中國載人的宇宙飛船又出發了,這是第三次“神舟七號”(本文皆簡稱“神七”)。在刻骨銘心、大悲大慟的汶川大地震后,中國人噙住淚水,沉著穩健地獻給世界一個全球同醉的北京奧運。“神七”繼奧運之后,踏上征途,又一次在世界舞臺上的聚光燈下,展現出中華民族騰躍宇宙的豪情。
任務
“神七”的任務和以前不同。“神七”的航天員要出艙活動。
迅速回憶一下中國在載人航天踢出的標準前三步。
2003年的“神五”,鵑啼初試。宇宙飛船載人升空,船到人到,踢出第一步。中國繼蘇俄美國之后,晉登載人航天三強國。
2005年的“神六”,大鵬展翅。航天員從返回艙進入為太空作息而設計的軌道艙,演出在太空中五天的生活工作秀。踢出第二步。中國以獨立的智慧和能力,贏得了國際社會的尊敬和喝彩。
2008年的“神七”,鷹唳長空。航天員出艙活動,太空行走,展示中國在太空中維修和緊急應變能力,為“神九”以后宇宙飛船對接、空間站組裝任務鋪路,踢出第三步。
這基本前三步一定要一環扣一環踢出,中國才能建立起載人航天完整的基本實力,被國際太空強國認可,正式取得國際載人航天俱樂部金卡會員證。金卡會員只有三名,俄羅斯,美國和中國。
“神七”宇宙飛船的結構,和“神五”、“神六”略有不同。為了出艙,“神七”將軌道艙改裝成氣閘艙。氣閘,顧名思義,是為了平衡壓力而設計的。出艙的程序是兩位航天員先穿過內氣閘門,進入氣閘艙,關死內氣閘門,穿上艙外航天服(以下皆稱出艙服),開始預先吸純氧氣排氮氣一段時間(最短40分鐘,最長可達3小時),調整身體的生理狀態。吸氧排氮動作完畢后,兩位航天員做出艙前最后檢查。一切就緒后,就把氣閘艙內的空氣抽入到返回艙,直到真空,然后打開氣閘艙通往太空的另一扇外氣閘門,一位航天員出艙,一位航天員留守在氣閘艙內打下手。任務完成回艙后,依相反程序操作兩扇氣閘門,回到返回艙。回程是由低壓向高壓前進,不需生理適應時間,就可直接由真空太空,通過氣閘艙,進入一大氣壓下的返回艙。
雖然“神七”的航天員只出艙一小時,但這一小時的工作成果,打開了另一維嶄新的空間,把中國載人航天事業推上了更高的一個境界。
“神七”航天員在艙外時,還會順手釋放一顆伴飛小衛星,同時也在艙內進行一些微重力實驗。
2008年4月25日,中國為“神七”任務發射了一枚在地球同步軌道上運作的數據中繼衛星“天鏈一號”,同時又新增了兩艘遠洋通訊船。加上中國現有的地面通訊站和其它四艘“遠望號”通訊船,“神七”62%的軌道皆已納入通訊系統。這是中國載人航天通訊上一項重大的成就。
太空行走
從1965年3月18日前蘇聯“上升二號”(Voskhod 2)航天員里奧諾夫(Alexei Leonov)首次人類太空出艙起算,到本文截稿日為止(2008年9月11日),“神七”是人類第298次太空行走(SpaceWalk)。
”行走”是人類在重力場中雙腳和路面摩擦前行現象。在太空軌道中,重力被速度產生的離心力抵消,航天員處于漂浮狀態。雖然我們一直軌道軌道說個不停,但在太空中找不到鐵軌,也看不到柏油路,更沒有高速公路。像李寧在北京奧運會點燃圣火前的“空中行走”一樣,航天員“太空行走”,腳不沾地,是文學加工后羅曼蒂克的形容詞。正確的說法是出艙活動(Extra Vehicular Activity,EVA)。
航天員頻繁出艙,不是因為出艙活動像戶外郊游一樣好玩,而是因為一大堆艙外的復雜精密太空設備需要組裝和定期或緊急維修。出艙是必要的手段,也是載人航天必備的基本功。
航天員到目前為止已出艙近三百次,皆能安全完成任務返回。但這并不說明出艙任務絕對安全。實際情況是,太空環境極度惡劣,除開超真空外,還有高速流竄的微隕石流星體,溫度也極度不均勻:向陽面可以把水燒開,背陽面比南極冬天還冷。也別忘了太陽強烈的紫外線,還有它不時瘋狂地噴出接近光速的各類粒子和輻射能。航天員出艙訓練和工作,有如在槍子兒亂飛、冰山火海中討生活,出艙服也隨時可能被打穿漏氣,是一項超級危險的活動。
更重要的,在返回艙中,航天員的生理機能已經平衡在一個和地面重力場中不同的基點上。出艙前,航天員還要再咬緊牙根,把生理機能調節成能適應出艙服內低壓純氧狀態,才能出艙。和地面人類比較,出艙的航天員首先已是在極度的失水狀態,第二是在相當于珠穆朗瑪峰的低壓下呼吸純氧。如出艙航天員需緊急幫助,在返回艙內的航天員一般無法立刻出艙救援。艙內艙外,咫尺天涯。所以為安全著想,出艙活動,會同時將兩位航天員一起送進氣閘艙,將他們的生理基點,同步調整到可以立即出艙狀況。一人出艙,一人留守在氣閘艙內打下手。萬一發生緊急情況,預備航天員可立即出艙救援,省掉出艙準備時間。
生理
人類幾百萬年的生理演化一向以地心引力和一大氣壓空氣為中心。我們頂天立地地站著:我們的肌肉、骨骼不停地接受著重力的千錘百煉,才能維持它們的強度:內耳的半規管依賴重力使我們能辨方位;我們的心臟血管的正常操作也是以地球重力場和一大氣壓為主軸演化發展出來的。
在過去四十多年太空飛行中,蘇俄和美國的科學家收集了一些初步的數據。這些數據顯示,失重對內分泌。紅白血球的產量、內耳平衡器官及骨質的松弛都有一定程度的影響。但最明顯的生理失重狀況,莫過于太空失水及其引起的一些癥狀,如太空貧血、內分泌降低、雙腿肌肉萎縮等。這些癥狀如果沒有妥善處理,小至影響航天員的健康,大至引起宇宙飛船操縱失控。
人類的體液在重力作用下,大部分集中在下半身,在失重狀況下,下半身的體液會向全身分布,造成臉部充水等現象。人體內兩個重要的壓感中心(baro receptor)全都分布在上半身,一個在心臟大動脈上,另一個在頸動脈上。這兩個中心在失重時傳給腦部的訊號,并不是體液重新分布的訊息,而是體液太多的告急信號,這個信號會引起體液大量排泄。
通常在航天員進入地球軌道后二十四小時之內,這種排水的現象就會告一段落,此時體液的分布,和在地表重力環境下不同,基本上是一種嚴重的失水狀態。在微重力下,人類的生理機能平衡在一個和地面不同的基點上,在這個新基點上,航天員的血壓與心跳都比在正常重力下約低上5%。血壓與心跳的變化幅度降低,應變能力也隨之減低,但航天員可以在這個基點上正常地生活與操作。
然而,生存在這個新的基點上,明顯地潛伏著危機。譬如說,宇宙飛船突然需要緊急降落,航天員沒有時間補充失去的體液,一旦重返正常重力狀況,體液重新向下半身集中,造成上半身貧血,輕微狀況會造成頭暈,嚴重情況會造成休克。如果發生在正副駕駛員身上,就會造成極度的危險。美國航天員最嚴重的病例有兩起,他們都需要在降落后,馬上打點滴,把失去的體液補充回來,才能站起來。
唉!航天員進入太空失重狀態后,入廁頻繁,大量失水,身體機能已很不爽。有些航天員還得在空間站長住六個月。骨骼和肌肉細胞得此訊息,不勝雀躍,因為它們不必再每天費勁跟重力場拼搏了。別忘了,我們細胞是聰明的,既然不需我們支撐您航天員的體重,那就讓我們歇歇,做個懶蟲吧!
骨骼和肌肉細胞開始罷工,骨質和肌肉馬上萎縮。航天員在太空不用肌肉骨骼,本可置之不理。但六個月下來,肌肉骨骼流失百分之十。返航落地后,不能挺胸昂首地走出宇宙飛船,竟需要救護擔架抬著,有損英雄形象。
于是航天員只好綁上橡皮筋,每天在太空艙內拼命做撞擊跑步運動,模擬重力場情況,明確照會體內骨骼和肌肉細胞,甭躲清閑耍小聰明,該干嘛干嘛,繼續給我制造足夠的細胞產量。
在失重的情況下,每天揮汗運動四小時,要消耗大量氧氣。于是航天員集體一致要求,饒了我們吧,我們已失去重力場,請別在太空艙的空氣方面再剝削我們,給我們一大氣壓吧,像海平面地球老家那種的空氣,101.3千帕,21%氧,78%氮,讓我們在太空中至少還能呼吸到哺乳類幾億年來最愛的空氣,拜托拜托啦!
大家對一大氣壓的概念非常熟悉。但在討論出艙任務時,工程師喜歡用比較精確的“千帕”來形容。一大氣壓為101.3千帕,大氣中氧的分壓為21千帕,氮的分壓為78千帕。本文也跟著千帕一番吧。
所以近代太空艙的設計,包括以前的和平號空間站,現在的國際空間站、航天飛機和神舟宇宙飛船等,都是使用人類熟悉的一大氣壓空氣,盡量在失重的環境下,不再增加航天員生理上的負擔。
人類也掌握一大氣壓下所有的物理、化學、醫藥和生理等科學數據,尤其是有關太空艙所使用的材料和燃燒中間的關系。太空艙著火可不得了。雖然在無重力下燃燒化學和地面有很大的差異,但在一大氣壓下,我們所擁有的滅火知識最豐富,安全保障系數最高。
關在和海平面相同的一大氣壓下太空艙內,航天員的生活作息的確愉快了不少。但這個優越的條件,為艙內航天員專享,對要出艙的航天員,一大氣壓代表的是一堵高大的圍墻,增加了出艙的難度。減壓
從生理方面來講,對出艙的航天員最方便的是穿上和艙內同樣一大氣壓的出艙服,繼續維持艙內的生理狀況,什么都不需做,就能迅速通過氣閘艙出艙。但一到艙外,開始操作,就發現一大氣壓的出艙服太難使用,甚至到無法使用的地步。
一大氣壓的出艙服在太空高真空中無法使用的原因很簡單,因為一大氣壓把出艙服繃得太緊,雙臂和兩腿被撐得硬梆梆像根柱子,動彈不得。
雖然我們不想再給航天員增加生理上額外負荷,但為了能實現有效出艙操作能力,出艙服不得不減壓。
人類的呼吸系統,在一大氣壓下,已經演化了上千萬年。我們每吸一口氣,肺細胞得到約21千帕氧氣供應,附在紅血球上輸送到全身,并呼出二氧化碳,完成呼吸程序。人要健康生存,每口氣兒都得吸進21千帕壓力的氧氣,少了就得缺氧癥(hypoxia)。因為這個21千帕數目字對人類有生死攸關的重要性,專家就特別發明一個專有名詞,把大氣中21千帕氧氣的分壓稱為海平面相等(sealevel equivalent,SLE)氧壓。
但人每口氣吸進了氧,也同時吸進了比氧多出近四倍的氮氣。和氧分子不同,氮分子和人體不產生任何化學反應,基本上是以氣體狀態存在于人的體液(包括血液)和組織里。在一大氣壓下,溶在體液和組織里的氮氣雖呈飽和狀態,但與外界穩定平衡,相安無事。好像開罐前的可口可樂,只見液體,不見氣泡。
現在要解決的問題是出艙服要減壓。減壓不難,打開氣閘放氣就成。但難就難在先要知道這壓要減到什么程度,再要懂得這壓如何減,才能避免氮氣從血液中,像開了罐的汽水,冒泡而出,進入心臟或腦部,輕則休克中風,重則奪命。
第一個問題有底線。出艙服的氣壓不能低于海平面相等的氧氣壓力。所以不管你怎么減壓,得保證給足至少21千帕的氧氣。21千帕的純氧壓力,是出艙服壓力的最低限度。在這個壓力下,出艙服柔軟靈巧,是工程師的最愛。但航天員出艙活動,常要應付緊急情況,在供氧上不能太摳門兒,就多給點吧!所以1960年代的出艙服設計在24千帕純氧壓,1980年代以后的設計,則皆在30到40千帕純氧壓力之間。
其實純氧環境并不理想,出艙服內得有電線,萬一短路起火,可不是好玩的事。低壓還是加些惰性氣體防火7兩害取其輕,輕巧靈活較重要,低壓純氧出艙服占了優勢。人類戰戰兢兢出艙298次,還沒出過事。
低壓純氧出艙服當然好使。但從一大氣壓的軌道艙直接穿上低壓出艙服出艙可是條人類生理無法克服的鴻溝。恰如可口可樂。拽開易拉罐,罐中高壓下的二氧化碳氣體就吱吱作響地直沖而出。喝下去清涼可口,再不時打個嗝,爽!但航天員血液里的氮氣,在出艙服的低壓環境中如果也像汽水一樣冒泡而出,可不是鬧著玩的事。深海自由潛水員有時得減壓病(hypobaria或俗稱decompressionsickness,DCS),大半由于從高水壓海底浮升到水面太快,血液里的氮氣以氣泡溢出,嚴重時對身體會造成致命傷害。
所以,在1960年代,人類剛開始面臨太空減壓出艙的問題,就用了個迂回戰術,把減壓工作在地面發射前就做完。上天后各類資源缺乏,也為了減低航天員的工作量,太空艙都設定在低壓純氧狀態,航天員可以直接穿上較低氣壓的出艙服直接出艙,省掉了減壓出艙的繁瑣程序。
被純氧充滿的太空艙,壓力雖低,也是枚定時炸彈。1961年3月23日,加加林上天前20天,前蘇聯航天員龐達倫可(Valentin Bondarenko)就在地面被火燒死在一個低壓純氧的太空艙內,成為第一位為太空事業犧牲的人類。1967年1月27日,“阿波羅一號”三位航天員,包括美國第一位在1965年出艙太空行走英雄懷特(Edward White),在地面發射架上太空艙內任務模擬訓練時,不幸電線短路失火,火苗在純氧環境中,迅速蔓延,搶救不及,慘烈犧牲,美國登月計劃第一梯隊,全軍覆沒。
但為了太空和登月真空出艙任務能安全完成生理減壓程序,人類不惜犧牲,繼續踏著前人的足跡,堅持使用低壓純氧太空艙。
美國在1960年代的水星、雙子星和阿波羅等太空艙,使用的都是35千帕低壓純氧大氣。航天員在地面上預先進行數小時的吸純氧排氮動作,然后進入純氧太空艙,封艙,發射。出艙服設計在24千帕純氧壓力,只略低于35千帕太空艙純氧大氣,進入太空后,不再需減壓調整,就可立即出艙。
預先呼吸純氧(prebreathing),是準備在低壓環境生存的必要手段。航天員可以在舒適的地面一大氣壓環境下,穿上出艙服,戴著氧氣罩,坐在電視機前,一邊看自己喜歡的節目,一邊把純氧一口一口吸進去,慢慢地把體內的氮氣分子一個一個趕出去。呼吸純氧大半天,保證把體內氮氣分子全數遞解出境。
前文提到執行人類第一次太空行走任務的前蘇聯“上升二號”太空艙,設計氣壓為70千帕純氧,出艙服40千帕純氧。航天員在地面上預先呼吸純氧動作完畢上天后,也是可以直接出艙。
隨著知識和經驗的累積,航天員要求較安全舒適的太空居住條件。出艙活動固然重要,但不是每天都做,屬偶發事件。于是近代的太空艙(如前和平號空間站、國際空間站、航天飛機和神舟宇宙飛船等)都使用海平面一大氣壓101千帕的空氣。既然您航天員把一大氣壓搬上了天,為未來建造太空五星級賓館鋪路,那就委屈您了,順手把減壓出艙的準備工作,也在天上做吧!
從一大氣壓出艙,所需生理調整時間的長短,端看出艙服的氣壓高低而定。出艙服氣壓越接近一大氣壓,出艙準備時間越短。俄羅斯“星辰”公司(Zvezda)發展出來的“海鷹號”(Orlan)系列出艙服用的是40千帕純氧。出艙前,航天員要預先在出艙服內呼吸純氧1~3小時,將身體血液和肺葉中自由漫游的氮氣清除干凈,才能出艙。
美國的出艙服氣壓為30千帕,比“海鷹號”低上25%,需預先呼吸純氧達六小時之久,才能出艙,比“海鷹號”程序幾乎長出一倍。但出艙服壓力低,較靈活,手套部份靈敏度也相對提高,觸覺可到拾起一元鋼蹦兒的程度。
通常美國航天員出艙所需準備時間更長。他們先把航天員(已呼吸純氧一小時)關進一個70千帕(27%氧,73%氮)的氣閘艙12小時。一覺睡醒后,神清氣爽,并且身體含氮量至少已降到一大氣壓的70%,所以只要穿上出艙服再預先呼吸純氧40~75分鐘驅氮氣,比六小時短了很多,即可出艙。這種安排是把大部份生理低壓調整時間在睡眠中度過,較易排遣枯燥時段,符合人性需求。
總之,出艙先進國家找出幾種可靠的的出艙程序,付諸實施。不過,也是像人類其它活動一樣,五花八門,各村有各村的打法。
“神七”的“飛天號”出艙服,采用了“海鷹號”系統。
出艙服
出艙服體積雖小,但五臟俱全,基本上是一個能獨立操作的迷你載人宇宙飛船。
這艘迷你宇宙飛船要載人,所以首先要提供一個密封恒壓的保護殼。恒壓由純氧支撐,在30到40千帕之間。純氧要源源不絕地輸入,維持航天員生命需求,呼出的廢氣二氧化碳、水氣和體味,馬上循環回收,或由活性碳或氫氧化鋰等化學材料吸收處理。
出艙服內要有“空調”溫度控制系統,一般以貼身水冷方式完成。溫度可在約10到25攝氏度間調整。
在太空要面對著一輪熱烘烘的太陽,強烈的紫外線輻射有如排山倒海而來,出艙服要能把紫外線反射或過濾掉。
太陽有時發威,噴出大量近光速的高能帶電粒子(solar flare event),被地球磁場引到兩極地區進入大氣層。如果宇宙飛船在低傾角和低地球軌道上運行,遠離高傾角90度兩極軌道。宇宙飛船和航天員大可不必顧慮這類粒子輻射。但對遠離地球磁場航向月球或火星的宇宙飛船,則會造成巨大傷害,不得不防。“神七”軌道高341公里,傾角42.4度,也就是說它的軌道被控制在南緯42.4度到北緯42.4度之間,夠得到降落地點內蒙古四子王旗,但離北、南極區尚遠,出艙服只要能擋住一般太陽輻射就行。同樣道理,極高能量的宇宙射線(galactic cosmic rays),對“神七”的作用也甚微。
比較厲害的是太空中有很多高速流竄的微隕石和流星體,雖然撞上的機率不大,但一旦被撞上關鍵部位就事態嚴重。1995年10月發射的航天飛機,貨倉蓋就被打穿了一個小洞。航天飛機的駕駛艙擋風玻璃每次飛行平均被撞三次,每出任務10天,擋風玻璃就得換新。出艙服對這類高速飛行流星體基本上無萬全防御之計。出艙服最外層目前以21世紀最先進、強度最大的復合纖維材料制成,至少能抵抗這類流星體一下,給航天員提供一點應變時間。
出艙服要設有完整的通訊設備,提供出艙航天員與宇宙飛船和地面任務控制中心聯絡。
出艙服要精巧靈活,航天員指到那,出艙服就能打到那。“神七”的出艙服背包中有一個燃料助推器,航天員可用以控制移動方向。
“神七”的“飛天號”出艙服很可能連著“臍帶”,以確保航天員不會與宇宙飛船分離。俄美兩國在1965年第一次出艙活動時,都是連著“臍帶”,除開保證航天員不會漂離母船外,同時也通過“臍帶”供氧供電供通訊供空調,絕對安全可靠。“臍帶”一般不能太長,5米左右,太長會打結。“臍帶”雖好用,但嚴重地局限了航天員活動范圍,所以新一代的出艙服都已切斷“臍帶”,改用先進的推進器,大幅度增加了艙外活動的范圍和能力。
據2008年8月底訊息,“神七”的“飛天號”出艙服也可能是先進無“臍帶”型號。
航天員出艙活動好幾個鐘頭,出艙服要能處理“解手”問題。兩年前美國一位女航天員,在地面綁上太空尿布,十小時車程不入廁,追上在千里以外機場轉機的情敵,打翻醋壇子,大發雌威,潑辣較勁,彪悍無敵,造成美國用的“太空尿布”,在世界媒體上爆光,狠狠出過一陣風頭。
俄羅斯的出艙服使用短褲式尿布,并設有便器。
在出艙服的研發上,人類的確花了不少工夫。出艙服除了能提供航天員基本生命所需外,重要的是出艙服要有彈性,航天員不需用太大的力氣,就能彎臂、用手抓東西,且能靈活使用板手和螺絲刀等工具,保證生命安全并完成任務。
出艙服皆為多層結構,美式14層,由上、下身兩部份組成,重130公斤。俄式10層,由前、后兩半組成,重110公斤。由外往里看,最外層防輻射紫外線,以耐熱尼龍材料制成;緊貼著的是防微隕石兼隔熱層,由先進復合纖維材料制成;再進去是一道“限制”層,為控制30至40千帕氧壓在太空高真空向外擴張而設,由聚酯類纖維材料制成;再往里幾層為數層純氧氣囊加襯里層、氧氣運送管道層,氣體循環層,液冷“空調”層和最里面的貼身層。
據北京科技報報導,中國已研制出300平方米先進出艙服面料,具有高強度,抗撞擊、防輻射,耐高溫等特性。“神七”的“飛天號”出艙服是根據俄羅斯“海鷹號”系統基本藍圖設計而成,可是所用的材料及零件,都是21世紀的新產物。盡管外型相似,內芯早已脫胎換骨,青出于藍而勝于藍。
目前人類出艙服,雖已能操作自如,飛翔無礙,但外表皆極臃腫,是20世紀的產物。臃腫是因為氧氣氣壓而來。為了“消腫”,已把氧壓調低到接近生理底線,并為了使用這個超低氧壓,還不得不付出幾小時在天上預先吸氧驅氮的辛勞代價,才能出艙。壓力雖低,但在太空高真空中,膨脹依然。航天員一舉一動,都要和這個膨脹僵硬的出艙服奮斗。尤有甚之,臃腫的出艙服使手套靈敏度大幅度降低,增加活動困難性。
目前正在研發的出艙服,將使用最先進的生物材料,為現任的出艙服進行減肥瘦身運動,把航天員用類塑料薄膜材料緊縮罩住。貼身的生物材料以80千帕的壓力緊壓全身。身體在這個壓力下,不需預吸氧氣,就可由一大氣壓的太空艙出艙。出艙后,因為沒有氣體籠罩全身,彎臂蹬腿幾和艙內活動接近。
未來的出艙服以不需預吸氧排氦程序就能出艙,和出艙后工作起來省力為主要發展方向。
歷史出艙任務
在加加林進入太空3年11個月25天后,蘇俄航天員里奧諾夫步出“黎明二號”,成為第一個太空行走的人類。
前文已提到,“上升二號”的艙壓為70千帕純氧,出艙服40千帕純氧。里奧諾夫拉著超長15米的“臍帶”出艙后,發現夠不著裝在大腿部位的照相機拉繩,幾經掙扎,只好放棄(作者認為在微重力下,拉繩位置可能和地面模擬訓練時不同。在太空中他可能還是夠得到,但摸錯地方)。人類第一次出艙存照是由另一架攝影機拍下,為電影片,模糊不清。出艙12分鐘后,里奧諾夫沒按照預定姿態腳先頭后回艙。在極度緊張下,他一頭就扎回氣球式氣閘艙,頭下腳上,被卡住了,無法翻身回去關外氣閘門。他急得汗流如漿,體溫迅速上升1.8攝氏度,心臟砰砰砰加速跳躍,已近休克狀態。他本想吞下隨身攜帶的自殺藥丸,但決定最后一搏,將出艙服的壓力由40千帕降到27千帕,終能勉強翻個個兒,成功地關上外氣閘門,喘一口大氣,然后加壓,開內氣閘門,回到內艙。回程中,自動導降系統失靈,改由人工操縱,降落在烏拉爾(Ural)深山老林之中,3月冬雪尚深,群狼眈視,兩天后獲救。
里奧諾夫不得已釋放出艙服的氧氣自救,是一個向死神挑戰的超級危險動作。出艙前他吸氧排氮只到40千帕純氧壓力,離27千帕的壓力還有一段距離。美國出艙服設在30千帕純氧壓力,吸氧排氮預備時間要比設在40千帕的蘇俄出艙服多出一倍。里奧諾夫的生理狀態顯然尚未平衡在27千帕純氧壓力基準線上。他在“黎明二號,”任務后,仍然健康地活著,最合理的解釋是他在27千帕壓力下停留時間甚短,血液中殘余的氮氣分子尚無法匯集成較大氣泡闖禍。另一個解釋是他的體質特佳,血液和血管管壁的優質流體結構,減低了氮氣氣泡成形速度。
表面看來,“神七”的出艙程序比“上升二號”清爽許多,但為了絕對安全,兩位準備出艙的航天員,已在地面中性浮力深水水槽中重復進行模擬失重訓練和出艙回艙活動任務訓練,以達到完美無缺動作的目標。
里奧諾夫在1975年7月15日參加了“阿波羅-聯盟號”太空對接計劃(Apollo-Soyuz Test Project,ASTP),為冷戰時的美蘇憑添一頁佳話。
1965年,美蘇登月競賽方酣。要登月成功,需要做兩個關鍵動作:宇宙飛船對接和在月球高真空環境下出艙。要去月球,返回艙得在地球軌道上翻180度的個兒,回頭和登月小艇對接。拉出登月小艇后,推進艙返回艙登月小艇,三位一體,脫離地球軌道,奔月。從邏輯上安排,美國認為應先演練對接,再演練出艙。但蘇俄沒按牌理出牌,先搶“太空行走”秀,繼“斯普特尼克”和加加林后,再次令美國措手不及。
太空對接技術難度高,美國本來計劃以“雙子星四號”(Gemini 4)先只練習“會合”(rendezvous),完成軌道編隊飛行。“會合”技術熟練后,再“對接”(docking)。送“雙子星四號”上天的最后一節火箭空殼,會跟著雙子星宇宙飛船后面,在軌道上飛行一陣子。這火箭空殼就是“雙子星四號”的“會合”對象。
但蘇俄已下“出艙”重手,美國得急速反應。
蘇俄太空行走兩個半月后(1965年6月3日),“雙子星四號”升空,先執行太空會合任務,再操作臨時加進去的出艙活動。
最后一節火箭空殼跟在“雙子星四號”后面,“雙子星四號”朝火箭空殼方向發動火箭推力,企圖和它接近,奇怪的現象發生了。在科幻片中,火箭飛船都是像在大氣中的飛機一樣,朝目標方向飛去就成。但在太空軌道上,“雙子星四號”越想向目標方向推進,結果卻越離越遠。不信邪,再接再厲,耗掉大半燃料,目標卻有絕塵而去的架勢。休斯頓控制中心緊急叫停,放棄這項任務。
太空會合牽涉到軌道力學。兩船會合,要追要等,全靠調整軌道周期和速度。比如要追同一軌道上前面目標,不得本能向目標方向加速,反得要反本能減速,先進入周期短的小軌道,繞地球一圈后,自然與前方軌道周期長的目標會合,夠玄了吧?“雙子星四號”兩位航天員軌道力學不及格。
主要任務失敗,兩位航天員極度沮喪和疲倦,先繞地球休息一圈,在澳洲上空,開始全艙減壓(作者注:“雙子星”宇宙飛船小,沒有像“神七”獨立的氣閘艙)。減壓完畢后,艙門彈簧錯位,費了九牛二虎之力,終于打開。懷特身牽“臍帶”,手持高壓氣體槍出艙,先繞宇宙飛船一周巡視,左瞄右閃,酷帥齊發,演出一場生猛鮮活的太空行走秀。三分鐘后,壓力槍氣體耗盡。15分40秒后,休斯頓下令回艙,結束了美國第一次出艙活動。
懷特后來入選為“阿波羅一號”航天員,不幸在1967年1月27日地面訓練時,純氧大氣的太空艙失火,和另外兩位航天員同時罹難。
1969年7月20日,阿姆斯特朗在月球低重力高真空多塵埃環境出艙,為人類完成登月壯舉。
1984年2月7日,美國航天員麥肯利斯(Bruce McCandless)由一大氣壓的航天飛機出艙,第一次演示無“臍帶”太空行走。他使用第一代太空摩托艇(Manned Maneuvering Unit,MMU),駛離母船98米。此后,由航天飛機出艙活動頻繁,有時每次長達8小時,遠遠超越太空作秀功能。經過近20年的發展,出艙活動正式投產,包括以后幾次哈勃望遠鏡維修和國際空間站組裝任務。
結語
出艙服夾層重重迭迭。結構復雜,在制造過程中,需大量手工縫紉,一針一線,嘔心瀝血。慈母手中線,游子身上衣,臨行密密縫,惟恐遲遲歸……“神七”航天員穿著神州母親精心縫紉的“飛天號”出艙服,帶著全世界炎黃子孫的祝福和期盼,走出宇宙飛船,為中華民族的太空事業邁出了一大步!
“神七”出艙任務一小時,表面看來,像是重復蘇俄和美國早期的動作,但骨子里,中國“飛天號”出艙服使用大量21世紀先進材料,電子、計算機、通訊科技也內芯全新,今非昔比。更重要的是中國那股氣沖霄漢之勢。中國渡過了150余年艱辛國運,東方睡獅已醒,經濟開始騰飛,太空能力迅速崛起。“嫦娥一號”已把月球三維地表勘測完畢。“神七”和“神八”為“神九”對接鋪墊。中國未來建造空間站,登月,高飛,遠航。中國按照自己的進度,自力更生,獨立前行,一步一個腳印,驕傲自豪地為全人類太空事業做出和平真誠的貢獻。