9月17日,蔡旭哲、陳冬先后成功從問天實驗艙出艙,創(chuàng)造了中國航天員出艙活動間隔時間最短紀錄。
隨著中國空間站建造和運行穩(wěn)步推進,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?
神舟十四號飛船航天員第二次出艙活動
(資料圖片)
暗藏兇險 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。出艙活動又被稱作太空行走,是指航天員離開載人航天器內(nèi)部,進入太空。一般來講,航天員出艙可以完成航天器外部設(shè)施維護、輔助在軌組裝設(shè)備、開展艙外科學(xué)實驗和科研探索等任務(wù)。
由于缺乏艙壁保護,航天員在艙外面臨著復(fù)雜易變的溫度、壓力及輻射等挑戰(zhàn)。遺憾的是,機器人等自動化設(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“動作再快點”。其實出艙活動的危險性極高,必須謹慎,在人類首次太空出艙活動中,就發(fā)生過極其驚險的一幕。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,艙外航天服因氣壓差問題出現(xiàn)膨脹,一時無法返回艙內(nèi)。幸好他果斷地冒險調(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,突然收到地面指令:“02,請現(xiàn)在進艙,請將腳限位器在艙門口暫時放置,請02現(xiàn)在進艙,完畢?!边@一指令顯示出太空行走任務(wù)的高風(fēng)險性。
當(dāng)時,地面監(jiān)測到了航天員附近區(qū)域的異常輻射值。因為中國空間站艙體有多層防護結(jié)構(gòu),可以屏蔽掉大部分危險輻射,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都需要選擇合適的時機,躲避可怕的射線、高能粒子、高輻射、太陽風(fēng)等 ,所以每次出艙機會都彌足珍貴。更麻煩的是,出艙活動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。
出艙活動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。因為失重環(huán)境下控制身體活動不便,航天員雙腳發(fā)力困難,主要靠雙手抓物,謹慎移動。
神舟十四號飛船航天員第二次出艙活動
另外,艙外航天服質(zhì)量較大,不會隨著失重條件變化,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)束后都需要進行身體恢復(fù)與健康監(jiān)測,否則,可能會不堪重負。
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??梢哉f,艙外航天服相當(dāng)于“小型載人飛船系統(tǒng)”,價比黃金,哪怕是將它發(fā)射運送上天,也要花費大筆開支。
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,意外發(fā)現(xiàn)艙外航天服供電問題,被迫提前中止任務(wù)。
隨著問天實驗艙氣閘艙投入使用,中國航天員出艙設(shè)施更完備,活動空間更大,但在此之前航天員使用核心艙節(jié)點艙出艙,操縱較復(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)氮氣。否則,氮氣會在艙外異常溢出,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,背后是先進制造業(yè)的集體支持。
出艙半天 訓(xùn)練整年
“我已出艙,感覺良好?!?008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。航天員艙外行動一般持續(xù)數(shù)小時,卻需要在地面上付出百倍努力。
航天員飛天之前會在科研訓(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)一日的堅持中,他們不斷超越自我,挑戰(zhàn)極限,為出艙活動打下了堅實的身體素質(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。
如果還嫌失重環(huán)境不夠逼真,航天員就要體驗中性浮力水槽。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,負重達200公斤,每次在水下訓(xùn)練數(shù)小時,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)艙外活動和出艙步驟,另有多個復(fù)雜的單項訓(xùn)練。
航天員在水下訓(xùn)練
總之,航天員在太空中的每個操作動作都要在地球上經(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)練和周到細致的準(zhǔn)備后,每個飛行乘組都承擔(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。
未來中國空間站建成并常態(tài)化運行后,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)進步,以及航天員任務(wù)流程更加優(yōu)化,頻繁出艙的風(fēng)險會更低,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)的重大進步,相信中國人漫步太空的腳步會更穩(wěn)、更遠。
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