也許有一天，你會(huì)進(jìn)入太空，成為航天英雄;也許有一天，航天員會(huì)穿著你設(shè)計(jì)的航天服遨游太空。不論哪一種未來(lái)，中國(guó)航天都期待著有你參與！

（責(zé)任編輯? 高博）