艙外數(shù)小時(shí) 地面百日功
——揭秘中國航天員頻繁出艙背后

文/蔡洋

9月17日，蔡旭哲、陳冬先后成功從問天實(shí)驗(yàn)艙出艙，創(chuàng)造了中國航天員出艙活動(dòng)間隔時(shí)間最短紀(jì)錄。隨著中國空間站建造和運(yùn)行穩(wěn)步推進(jìn)，航天員在太空中越來越繁忙，出艙頻率也越來越高。那么航天員頻繁出艙，有可能面臨著哪些挑戰(zhàn)？他們又需要做好怎樣的訓(xùn)練與準(zhǔn)備呢？

▲ 神舟十四號飛船乘組第二次出艙活動(dòng)

暗藏兇險(xiǎn) 如履薄冰

航天員出艙應(yīng)該是最能引發(fā)大眾關(guān)注的太空任務(wù)之一。出艙活動(dòng)又被稱作太空行走，是指航天員離開載人航天器內(nèi)部，進(jìn)入太空。一般來講，航天員出艙可以完成航天器外部設(shè)施維護(hù)、輔助在軌組裝設(shè)備、開展艙外科學(xué)實(shí)驗(yàn)和科研探索等任務(wù)。

由于缺乏艙壁保護(hù)，航天員在艙外會(huì)面臨復(fù)雜易變的溫度、壓力及強(qiáng)輻射等挑戰(zhàn)。遺憾的是，機(jī)器人等自動(dòng)化設(shè)備還不能完全取代航天員執(zhí)行艙外任務(wù)，所以航天員出艙勢在必行。

很多人觀看航天員出艙視頻，期盼“動(dòng)作再快點(diǎn)”。其實(shí)出艙活動(dòng)的危險(xiǎn)性極高，必須謹(jǐn)慎，在人類首次太空出艙活動(dòng)中，就發(fā)生過極其驚險(xiǎn)的一幕。1965年，蘇聯(lián)航天員、“太空行走第一人”阿列克謝·列昂諾夫在執(zhí)行出艙任務(wù)時(shí)，艙外航天服因氣壓差問題出現(xiàn)膨脹，一時(shí)無法返回艙內(nèi)。幸好他果斷地冒險(xiǎn)調(diào)低了生命保障系統(tǒng)氣壓，頭朝前，拼命旋轉(zhuǎn)身體，安全返回。

據(jù)公開資料顯示，神舟十二號飛船航天員劉伯明出艙時(shí)，突然收到地面指令：“02，請現(xiàn)在進(jìn)艙，請將腳限位器在艙門口暫時(shí)放置，請02現(xiàn)在進(jìn)艙，完畢。”這一指令顯示出太空行走任務(wù)的高風(fēng)險(xiǎn)性。

▲ 中國航天員在艙外完成復(fù)雜細(xì)致的任務(wù)

當(dāng)時(shí)，地面監(jiān)測到了航天員附近區(qū)域的異常輻射值。因?yàn)橹袊臻g站艙體有多層防護(hù)結(jié)構(gòu)，可以屏蔽掉大部分危險(xiǎn)輻射，所以指揮人員要求航天員盡快回艙躲避。待異常輻射消散后，劉伯明再次出艙，將腳限位器安裝于節(jié)點(diǎn)艙外表面的設(shè)備接口，圓滿完成相關(guān)任務(wù)。

由那次插曲可知，航天員每次出艙活動(dòng)都需要選擇合適的時(shí)機(jī)，躲避可怕的射線、高能粒子、高輻射、太陽風(fēng)等，所以每次出艙機(jī)會(huì)都彌足珍貴。更麻煩的是，出艙活動(dòng)需要由航天員與地面科研人員緊密協(xié)作配合，有些特殊任務(wù)還需要調(diào)整空間站姿態(tài)，并考慮太陽光照、天地通信技術(shù)等條件，因此頻繁出艙對航天員和科研人員都是重大考驗(yàn)。

▲ 航天員出艙前務(wù)必做好安全保障

出艙活動(dòng)對航天員體力消耗很大，頻繁出艙更是對航天員的身體素質(zhì)有著極高的要求。因?yàn)槭е丨h(huán)境下控制身體活動(dòng)不便，航天員雙腳發(fā)力困難，主要靠雙手抓物，謹(jǐn)慎移動(dòng)。另外，艙外航天服質(zhì)量較大，不會(huì)隨著失重條件變化，而質(zhì)量越大的物體慣性越大，加劇了控制難度。所以航天員出艙活動(dòng)很難像某些人想象中那么輕松自如，他們在每次出艙結(jié)束后都需要進(jìn)行身體恢復(fù)與健康監(jiān)測，否則，可能會(huì)不堪重負(fù)。

準(zhǔn)備復(fù)雜 科技助力

中國空間站建造正在有條不紊地推進(jìn)中，駐站航天員每天都要鍛煉身體，防止低重力條件下肌肉萎縮，影響正常生活和出艙工作。在執(zhí)行出艙任務(wù)前，航天員首先需要按照任務(wù)手冊和地面訓(xùn)練內(nèi)容，提前模擬出艙程序和任務(wù)執(zhí)行流程。之后，他們依據(jù)任務(wù)手冊準(zhǔn)備好所需的相關(guān)工具，如安全繩、電動(dòng)螺絲刀、固定器、限位器等，必須確保工具都能正常使用。接下來，航天員要穿戴艙外航天服。

艙外航天服堪稱“航天黑科技”的集中體現(xiàn)。為了將人體與惡劣的太空環(huán)境隔絕，其制作工藝要求高，兼顧保溫隔熱、防撞擊、防輻射、濕度控制、壓力調(diào)節(jié)等多種功能。可以說，艙外航天服相當(dāng)于“小型載人飛船系統(tǒng)”，價(jià)比黃金，哪怕是將它發(fā)射運(yùn)送上天，也要花費(fèi)大筆開支。

▲ 航天員太空行走時(shí)主要靠雙手移動(dòng)身體

如此精密復(fù)雜的航天服，使用壽命卻相對有限，且每次使用后可靠性就會(huì)降低，無疑增大了航天員出艙的難度。今年8月，俄羅斯航天員從國際空間站出艙時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)艙外航天服供電問題，被迫提前中止任務(wù)。

隨著問天實(shí)驗(yàn)艙氣閘艙投入使用，中國航天員出艙設(shè)施更完備，活動(dòng)空間更大。但在此之前航天員使用核心艙節(jié)點(diǎn)艙出艙，操作較復(fù)雜，需要“三關(guān)一開”，即關(guān)閉飛船與核心艙相連的軌道艙艙門、核心艙小柱段與氣閘艙之間的雙向承壓艙門以及艙外航天服背包門，開啟出艙艙門。關(guān)閉多道門之后，航天員身著艙外航天服進(jìn)行大流量沖洗與吸氧排氮，簡單地說，就是將艙外航天服內(nèi)部轉(zhuǎn)變?yōu)榧冄醐h(huán)境。由于空間站艙內(nèi)氣壓比標(biāo)準(zhǔn)氣壓略低，艙外航天服內(nèi)部氣壓僅有地面標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的一半，航天員必須吸純氧，盡量排除體內(nèi)氮?dú)狻７駝t，氮?dú)鈺?huì)在艙外異常溢出，航天員有可能患減壓病，甚至危及生命。

航天員要想在艙外及時(shí)避開輻射和太空碎片等潛在危害，少不了地面監(jiān)測和指揮系統(tǒng)幫助，這就對天地通信技術(shù)提出了更高的要求。出艙任務(wù)期間，能源供應(yīng)問題不能馬虎，太陽翼的位置要爭取協(xié)調(diào)好陽光入射角度，至少需要1名航天員在空間站內(nèi)操作各種設(shè)備協(xié)助，背后是先進(jìn)制造業(yè)的集體支持。

▲ 俄羅斯航天員在國際空間站艙外活動(dòng)

▲ 從艙內(nèi)看中國航天員在艙外移動(dòng)

▲ 中國航天員在水下訓(xùn)練

出艙半天 訓(xùn)練整年

“我已出艙，感覺良好。”2008年9月27日，翟志剛出艙留言，第一次在太空留下了中國人的腳印。航天員艙外行動(dòng)一般持續(xù)數(shù)小時(shí)，卻需要在地面上付出百倍努力。

航天員飛天之前會(huì)在科研訓(xùn)練中心學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論知識，鍛煉操作技能，開展出艙程序及任務(wù)訓(xùn)練。整個(gè)地面訓(xùn)練過程異常艱辛，男女訓(xùn)練標(biāo)準(zhǔn)一致。正是在日復(fù)一日的堅(jiān)持中，他們不斷超越自我，挑戰(zhàn)極限，為太空行走打下了堅(jiān)實(shí)的身體素質(zhì)基礎(chǔ)。

出艙模擬器能夠模擬太空環(huán)境和設(shè)備使用狀態(tài)，營造逼真的觸覺、視聽覺、艙外壓力密度等，還能給航天員制造各種各樣的難題，訓(xùn)練他們應(yīng)對突發(fā)狀況的處置能力。

▲ 中國航天員出艙瞬間

如果還嫌失重環(huán)境不夠逼真，航天員就要體驗(yàn)中性浮力水槽。水下有同比例布置的空間站艙段模型，航天員必須穿上特制的帶有鉛塊的訓(xùn)練服，負(fù)重達(dá)200千克，每次在水下訓(xùn)練數(shù)小時(shí)，幾乎每天都要重復(fù)。訓(xùn)練服的重量控制精準(zhǔn)巧妙，讓人體懸浮在水下，提供了近乎失重的環(huán)境，便于航天員練習(xí)艙外活動(dòng)和出艙步驟，另有多個(gè)復(fù)雜的單項(xiàng)訓(xùn)練。

總之，航天員在太空中的每個(gè)操作動(dòng)作都要在地球上經(jīng)過千錘百煉，“熟能生巧”，成長為身體素質(zhì)、心理素質(zhì)、應(yīng)變能力、技術(shù)功底全能的“六邊形戰(zhàn)士”。

中國空間站正處于建造階段，航天員工作繁忙。經(jīng)過辛勤訓(xùn)練和周到細(xì)致的準(zhǔn)備后，每個(gè)飛行乘組都承擔(dān)了不止一次出艙任務(wù)，頻繁出艙也面臨著一定的風(fēng)險(xiǎn)。

未來中國空間站建成并常態(tài)化運(yùn)行后，隨著太空環(huán)境監(jiān)測、指揮控制、艙外設(shè)備、航天服等方面的技術(shù)進(jìn)步，以及航天員任務(wù)流程更加優(yōu)化，頻繁出艙的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)更低，也有望減少。雖然觀眾可能遺憾，但這將是中國載人航天技術(shù)的重大進(jìn)步，相信中國人漫步太空的腳步會(huì)更穩(wěn)、更遠(yuǎn)。