解密“太空行走”

　　孙博

　　2008年9月下旬，随着“神七”发射日期的临近，世界各国对中国太空计划的关注再度升温。除了飞船本身，完成中国航天首次太空漫步的航天员身份揭晓及相关活动，也成为公众热议的焦点话题。

　　太空行走是载人航天的一项关键技术，是载人航天工程在轨道上安装大型设备、进行科学实验、施放卫星、检查和维修航天器的重要手段。太空行走包括三种情况：一是在载人航天器密封中的行走；二是在舱外宇宙空间的行走；三是在其他天体如月球上的行走。而一般说的太空行走，专指宇航员在舱外浩瀚宇宙中的行走。

　　跨出舱门的意义

　　太空行走是载人航天的三大基本技术之一，第一项是将航天员送上太空，并且安全地返回；第二项是太空行走；第三项即空间对接。太空行走也是中国“载人航天三步走”中第二步的重要内容，如果太空行走成功，那么就有了进行飞船与空间舱交会对接试验的可能，为载人航天第三步——建立永久性的空间实验室打下技术基础。

　　实现太空行走就可以让航天员发挥更大的作用，比如：可以组装空间站等大的航天器；进行一些维修工作；实现对卫星的发射、维护和回收等。

　　从美国和苏联航天员多次出舱和登月的活动看来，太空行走的意义是巨大的，其近期的意义主要是完成太空作业，包括维修、装卸、更换和回收航天器及航天器的外部设备等。美国人曾通过太空行走修复了“天空实验室”、“太阳峰年卫星” 和“哈勃”空间望远镜；苏联航天员则通过太空行走修复过“礼炮号”空间站及组装、维修“和平号”空间站。当前正在建造的国际空间站，更是需要航天员进行多次出舱活动，才能在轨道上组装建成。

　　两大关键技术

　　据载人航天火箭系统顾问组组长、神舟五号火箭总指挥黄春平介绍，神舟七号在研制上的关键点是宇航服和气闸舱。因为神舟七号将实现太空行走，航天员能否从舱内气压骤然适应真空环境，气闸舱和宇航服扮演了重要角色。

　　由于太空环境的截然不同，航天员出舱必须穿着特制的舱外活动航天服，携带生命保障系统等。然而，要进行太空行走首先要使用的一个重要设备是气闸舱，它是航天员出舱活动的门户，有两个作用：一是在打开舱门时防止舱内的气体泄露，二是在航天员出舱前对大气压力进行调节。

　　载人航天器的气闸舱一般有2个闸门，一个是与座舱连接的内闸门，另一个是可通向太空的外闸门。航天员出舱时先走出内闸门，然后关闭内闸门，把气闸舱内的空气抽入座舱内，当气闸舱内和外空压力相等时才能打开外闸门进入太空。航天员返回气闸舱时则要按相反的顺序操作，这与船通过水闸的过程十分类似。内外闸门的气密性绝对可靠是气闸舱工作的基本条件，闸门的启闭须十分小心和熟练，避免漏气极其重要，否则十分危险。

　　宇航服则在保障宇航员安全的前提下，向航天员提供一个相当于地面的工作环境，同时提供氧气、正常气压、排放二氧化碳、维持舒适的温度和抵御宇宙辐射等维持生命所需的各种条件。

　　宇航服由服装、头盔、手套和航天靴等组成，其中结构最复杂的是服装，由多层组成：最里层是液冷通风服的衬里；衬里外是液冷通风服，这种服装由尼龙弹性纤维和穿在上面的许多输送冷却液的塑料细管制成；液冷通风服外是加压气密层；然后是限制加压气密层向外膨胀的限制层；最外面的防护层除要有防高热、防磨损和保护内部各层的功能外，还要有防太阳辐射的功能和连接其他装具的接口，例如与航天员舱外活动时的脐带连接的接口，与身背携带式生保环境装备、载人机动装置连接的接口等。

　　关乎生命的注意事项

　　首先，宇航员必须穿着价值连城的航天服。太空中温度变化很大，太阳照射时温度可高于100℃，无阳光时温度可低于-200℃，同时存在各种可能伤害人体的辐射。舱外航天服是出舱活动中最重要的装备，相当于一个微型载人航天器。它将航天员的身体与太空的恶劣环境隔开，并向航天员提供大气压力和氧气等维持生命所需的各种条件。

　　其次，宇航员出舱前必须吸一段时间的氧气。由于载人航天器密闭舱内的人造气压、空气组成基本与地面相同，因此人体内吸有一定量的氮气，而航天服内的气压较低，仅为大气压的27.5%，如果航天员猛然出舱，遇到低气压后血液供应不上，溶解在脂肪组织中的氮气游离出来形成气泡，可能造成气栓堵塞血管，引发严重疾病。所以航天员出舱前需要吸取纯氧将体内氮气排出，以排除隐患。

　　另外，宇航员还必须携带喷气背包、通信设备和“安全带”。人在太空中要想向前后移动或者向左右旋转，得依靠航天服上的动力装置，这种动力是利用火箭发动机的反推力来实现的。另外，在太空行走的航天员由于没有参照物，无法分清物体的远近大小，并判断其速度快慢，如无保险措施，就可能丢失在茫茫太空中而成为人体卫星。

　　出舱方式的选择

　　到目前为止，宇航员在舱外行走主要有两种出舱方式可供选择。

　　一种是早期研制的脐带式的生命保障系统。即航天员身系安全带走出载人航天器到舱外。此带类似小孩出生时的脐带，主要有两个作用：一是提供生命保障功能，航天员在舱外所需要的氧气、压力、冷却物质、电源和通讯等都是通过脐带由“ 母”载人航天器提供；二是起保险绳的作用，以免航天员飘走。

　　此法简单，但存在明显的缺陷。例如，“脐带”不能过长，活动范围小，航天员只能在离“母”航天器几米范围内活动，如果航天器走远了则容易使“脐带”缠绕，像婴儿那样“窒息”而死。在早期出舱活动中常采用这种方式。

　　另一种是后期发明的装在航天服背后的便携式环控生保系统。即不系安全带，而采用载人机动装置，它又称太空摩托艇。航天员出舱后与“母”航天器分离，由于身穿舱外用的航天服，背着便携式环控生保装置，以及太空机动装置，航天员可到离“母”载人航天器100米远处活动。简单的说，就是航天员身背一个可以控制的小火箭在太空自由飞行。这是较先进的一种方式，目前的太空行走大多采用这种方式。