俄羅斯水槽實驗室試驗組織及艙外活動程序訓練

馬愛軍 劉?。ㄖ袊教靻T科研訓練中心）

俄羅斯加加林航天員訓練中心水槽實驗室自1980年投入使用以來，在俄羅斯和平號空間站及目前正在運行的“國際空間站”的航天員艙外活動訓練及試驗中發(fā)揮了重要的作用。

1 水槽實驗室訓練與試驗的組織實施

崗位設置

為保障訓練及試驗的順利進行，需要成立試驗隊。試驗隊中包含了水槽實驗室的各個崗位，實際訓練時必須嚴密組織，各崗位分工明確，同時又必須相互配合。試驗隊各崗位設置及職責如下。

1）試驗隊隊長：負責整個訓練過程組織及安全管理。訓練前組織試驗隊開會，訓練后組織開會總結。其辦公室設有監(jiān)視屏，可以監(jiān)視整個訓練過程。他可以直接命令主試，也可以下達命令取消訓練，但不能指揮其他崗位工作人員。當隊長不在崗時，由第一副隊長代理；另外3個副隊長分別管理模型設備、醫(yī)學保健、工藝系統(tǒng)及設備。

2）主試（崗位101）：負責現(xiàn)場總指揮。訓練時，他通過水槽試驗室長方形觀察窗及電視監(jiān)視器觀察水下訓練情況；通過監(jiān)視器監(jiān)視航天員在岸上穿航天服及下水過程；通過通信系統(tǒng)與各崗位通話及下達命令，通過水下高音揚聲器指揮水下潛水員。訓練現(xiàn)場各崗位都必須聽從其指揮。主試除了要求有訓練組織能力外，本身必須是一個經(jīng)驗豐富的潛水員或試驗員。

3）航天服崗（崗位100）：負責水下用航天服的日常維護保養(yǎng)、使用等相關課程講解，訓練前檢查準備工作，幫助航天員穿好航天服，訓練結束后協(xié)助航天員出航天服等工作，一般由2～3人組成。

4）醫(yī)學保障崗（崗位102）：一般由4個人組成，負責醫(yī)學保障及急救工作。其中主管醫(yī)生1人，訓練前對受試者及潛水員進行醫(yī)學檢查，訓練中監(jiān)視受試者的各項醫(yī)學參數(shù)；根據(jù)受試者及潛水員的身體狀況，向主試建議訓練是否繼續(xù)或停止。小組中的其他組員主要是護士，負責幫助受試者固定傳感器及呼吸帶，訓練中協(xié)助主管醫(yī)生對受訓者的身體狀況進行準確判斷。

5）潛水安全保障崗（崗位103）：負責監(jiān)督潛水器具準備工作及安全檢查，記錄潛水員下水時間，保證潛水員的安全。該崗位由1人承擔。

6）通信及照明崗（崗位104）：至少有2人。1人負責通信系統(tǒng)的日常維護及訓練現(xiàn)場的通信暢通；另1人負責照明系統(tǒng)的日常維護及訓練現(xiàn)場照明系統(tǒng)的正常工作。

7）工藝系統(tǒng)崗（崗位105）：操作吊車起吊穿水下航天服的航天員出、入水；操作貨井吊車和旋轉吊車搬運及擺放模型設備；操作平臺升降系統(tǒng)控制平臺的升降。該崗位有2～3人。

8）生命保障參數(shù)測量系統(tǒng)崗（崗位106）：負責顯示和記錄受試者的生理參數(shù)及航天服內的各項物理參數(shù)，并將數(shù)據(jù)提供給醫(yī)生和護士。另外，根據(jù)服裝內的各項物理參數(shù)，進行能量分析、工作舒適性分析、工作能力分析等工作。該崗位保留了訓練數(shù)據(jù)文件，以備將來和在軌飛行時的數(shù)據(jù)進行比較，保證任務的順利進行。該崗位有1～2人。

9）錄像及電視監(jiān)視崗（崗位107）：負責錄像及電視監(jiān)視系統(tǒng)的日常維護及正常運行；對訓練內容進行錄像；將錄像信號傳到需要電視監(jiān)視的相關崗位。該崗位有2～3人。

10）航天服供水供氣崗（崗位108）：負責該系統(tǒng)的日常維護及訓練中向航天服內供氣、供水。該崗位一般有2人。

11）高壓空氣系統(tǒng)及水系統(tǒng)崗（崗位109）：負責高壓空氣系統(tǒng)及水系統(tǒng)的日常維護；訓練用氣的準備及供應；水系統(tǒng)的凈化及水溫控制。該崗位有1～2人。

12）模型準備崗（崗位110）：負責模型設備的日常維護及正確使用；負責附屬設備的安裝。該崗位1～2人。

航天員在潛水員協(xié)助下進行水下訓練

從水槽試驗隊崗位組成圖可以看到，當對2名受試者同時進行訓練時，至少需要7名潛水員（涂灰色者）。每個受試者需要配備3名潛水員，其中1名潛水員給受試者進行浮力配平，1人攝像，1人保護，同時他們還要負責將受試者帶到指定工作地點，在受試者工作時為其掃清障礙。圖中編號為40號的潛水員作為備份，如果直接負責受試者安全的某個潛水員因某種原因不能繼續(xù)工作，40號將補充上去。除了上述必需的7名潛水員外，編號為10、20、30的潛水員負責準備水下訓練設備，編號為51、52、53的潛水員負責照相及錄像，編號為61、62、63的是學員。由于他們的工作可由前述7名潛水員代替完成，因此他們是否參加訓練，將根據(jù)具體訓練任務的情況來確定。

訓練及試驗的組織設施

為了保證訓練或試驗的正常進行，為每一個崗位制定了操作規(guī)程，每個崗位的工作人員必須嚴格遵守操作規(guī)程。訓練前的準備工作有：

1）幫助受試者選擇及試戴合適的生物醫(yī)學測量帶，并測試生理信號系統(tǒng)是否正常工作。

2）幫助受試者試穿航天服，選擇合適的服裝型號，將服裝調整到合適尺寸，將測量結果記錄到航天服訓練日志中；在這期間，也訓練了航天員在穿著航天服并加壓的情況下對服裝上各控制機構的操作。

3）訓練前1～2天，各有關崗位必須按操作規(guī)程作好準備工作。其中，高壓空氣系統(tǒng)崗給高壓氣瓶充氣（4組高壓氣瓶的壓力都不得低于15195kPa）；通信系統(tǒng)崗檢查通話是否正常；生命保障參數(shù)測量系統(tǒng)崗利用模擬生理參數(shù)檢查系統(tǒng)是否正常工作；航天服崗對航天服進行檢查及準備等。其中，航天服的檢查及準備內容較多，包括：對服裝軟體、硬體、尺寸調節(jié)帶、面窗、關節(jié)、背包鎖等的檢查；按照航天服訓練日志中記錄的尺寸調節(jié)服裝尺寸；檢查液冷服尺寸；檢查應急氣瓶壓力顯示是否正常；供水后檢查液冷服中水的循環(huán)情況，檢查溫度調節(jié)器是否正常工作；戴手套，關背包，加壓，檢查壓力保護閥門是否工作；檢查應急氣體開關是否正常工作。

訓練當天的工作順序如下：

· 訓練隊長召集所有人員開會，再次重申并明確任務；

· 各崗位準備（包括受試者及潛水員體檢、供氣供水系統(tǒng)準備、航天服系統(tǒng)檢查等。受試者貼電極，穿純棉訓練內衣、液冷服、航天服，加壓，通話測試，準備入水）；

· 訓練指揮員下命令，開始工作；

· 潛水員先下水；

· 受試者下水，入水后還要檢查航天服的氣密性；

· 受試者握著引導繩緩緩下潛；

· 潛水員為受試者進行浮力配平，然后將其送到工作位置；

· 在訓練指揮員的指揮下，受試者開始工作；

· 受試者完成操作后，訓練指揮員宣布操作結束，受試者出水，潛水員出水；

· 受試者體檢，醫(yī)生詢問受試者的主觀感受；

· 試驗隊隊長召集受試者開會總結，分析存在的問題，并對訓練下結論。

針對某項任務，當受試者完成多次（一般為6～10次）訓練后，綜合評定委員會對受試者能否上天執(zhí)行出艙任務下結論。綜合評定委員會成員包括加加林航天員訓練中心的有關領導及訓練專家、來自能源聯(lián)合體的模型設備專家、來自星星公司的航天服專家、來自生物醫(yī)學研究所的醫(yī)學專家等。

航天員被吊入水槽實驗室中

2 水槽實驗室航天員出艙活動訓練

根據(jù)訓練目標和訓練任務的不同，出艙活動訓練可分成3個階段：基礎訓練階段、分組訓練階段和乘組訓練階段。

基礎訓練階段

該階段又稱為預備航天員階段，其訓練目的是通過學習出艙航天服各種模型，初步掌握出艙活動的知識和技巧。該階段用時1年半到2年，訓練結束后受訓者具備了航天員資格。該階段具體任務包括：①學習出艙活動基本理論知識及出艙航天服功能模型；②訓練在無支撐環(huán)境下的空間定向能力；③以輕裝潛水訓練和穿著航天服干訓練（在岸上訓練）的方式掌握基本出艙活動技巧。

航天員正在水槽實驗室中進行水下模擬訓練

在輕裝潛水訓練中，要學習和掌握水槽實驗室環(huán)境中輕裝潛水的初步知識和技巧，熟悉水槽的特殊工作環(huán)境，獲得在水環(huán)境中合理的運動和操作技巧。另外，通過訓練受訓者做一些復雜運動及學習相關的組織實施過程，使受訓者獲得主動適應特殊環(huán)境的能力。受訓航天員應在獲得世界潛水聯(lián)合會（CMAS）1級或2級潛水資格證書后才能進行水槽輕裝潛水訓練。

干訓練的內容包括：在穿著航天服并加壓的情況下，受試者操作航天服的各個控制機構；學習使用出艙活動用的各種操作工具。

在該階段，除了上述訓練內容，航天員還要參加離心機等訓練器訓練，并在操作訓練臺上訓練在軌飛行時的基本操作。另外，還參加失重飛機訓練、安全救生訓練，并在醫(yī)監(jiān)醫(yī)保各方面作準備。

分組訓練階段

在該階段根據(jù)操作內容進行分組訓練，訓練用時2～4年。該階段在全部訓練科目中所占的比例最大。通過該階段訓練的航天員已經(jīng)具備了出艙活動的能力，能夠完成簡單的出艙活動及操作。

該階段訓練目的包括：①訓練典型操作，獲得穩(wěn)定的操作技巧；②學習并掌握安全操作方法，學習“人-航天服”系統(tǒng)的工作情況，學習在應急和非正常狀態(tài)下的操作；③學習新的航天技術實驗技術。

該階段具體訓練任務包括：①學習與出艙活動有關的知識；②讓受訓航天員參與到其他航天員的訓練以及航天技術工效試驗中，通過訓練鞏固其完成典型操作的能力；③進一步訓練和鞏固在應急和非正常狀態(tài)下的操作能力及技巧。

在該階段，除了在水槽進行的訓練外，還要在為出艙任務專門研制的訓練臺上進行操作訓練，在出艙程序訓練器上訓練出艙前后在氣閘艙中的相關操作程序，參加安全救生訓練，繼續(xù)對醫(yī)監(jiān)醫(yī)保相關內容進行準備。

另外，出艙活動典型操作主要包括下列內容：

· 打開、關閉氣閘艙艙門；

· 安裝、卸除保護艙門密封圈的保護環(huán)；

· 進出艙門；

· 沿空間站表面行走；

· 從氣閘艙中取出設備；

· 沿空間站表面移動載荷；

· 通過載荷桿移動人及載荷；

· 連接不同類型的電接插頭；

· 使用多功能工具；

· 將失去工作能力的操作者運回艙內；

· 轉移到備份氣閘艙；

· 使用磁性機械鎖或機械鎖固定設備。

乘組訓練階段

該階段針對具體出艙任務進行訓練，其訓練時間根據(jù)任務要求及實際訓練效果確定。訓練結束后航天員就可以上天執(zhí)行出艙任務了。

該階段訓練目的包括：①掌握此次出艙任務的知識及操作技巧；②掌握出現(xiàn)應急及非正常狀況時的知識及技巧。

該階段具體任務為：①學習此次出艙任務的理論知識，掌握相關操作技巧；②通過反復訓練，鞏固穿著“奧蘭”航天服完成典型操作的技巧；③訓練出艙活動操作全過程，提高乘員組的相互合作能力；④訓練在應急和非正常狀況下乘員之間的協(xié)作。

在該訓練階段，除了完成水槽實驗室的訓練內容，還要繼續(xù)在出艙程序訓練器上訓練出艙前后在氣閘艙中的相關操作內容，參加失重飛機訓練、安全救生訓練及發(fā)射場演練，并繼續(xù)在醫(yī)監(jiān)醫(yī)保各方面作好準備。

3 水槽實驗室出艙程序訓練操作要求

典型扶手示意圖

穿上艙外航天服在失重環(huán)境下執(zhí)行出艙任務時，航天員沿航天器表面的移動、搬運或安裝儀器設備等工作與在地面環(huán)境下會有很大區(qū)別，這些在失重環(huán)境下運動和作業(yè)的規(guī)律及技巧都需要航天員在水槽實驗室進行大量的訓練。另外，航天員穿上水下航天服在水槽實驗室中雖能達到中性浮力狀態(tài)，但它并非真正的失重，因為在空中感覺不到方向，任何姿態(tài)都是可能的，但在水槽實驗室中不同姿態(tài)對操作是有影響的，并且還有水的阻力作用，因此航天員身著水下航天服在水槽中移動作業(yè)時應遵循的總原則是：學會適應與姿態(tài)有關的中性浮力狀態(tài)，盡可能不要用力破壞這種平衡狀態(tài)；啟動后，要慢慢地、勻速地移動，時刻注意周邊環(huán)境；出現(xiàn)移位困難時，先弄清原因，排除后再移動，忌因用力過猛而無謂消耗體力或損壞服裝。

航天員進行太空行走時，通常是靠兩只手和兩個帶系繩的安全掛鉤的相互配合來完成的，這兩個系繩被連接在服裝的腰位，一長一短，長的具有一定的彈性，主要用于遠距離操作，短的主要用于固定。使用這兩個掛鉤的原則和利用它們進行載荷移動的方法如下。

（1）兩點固定、一上一下原則

雙人搬運物體示意圖

單人搬運中等物體示意圖

為輔助航天員完成太空行走或移動各種儀器設備，在航天器表面通常設有各種扶手，在典型扶手示意圖中可以看到：（a）為標準扶手，它由上下兩排組成，每一排長桿又被均勻、合理地分成多個小段，每個小段都有單獨的支撐，出于安全的考慮，航天員的兩只手與兩個掛鉤，任何時刻都至少有兩點固定在扶手上。定點工作時，應該兩個掛鉤一上一下掛在不同的扶手上；移動時，則應一只手握住扶手，一只掛鉤固定在另一就近的扶手上，另一只手抓住另一掛鉤并將其掛在合適的扶手上，兩個掛鉤要按順序向前或向下平行移動，避免交差移動而產(chǎn)生系繩纏繞。

（2）單人搬運中等大小物體的方法

在單人搬運中等物體示意圖中可以看到，對于中等體積的儀器設備，航天員可單獨搬運，搬運時用于固定儀器的兩個掛鉤，一只連接在航天員左側的短系繩上，另一只則單獨掛在扶手上，航天員由左向右移動該儀器時，將依次移動其右側連接長系繩的掛鉤、左側連接短系繩的掛鉤、最后移動固定儀器的單獨掛鉤，當被移動的儀器較小時，也可將其兩個掛鉤同時連接在航天員左側短系繩上來搬運。

（3）雙人搬運大物體的方法

移動失去活動能力的航天員示意圖

雙人搬運大物體示意圖

對于體積較大的儀器設備，需要兩名航天員共同配合來搬運。首先兩名航天員和被搬運的大體積儀器設備按照雙人搬運大物體示意圖所示放置，搬運時兩名航天員每人負責儀器的一邊，假定由左向右移動該儀器，則2號航天員先移動，他移動掛鉤的順序按示意圖所示①、②、③的順序移動儀器的右邊，然后由1號航天員按示意圖所示①、②、③的順序移動儀器的左邊。需要注意的是：兩名航天員共同移動大物體時，應注意互相監(jiān)視，一名航天員移動時，另一名航天員不動，并且用一只手來扶扶手，另一只離物體近的手扶住物體的手柄以免對方移動掛鉤時帶動物體使之撞到航天器表面，同時目視對方的操作。對于體積稍小些的儀器，兩名航天員還可以按照雙人搬運物體示意圖所示的掛鉤連接方式來完成，也就是將儀器的兩個掛鉤直接連接在兩名航天員的左側和右側的系繩上。

（4）移動失去活動能力的航天員

如果兩名航天員執(zhí)行出艙活動任務時其中一名航天員失去活動能力，就需要另一名航天員將其帶回氣閘艙，從移動失去活動能力的航天員示意圖可以看到，假定移動方向由左向右，一般為健康航天員（1號）在前，失去活動能力航天員（2號）在后，2號的兩個掛鉤，一個連接在1號的左側短系繩上，另一個掛在單獨的扶手上，1號依次移動右側掛鉤、左側掛鉤和2號的短掛鉤。進氣閘艙時，1號先進，然后將2號拉進來，過程中2號起觀察作用。

以上介紹的僅是出艙程序訓練操作中的基本要求和方法，面對不同航天器，不同出艙任務，在遵循基本操作要求的前提下還應通過不斷摸索，制定出具有任務特點的出艙活動操作方法。但有一點需要說明的是：出艙操作是一個嚴肅的課題，既不能出現(xiàn)無章可循讓航天員隨意操作的情形，也不能由于太過呆板而影響任務，正確的做法是通過不斷訓練和實踐，固化一些基本操作，并在實際中按規(guī)范去操作。