太空行走１００問（四）

什么是氣閘艙？

24.什么是氣閘艙？航天員太空行走為什么要用氣閘艙？

氣閘艙是指居于兩個氣壓不同的環境之間的過渡艙，在載人航天器上就是居于加壓座艙與宇宙真空之間的過渡艙，目的是在人員和物件通過時防止兩個環境之間的氣體交流。這個詞是直譯，也可譯成“氣壓過渡艙”。氣閘艙有兩個作用：其一是在打開載人航天器的艙門時防止加壓座艙內的氣體喪失；其二是在航天員出艙前對大氣壓力進行調節。目前空間站內都是地球海平面的大氣壓力，即1014兆帕，而艙外航天服內的壓力是296兆帕，如果航天員在加壓座艙內穿上航天服，從高壓環境很快轉為低壓環境，就可能患減壓病。如果在氣閘艙內，高低壓環境之間有一個過度，再加上預吸氧，就可以預防減壓病的發生。

25.為什么航天員從飛船上出艙是通過艙門，而從航天飛機和國際空間站上出艙要用氣閘艙？

從載人飛船上進行太空行走一般都不需要氣閘艙，但蘇聯的上升-2號飛船例外，不過從航天飛機和空間站上進行太空行走都需要有氣閘艙。產生這種情況的原因是，美國載人飛船座艙內當時都是采用純氧大氣，壓力為34.5千帕。為了預防減壓病，航天員在發射前要預吸3小時的純氧。美國的艙外航天服也是使用純氧，壓力為25.5千帕。雖然航天服內的壓力比座艙內的壓力低，但因航天員在座艙內一直呼吸純氧大氣，當航天員從座艙壓力轉換為服裝內壓力時，就不會有患減壓病的危險。因此航天員穿著航天服即可安全出艙。而航天飛機和空間站的加壓艙內都是使用氧氮混合大氣和海平面大氣壓力，如果沒有氣閘艙，航天員從加壓艙內的高壓直接轉換為服裝內的低壓力時，就會有患減壓病的風險。

另外，美國載人飛船座艙內航天員的活動空間比較小，其中雙子星座飛船僅有2.55立方米，阿波羅飛船為6.17立方米。在太空行走時，打開艙門，座艙減壓到零，讓航天員出艙，當航天員完成太空行走回來后，再關上艙門，重新給座艙加壓，不會浪費太多的氧氣。而且每次飛行中航天員從飛船上進行太空行走的次數也不多，因此完全可以不用氣閘艙。但從空間站上進行太空行走則不然，空間站內航天員的活動空間一般都是比較大，如天空實驗室為361立方米，國際空間站為908立方米。空間站上如果沒有氣閘艙，在航天員太空行走時要將艙內的空氣全部排放空，當航天員回來后又要重新加壓，這會造成極大的氣體浪費。何況航天員在航天飛機或空間站上一般要進行多次太空行走，這樣造成的氣體浪費將是不可接受的。因此從航天飛機或空間站上進行太空行走必需要有氣閘艙。

26.世界上第一個氣閘艙是什么氣閘艙？由幾部分組成？給航天員的太空行走造成什么麻煩？

世界上第一個氣閘艙是蘇聯在上升-2號飛船上安裝的“伏爾加”氣閘艙。這是一種可充氣的氣閘艙，重250千克，直徑700毫米，高770毫米，在飛船發射時氣閘艙是儲藏在返回艙內。當航天員在軌道上要進行太空行走時，氣閘艙充氣，這時氣閘艙長2.5米，內部直徑1.0米，外部直徑1.2米。

這種氣閘艙在發射時安裝在飛船的艙門上，突出到船身外74厘米。氣閘艙由三部分組成：一個寬為1.2米的金屬環，扣在飛船的艙門上；連接一個長為2.5米、由兩層化學纖維制成的氣囊；在氣閘艙的艙門上方又安裝一個寬為1.2米的金屬環。在化學纖維制成的氣囊內，用36根橡皮充氣棒將氣囊支撐起來。36根橡皮充氣棒被分成三組，每組12根。如果其中兩組橡皮充氣棒失靈，剩余的一組橡皮充氣棒也能保證氣閘艙的形狀。氣閘艙以折疊狀態固定在飛船返回艙外艙口的上方。氣閘艙中裝有為保證充氣而使其展開的系統、壓力調節系統、控制板、照明燈、攝影機、航天員出艙時的臍帶式軟管（長15.35米）、完成任務后與飛船分離的系統以及其他一些部件。36根橡皮充氣棒需要7分鐘時間才能充完氣。飛船上有4個球形氧氣瓶可供橡皮充氣棒充氣和氣閘艙加壓。

1965年3月18日，上升-2號飛船成功地到達軌道后，蘇聯航天員列昂諾夫準備出艙。他首先背上應急背包，并將臍帶式軟管與飛船相連，然后進入氣閘艙。另一名航天員別列亞耶夫關閉上氣閘艙的艙門，對氣閘艙進行減壓，列昂諾夫打開通向太空的艙門，然后就離開飛船。開始時他感到很順利，但10分鐘以后就出問題。他的航天服像氣球一樣膨脹，不僅使他不能在太空活動，而且膨脹力還使他的手和腳要從太空手套和太空鞋中被擠出來。這時列昂諾夫已經不能工作，由于手指不能彎曲，手也不能抓住氣閘艙上的扶手，因此太空行走12分鐘以后他準備返回飛船。列昂諾夫沒有征求地面控制中心的意見，擅自決定將航天服內的壓力調低20%。因為他認為自己一直都在呼吸純氧，因此不會得減壓病。但是當他將頭伸進氣閘艙時又發生另一個問題。因為按規定程序，他應該先進腳后進頭，但他在慌亂中顛倒了進入的順序，先進頭后進腳。

氣閘艙的直徑是1.0米，而列昂諾夫穿著航天服的身高是1.9米，因此他不能在圓筒形的氣閘艙內將身體倒轉過來關閉身后的艙門。他反復彎曲自己的身體，想將身體倒轉過來，但都無濟于事。他不得不冒著患減壓病的風險，再次調低航天服內的壓力，最后終于轉過身來將氣閘艙的艙門關閉上，對氣閘艙重新加壓，并回到飛船座艙中。這時他已大汗淋漓，航天服里面全是汗水。

列昂諾夫的太空行走是險象環生，因此人類的首次太空行走并不順利，這跟在載人飛船上安裝技術不成熟的氣閘艙有一定關系。1969年1月16日，聯盟-5號航天員進行太空行走時，載人飛船上就沒有氣閘艙，航天員是在飛船座艙減壓后打開艙門直接出艙的。

27.美國航天飛機有幾個氣閘艙？內置氣閘艙如何構成？艙內有何設施？

美國航天飛機有兩個氣閘艙，一個是內置氣閘艙，另一個是外置氣閘艙。

內置氣閘艙位于航天飛機乘員艙的中層甲板艙內，氣閘艙的內部直徑1.58米，長2米，內部容積4.2立方米，能同時容納兩名穿著航天服的航天員。前后有兩個壓力密封的艙門，內艙門與中層甲板艙相通；外艙門與航天飛機的貨艙相通。艙門呈D字形，直徑為1米。氣閘艙的艙門具有以下特點：從艙門的兩邊都能鎖上和打開；使用壽命達2000次；身穿航天服的航天員用一只手就能打開和關閉；在前后方向上能耐受20g的沖擊力；壓差在1.38 千帕時仍能打開艙門；開關的手柄最大能承受13.5千克的力。

航天飛機氣閘艙有多種用途：航天員太空行走前后的減壓和重新加壓，維修太空行走裝備和補充消耗品，給液冷服中的冷卻水散熱，太空行走裝備的測試，航天員穿脫艙外航天服以及進行通信聯系。在氣閘艙內的艙壁上安裝有放置艙外航天服的地方，此外艙內還有航天服測試裝置和補充消耗品的設備。

氣閘艙有兩個艙門。內艙門安裝在氣閘艙的外邊，與中層甲板艙相通，其作用是將氣閘艙與航天飛機軌道器的乘員艙分隔開，在航天員進行太空行走時保證乘員艙內不會發生減壓；外艙門安裝在氣閘艙的里邊，與航天飛機的貨艙相通，其作用是將氣閘艙與貨艙隔開，通過此艙門航天員即可進入貨艙。航天飛機的貨艙不加壓，在太空中可以完全敞開。

對氣閘艙重新加壓可以由在中層甲板艙的航天員控制，也可以由在氣閘艙內的航天員控制。通過安裝在內艙門上的等壓閥，可以使氣閘艙與乘員艙內的壓力相等。將氣閘艙內大氣排放到艙外的太空，氣閘艙內即減壓。兩扇D形的氣閘艙門都是朝軌道器乘員艙的方向開，由于乘員艙內的壓力作用，因此當艙門關閉時即可加強艙門的密封。

在太空行走前后，為了方便航天員在失重環境中行動，氣閘艙要安裝各種扶手和腳限制器。腳限制器是用螺栓固定在地板上，在飛行過程中不能拆卸。它是按航天靴的尺寸來設計的。在使用時，航天員要先將腳插入腳趾帶，然后來回活動其后跟，以便靴的后跟被限制器固定住。在氣閘艙內還裝有4盞泛光燈供照明用，航天員可通過艙內的開關進行亮度調控。氣閘艙內可以存放兩套艙外航天服。在氣閘艙的艙壁上安裝有專供存放航天服的設備。此外氣閘艙內還有維修保養航天服和為兩名太空行走航天員服務的各種必要設備。航天服存放設備不僅可以將航天服固定在一定的位置，而且還能協助航天員穿脫和對服裝進行測試。

氣閘艙內有一根臍帶式軟管，長366厘米，直徑1.89厘米，重9千克。軟管可向服裝提供電力、通信、氧氣和冷卻水。在出艙之前，航天員不用服裝內的電、氧氣和水，而是由氣閘艙通過這根臍帶式軟管供應。

上面講的都是內置氣閘艙，航天飛機除內置氣閘艙外還有一個外置氣閘艙。外置氣閘艙放置在航天飛機的貨艙內，其功能作用與內置氣閘艙一樣。外置氣閘艙內的有效容積比內置氣閘艙大，內置氣閘艙為4.2立方米；外置氣閘艙為5.236立方米。外置氣閘艙也比內置氣閘艙重，內置氣閘艙重440千克，外置氣閘艙重1591千克。另外內置氣閘艙有2扇艙門，而外置氣閘艙有3扇艙門。外置氣閘艙的第三扇艙門安置在艙的上部，主要作對接用。

外置氣閘艙由于安放在貨艙內，因此在氣閘艙的外面需裝隔熱材料，以防太空溫度的作用。

28.國際空間站上的聯合氣閘艙有多大？聯合氣閘艙內分幾部分？各部分的功用是什么？

國際空間站上的主要氣閘艙是一個稱為探索號的聯合氣閘艙。這種氣閘艙既能提供給穿著美國艙外航天服的航天員使用，又能給俄羅斯的穿著海鷹-M型航天服的航天員使用。美國航天員在沒有這種氣閘艙之前，只能使用航天飛機（對接以后）的氣閘艙或俄羅斯星辰號服務艙上的過渡艙進行太空行走。但由于兩個服裝系統之間的設計差異，美國的服裝不能使用俄羅斯的服務艙。不過新的聯合氣閘艙可供這兩種型號的服裝共同使用。聯合氣閘艙是于2001年7月才與國際空間站的節點-1號艙聯結。

聯合氣閘艙長5.5米，最大直徑4.4米，重6064千克，艙內容積34立方米，造價1.64億美元。該艙由2部分組成：人員艙和設備艙。人員艙供美、俄航天員太空行走用；設備艙除用來存放航天員太空行走用的各種裝備外，還供航天員在里面預吸氧。人員艙內有照明和臍帶式軟管的接口裝置。這種臍帶式軟管接口裝置固定在氣閘艙的艙壁上，通過臍帶軟管可以同時給兩套航天服供水、回收廢水、供氧、供電和通信聯絡。在氣閘艙的艙門打開之前，艙內壓力先下降到20.7千帕，然后再降到零。這時服裝內的壓力為29.6千帕。設備艙還可供航天員對服裝進行定期保養維修，因此艙內有各種維修保養用的工具和設備。

聯合氣閘艙是安裝在國際空間站1號節點艙的右側邊，氣閘艙邊上還裝有4個高壓氣瓶，兩個裝氧氣，兩個裝氮氣。這些氣體是供國際空間站美國站艙使用的。因為當航天員打開艙門準備出艙時，會損失大量氣體，太空行走結束返回氣閘艙時，要關閉艙門補充氣體。

聯合氣閘艙改進了航天員的預吸氧程序。過去航天員在太空行走前進行預吸氧，一般需要很多個小時，費時費事；而航天員在聯合氣閘艙中進行預吸氧，只需頭一晚上在聯合氣閘艙中睡一覺，醒來以后預吸氧就完成了。

人員艙高2.57米，外部直徑2.0米，加壓容積4.25立方米，艙內的臍帶式軟管接口可同時與兩套艙外航天服相接，而且既可接美國航天服，也可接俄羅斯的航天服。設備艙寬2.96米，外部直徑4.45米，加壓容積29.7立方米，艙內有一個航天服服務臺，不僅可以協助航天員穿脫航天服，而且還可以對航天服進行定期保養。艙內還有兩個設備柜，一個裝電子設備，另一個裝供氧設備。另外，設備艙內還裝有電池、動力機械工具和一些消耗材料。