太空行走１００問（五）

機動裝置

29.什么是機動裝置？航天員太空行走為什么要使用機動裝置？

航天員如果想在太空移動身體，不能用腳，只能用手握住一個一個扶手向前移動，或者使用特制的身體移動工具。這種移動工具的正式名稱是機動裝置。所謂機動裝置，其實是推動裝置，就是使用噴嘴噴出高壓氣體，推動航天員的身體朝一定方向移動。為了保證航天員在太空行走中能很好地移動身體，完成各種操作和任務，美國和蘇聯曾先后研制出多種型號的機動裝置。

30.美國雙子星座航天員在太空行走中曾使用過什么機動裝置？這些機動裝置各有何特點？

雙子星座航天員的機動裝置稱為手提式機動噴射器，這種機動裝置又分為幾種型號：自足式手提機動噴射器、背包式機動噴射器、臍帶式機動噴射器和美國空軍研制的航天員機動裝置。

自足式手提機動噴射器是由雙子星座4號航天員懷特試用，重3.4千克，里面裝有0.31千克的高壓氧氣作為推進劑，能產生每秒18.1千克的推力，推進速度是每秒1.82米。該裝置有3個噴管，兩個噴管對著后方，一個噴管對著前方。開動對著后方的兩個噴管，即可推著航天員向前移動，開動對著前方的一個噴管，即可停止移動。這種機動裝置有一個缺點，就是裝置必須緊靠航天員身體的質心，才能準確控制移動方向。但由于航天員身穿航天服，頭上又戴著頭盔，很難確定身體質心的位置，因此航天員一般只能憑經驗行事。一旦遇到維修衛星這種要求精確定位的作業，航天員就可能由于身體定位不精確而不能完成維修任務。

背包式機動噴射器原計劃由雙子星座8號航天員試用，該裝置的推進劑由氧氣改為氟利昂-14，以35兆帕的壓力儲存在7200立方厘米的容器中，由于高壓容器是背在航天員的背上，因此稱為背包式機動噴射器。該裝置能產生每秒272.16千克的推力，顯然比使用高壓氧氣的效率要高很多。由于雙子星座8號飛行中出現故障而提前返回，因此這套裝置未能在飛行中試用。

臍帶式機動噴射器原計劃由雙子星座10號和11號航天員試用，這套裝置使用氮氣作為推進劑，儲存在兩個11150.6立方厘米的容器內，而這兩個容器又是存放在飛船的接合段內，因此用一根長17.4米的臍帶式軟管與機動噴射器相接。在臍帶式軟管內除了氮氣管外，還有一根氧氣管，不過這根氧氣管是與航天員的服裝相接。由于雙子星座11號航天員在太空行走中遇到麻煩，因此取消了對臍帶式機動噴射器的試用。

美國空軍的航天員機動裝置最初由美國空軍研制和發展，后來轉給美國航宇局。從性能上說，這套裝置比以前所有的機動裝置都要先進，因為它完全獨立于載人飛船，讓航天員可以自由自在地在太空活動。該裝置重75.29千克，體積81.2×55.8×48.2厘米，由6個分系統組成：①推力，由10.88千克的過氧化氫產生每秒1361～1588千克的推力；②飛行控制系統，可手控也可自控，能讓航天員在3個軸上運動，也能讓航天員保持穩定狀態；③供氧，一個重3.31千克的氧氣瓶，壓力為52兆帕，既能向服裝供氧，又能通過熱交換器提供溫度控制；④電力供應，由兩個銀-鋅電池供電，電壓一個為28.5伏，另一個為16.5伏；⑤警報器，如果某些重要參數超出規定的范圍，可對航天員提出警報，如氧壓、溫度、過氧化氫壓力和燃料壓力等，有聲音和燈光兩種警報方式；⑥通信，包括遙測和通話，后者保證艙外航天員與飛船內航天員和地面控制中心的通話聯系。

這套裝置原計劃由雙子星座9號和12號航天員試用，后來雙子星座12號的試用因計劃變更而被撤消，雙子星座9號航天員又因為出艙后頭盔面窗產生大量霧汽，出現視覺障礙，因而裝置的試用也被取消。由于這套裝置是放在飛船后邊的接合段上，因此在再入大氣過程中與接合段一起被燒毀。

31.蘇聯的航天員機動裝置是如何工作的？是否進行過試驗或實際使用過？

蘇聯為上升號飛船和禮炮號空間站也研制過機動裝置，這種裝置稱為航天員機動裝置。蘇聯的航天員機動裝置是跟艙外航天服一起設計和研制的，其外形呈馬蹄形，圍繞在航天員的腰部。機動裝置上有向前和向后兩個推進器，推進器上裝有42個固體燃料的微型火箭發動機，保證航天員向前和向后移動。另外還有14個空氣推進器，是為了讓航天員能做6個自由度的轉動。該裝置重90千克，航天員的機動速度是每秒32米。這套裝置雖然經過地面和空中試驗，但一直沒有在太空實際使用過。后來由于蘇聯發展出海鷹型艙外航天服，取代原來的航天服，因而這套機動裝置的研制工作即被停止。

32.什么是M509？什么是噴氣鞋？這兩種機動裝置各有何特點？

M509和噴氣鞋是美國航宇局為天空實驗室航天員研制的兩種機動裝置。

M509原來是為美國的“阿波羅應用計劃”研制的，后來這項計劃被撤消，M509才轉到天空實驗室計劃中。M509機動裝置重115.66千克，外形像一個長方形的背包，長105.41厘米，寬68.58厘米，厚38.83厘米，背包內裝有高壓氮氣瓶，在背包周圍裝有14個噴嘴，分別指向上下、前后、左右。通過控制器打開噴嘴后，航天員不僅可以作上下、前后、左右移動，而且還能進行滾翻和旋轉運動。這種裝置的最大優點是能準確進行身體定位，能讓身體保持任何姿勢。不過該裝置僅在天空實驗室的艙內進行過試驗，還沒有在太空正式使用過。

噴氣鞋又稱為腳控機動器，主要特點是靠腳來控制和移動身體，將航天員的手解放出來。這套機動裝置外形像一輛自行車，有車座、背包和控制器。背包內裝有高壓氮氣，每只鞋上裝有4個噴射器，能讓航天員做3個軸的運動。這套機動裝置曾在天空實驗室上進行過試驗。

33.什么是“簡易出艙活動救生輔助裝置”？

上世紀90年代以后，美國航宇局為航天員研制了一種新型的機動裝置，稱為SAFER，即“簡易出艙活動救生輔助裝置”的英文縮寫，準備在國際空間站上使用。這種裝置主要是作救生用。因為國際空間站上航天員要進行大量的太空行走，特別是要安裝許多大型結構件，航天員在太空行走時雖然都有安全帶，防止航天員遠離國際空間站。但萬一安全帶斷裂，航天員就永遠不能返回國際空間站，成為“遺棄”在太空的一顆“人體衛星”。為了防止出現這種情況，確保航天員的生命安全，因此航宇局研制了這種裝置。

這種裝置的體積比載人機動裝置小，高35.6厘米、寬66厘米、厚25厘米，重37.6千克。該裝置也是使用高壓氮氣，安裝有24個噴嘴。不過它的高壓氮氣瓶僅裝有1.4千克的氮氣，推動航天員移動的速度為每秒鐘3米，使用時間也不如載人機動裝置長。該裝置也是放置在生命保障系統背包上。通過安放在航天服胸前的控制器，航天員可以向任何方向轉動和前進。該裝置也有自動姿態控制功能，將航天員的身體自動保持在一定的位置。

34.蘇聯是否也有載人機動裝置？

蘇聯航天員在和平號空間站上也有載人機動裝置，這種載人機動裝置稱為UPMK，1990年俄羅斯航天員太空行走時曾經使用過，存放在量子-2號艙內，因為只有通過該艙直徑為1米的艙門才能出艙。該裝置自重218千克，載人后重400千克，機動速度每秒鐘30米。在有安全帶聯結的情況下，機動范圍為60米，沒有安全帶時為100米。

35.航天員在月面上活動使用什么機動裝置？

航天員在月面上活動與在空曠的太空中活動完全不同，他們所用的機動裝置也不同，在月面上和在火星表面上航天員使用的是“機動車”。美國和蘇聯曾經為航天員研制出多種準備在月面上使用的“機動車”，如月球摩托車、月面飛行平臺、雙人月面飛行器和單人太空行走服務車等。不過這些東西大部分都是處于試驗階段，并沒有在月球上真正使用過。真正在月球上使用過的是后來研制成功的“艙式小推車”和“月行車”。

艙式小推車是月行車的前身，僅在阿波羅14號使用過，后來被月行車取代，因此從阿波羅15號至17號均是使用月行車。艙式小推車實際上就是一輛兩輪小推車，自身很輕，僅重13.6千克，但能載重163.29千克的月球標本。這種小車其實不是小推車而是小拉車，由航天員用手拉，但由于航天員穿著加壓的月球服，行動不便，因此拉起這種車來非常吃力。