圖解世界載人航天發(fā)展史（二十四）

文/ 邸乃庸

航天員安全

艙外航天服為低壓體制，只有大約1/3大氣壓，為了防止在低壓環(huán)境中航天員身體中溶解在血液里的氮?dú)庥坞x出來，形成氣栓堵塞血管，出現(xiàn)減壓病，需要將身體內(nèi)的氮降低到一定程度。方法是吸純氧置換出身體內(nèi)的氮，這個過程稱為“吸氧排氮”（左圖），大約需要3小時。俄羅斯的艙外航天服氣體壓力為40千帕，較高的壓力使出艙前的吸氧排氮時間縮短為30分鐘。

在國際空間站上，將探索號氣閘艙設(shè)備艙內(nèi)的氣體調(diào)整為吸氧排氮狀態(tài)，航天員在此睡眠，睡眠過程中即可完成吸氧排氮（右圖）。

航天員在艙外工作具有一定風(fēng)險，主要來自三個方面：身體出現(xiàn)異常癥狀、航天服故障、身體飄離航天器。因此，從便于工作和確保安全兩個方面考慮，艙外活動一般由兩名航天員同時進(jìn)行，兩人可以相互協(xié)作，有利于工作的完成，一旦一人出現(xiàn)意外情況，另一人可以提供幫助（左圖）。右圖為航天員在太空中進(jìn)行救援演練。

利用艙外航天服內(nèi)的測量和通信系統(tǒng)，艙外活動全過程一直保持艙外航天員間、與艙內(nèi)航天員及地面控制中心人員間的通信聯(lián)絡(luò)，航天員身體生理參數(shù)和航天服工作狀態(tài)實(shí)時傳送到地面控制中心。左圖為國際空間站內(nèi)航天員保持與艙外活動航天員聯(lián)系。

艙外航天服前面設(shè)置有兩根安全繩索及掛鉤，航天員艙外活動全過程中不得脫離航天器，時時刻刻都要通過安全繩索與航天器相連（右圖）。

國際空間站有許多艙外設(shè)備和組件需要安裝，也都是由航天員進(jìn)行艙外活動來完成的。左圖為航天員在構(gòu)架結(jié)構(gòu)上安裝兩套通信系統(tǒng)的GPS天線；右圖為航天員在遙控機(jī)械臂的幫助下，準(zhǔn)備安裝設(shè)置在構(gòu)架結(jié)構(gòu)軌道上用于幫助航天員和設(shè)備移動的機(jī)動運(yùn)輸車。

艙外活動工作

航天員的艙外活動工作主要包括組裝太空設(shè)施、維修太空設(shè)施、空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和施放、回收衛(wèi)星。迄今為止，航天員進(jìn)行艙外活動取得的最輝煌成就，就是在太空組裝國際空間站這座太空大廈。可以說，沒有航天員的艙外活動，就不會有現(xiàn)在的國際空間站。

左圖為航天員到達(dá)聯(lián)合號節(jié)點(diǎn)艙與曙光號功能貨艙對接處，進(jìn)行8組電源電纜和通信電纜連接及設(shè)備安裝工作；右圖為航天員在S5構(gòu)架結(jié)構(gòu)和S3/S4構(gòu)架結(jié)構(gòu)連接處工作。

維修太空設(shè)施是航天員艙外活動的一項重要工作。航天飛機(jī)曾5次進(jìn)入太空執(zhí)行對哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的維修任務(wù)，使其自1990年4月由發(fā)現(xiàn)號航天飛機(jī)攜帶進(jìn)入太空后，迄今已經(jīng)運(yùn)行了近30年，獲得了探索宇宙的輝煌成就。左圖為航天員使用遙控機(jī)械臂將哈勃空間望遠(yuǎn)鏡捕獲置入航天飛機(jī)貨艙，準(zhǔn)備對其進(jìn)行維修。

發(fā)射國際通信組織衛(wèi)星VI時，因火箭出現(xiàn)故障，衛(wèi)星沒有進(jìn)入預(yù)定軌道。航天員在太空對衛(wèi)星實(shí)施“救援”，航天員手持捕獲裝置，獨(dú)自朝向衛(wèi)星移動并成功捕獲衛(wèi)星（右圖），隨后將其固定在航天飛機(jī)貨艙內(nèi)，更換了發(fā)動機(jī)后，又將其施放至太空，衛(wèi)星進(jìn)入預(yù)定軌道，起死回生。

自從哥倫比亞號航天飛機(jī)因防熱層受損導(dǎo)致失事慘劇后，航天飛機(jī)增加了在太空檢查、修補(bǔ)防熱層的程序。左圖為航天員對航天飛機(jī)軌道器前段底部防熱瓦進(jìn)行檢查。

巨大而復(fù)雜的國際空間站在運(yùn)行過程中出現(xiàn)一些故障是難免的，有些故障需要航天員到艙外去處理。右圖為航天員到艙外去更換出現(xiàn)故障的力矩陀螺儀。

在國際空間站組建前，進(jìn)行了一系列空間站使用的設(shè)備與機(jī)構(gòu)試驗(yàn)，在國際空間站上安裝的吊臂也進(jìn)行了先期試驗(yàn)。航天飛機(jī)在太空運(yùn)行期間，航天員將吊臂安裝到軌道器貨艙艙壁上，進(jìn)行吊臂功能試驗(yàn)（左圖），確認(rèn)其工作正常后，才將其安裝到國際空間站艙外使用。

在空間站外面安裝和回收試驗(yàn)裝置，已經(jīng)成為航天員艙外活動經(jīng)常性工作之一。右圖為安裝在國際空間站艙外的材料試驗(yàn)裝置，幾百個材料樣品直接暴露在太空環(huán)境中，進(jìn)行材料長期暴露試驗(yàn)。

施放與回收衛(wèi)星也是航天員艙外活動的工作之一。左圖為航天員將一顆幾天前通過航天飛機(jī)施放的用來記錄太陽風(fēng)和日冕數(shù)據(jù)的衛(wèi)星回收至航天飛機(jī)貨艙（圖中金黃色部分），準(zhǔn)備帶回地面。

一些造價昂貴的大型衛(wèi)星在太空出現(xiàn)故障，又難以在太空維修，航天員就出艙將衛(wèi)星回收至航天飛機(jī)貨艙，帶回地面維修，維修完畢后，再用航天飛機(jī)將其帶入太空施放。右圖為航天飛機(jī)施放維修好的大型通信衛(wèi)星，衛(wèi)星以自旋方式穩(wěn)定，從貨艙內(nèi)的施放裝置上緩緩脫離軌道器，進(jìn)入太空。

機(jī)器人

美國宇航局研制了一種機(jī)器人航天員——Robonaut R2（簡稱“R2”），它擁有一雙像人類一樣靈活的手臂，雙手能應(yīng)付各種復(fù)雜的操作，這種特殊的機(jī)器人未來有可能取代航天員完成艙外比較危險和重復(fù)的航天作業(yè)任務(wù)。

R2使用頭、軀干、手臂和靈巧的手執(zhí)行任務(wù)，可以應(yīng)用航天員在艙外活動中所使用的工具。它使用雙手抓握航天員艙外活動用的扶手移動“身體”（左圖），到位后，移動腿使腿端頭進(jìn)入到固定裝置內(nèi)鎖定，騰出雙手來工作（右圖）。

在美國約翰遜航天中心對R2進(jìn)行了測試，以便對R2進(jìn)行各項評估。一位身著艙外航天服的航天員對R2進(jìn)行艙外組裝設(shè)備測試，在測試過程中，航天員通過語音與R2進(jìn)行交談。

R2在艙外活動中可以使用航天員在艙外活動中將身體與航天器連接的安全繩索掛鉤，將自己的“身體”與航天器連接起來，避免脫離（左圖）。當(dāng)工作環(huán)境進(jìn)入夜間時，R2還可以使用手電筒照明，使自己看清工作場所（右圖）。