太空行走１００問（五）

機(jī)動(dòng)裝置

29.什么是機(jī)動(dòng)裝置？航天員太空行走為什么要使用機(jī)動(dòng)裝置？

航天員如果想在太空移動(dòng)身體，不能用腳，只能用手握住一個(gè)一個(gè)扶手向前移動(dòng)，或者使用特制的身體移動(dòng)工具。這種移動(dòng)工具的正式名稱是機(jī)動(dòng)裝置。所謂機(jī)動(dòng)裝置，其實(shí)是推動(dòng)裝置，就是使用噴嘴噴出高壓氣體，推動(dòng)航天員的身體朝一定方向移動(dòng)。為了保證航天員在太空行走中能很好地移動(dòng)身體，完成各種操作和任務(wù)，美國(guó)和蘇聯(lián)曾先后研制出多種型號(hào)的機(jī)動(dòng)裝置。

30.美國(guó)雙子星座航天員在太空行走中曾使用過什么機(jī)動(dòng)裝置？這些機(jī)動(dòng)裝置各有何特點(diǎn)？

雙子星座航天員的機(jī)動(dòng)裝置稱為手提式機(jī)動(dòng)噴射器，這種機(jī)動(dòng)裝置又分為幾種型號(hào)：自足式手提機(jī)動(dòng)噴射器、背包式機(jī)動(dòng)噴射器、臍帶式機(jī)動(dòng)噴射器和美國(guó)空軍研制的航天員機(jī)動(dòng)裝置。

自足式手提機(jī)動(dòng)噴射器是由雙子星座4號(hào)航天員懷特試用，重3.4千克，里面裝有0.31千克的高壓氧氣作為推進(jìn)劑，能產(chǎn)生每秒18.1千克的推力，推進(jìn)速度是每秒1.82米。該裝置有3個(gè)噴管，兩個(gè)噴管對(duì)著后方，一個(gè)噴管對(duì)著前方。開動(dòng)對(duì)著后方的兩個(gè)噴管，即可推著航天員向前移動(dòng)，開動(dòng)對(duì)著前方的一個(gè)噴管，即可停止移動(dòng)。這種機(jī)動(dòng)裝置有一個(gè)缺點(diǎn)，就是裝置必須緊靠航天員身體的質(zhì)心，才能準(zhǔn)確控制移動(dòng)方向。但由于航天員身穿航天服，頭上又戴著頭盔，很難確定身體質(zhì)心的位置，因此航天員一般只能憑經(jīng)驗(yàn)行事。一旦遇到維修衛(wèi)星這種要求精確定位的作業(yè)，航天員就可能由于身體定位不精確而不能完成維修任務(wù)。

背包式機(jī)動(dòng)噴射器原計(jì)劃由雙子星座8號(hào)航天員試用，該裝置的推進(jìn)劑由氧氣改為氟利昂-14，以35兆帕的壓力儲(chǔ)存在7200立方厘米的容器中，由于高壓容器是背在航天員的背上，因此稱為背包式機(jī)動(dòng)噴射器。該裝置能產(chǎn)生每秒272.16千克的推力，顯然比使用高壓氧氣的效率要高很多。由于雙子星座8號(hào)飛行中出現(xiàn)故障而提前返回，因此這套裝置未能在飛行中試用。

臍帶式機(jī)動(dòng)噴射器原計(jì)劃由雙子星座10號(hào)和11號(hào)航天員試用，這套裝置使用氮?dú)庾鳛橥七M(jìn)劑，儲(chǔ)存在兩個(gè)11150.6立方厘米的容器內(nèi)，而這兩個(gè)容器又是存放在飛船的接合段內(nèi)，因此用一根長(zhǎng)17.4米的臍帶式軟管與機(jī)動(dòng)噴射器相接。在臍帶式軟管內(nèi)除了氮?dú)夤芡猓€有一根氧氣管，不過這根氧氣管是與航天員的服裝相接。由于雙子星座11號(hào)航天員在太空行走中遇到麻煩，因此取消了對(duì)臍帶式機(jī)動(dòng)噴射器的試用。

美國(guó)空軍的航天員機(jī)動(dòng)裝置最初由美國(guó)空軍研制和發(fā)展，后來(lái)轉(zhuǎn)給美國(guó)航宇局。從性能上說，這套裝置比以前所有的機(jī)動(dòng)裝置都要先進(jìn)，因?yàn)樗耆?dú)立于載人飛船，讓航天員可以自由自在地在太空活動(dòng)。該裝置重75.29千克，體積81.2×55.8×48.2厘米，由6個(gè)分系統(tǒng)組成：①推力，由10.88千克的過氧化氫產(chǎn)生每秒1361～1588千克的推力；②飛行控制系統(tǒng)，可手控也可自控，能讓航天員在3個(gè)軸上運(yùn)動(dòng)，也能讓航天員保持穩(wěn)定狀態(tài)；③供氧，一個(gè)重3.31千克的氧氣瓶，壓力為52兆帕，既能向服裝供氧，又能通過熱交換器提供溫度控制；④電力供應(yīng)，由兩個(gè)銀-鋅電池供電，電壓一個(gè)為28.5伏，另一個(gè)為16.5伏；⑤警報(bào)器，如果某些重要參數(shù)超出規(guī)定的范圍，可對(duì)航天員提出警報(bào)，如氧壓、溫度、過氧化氫壓力和燃料壓力等，有聲音和燈光兩種警報(bào)方式；⑥通信，包括遙測(cè)和通話，后者保證艙外航天員與飛船內(nèi)航天員和地面控制中心的通話聯(lián)系。

這套裝置原計(jì)劃由雙子星座9號(hào)和12號(hào)航天員試用，后來(lái)雙子星座12號(hào)的試用因計(jì)劃變更而被撤消，雙子星座9號(hào)航天員又因?yàn)槌雠摵箢^盔面窗產(chǎn)生大量霧汽，出現(xiàn)視覺障礙，因而裝置的試用也被取消。由于這套裝置是放在飛船后邊的接合段上，因此在再入大氣過程中與接合段一起被燒毀。

31.蘇聯(lián)的航天員機(jī)動(dòng)裝置是如何工作的？是否進(jìn)行過試驗(yàn)或?qū)嶋H使用過？

蘇聯(lián)為上升號(hào)飛船和禮炮號(hào)空間站也研制過機(jī)動(dòng)裝置，這種裝置稱為航天員機(jī)動(dòng)裝置。蘇聯(lián)的航天員機(jī)動(dòng)裝置是跟艙外航天服一起設(shè)計(jì)和研制的，其外形呈馬蹄形，圍繞在航天員的腰部。機(jī)動(dòng)裝置上有向前和向后兩個(gè)推進(jìn)器，推進(jìn)器上裝有42個(gè)固體燃料的微型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，保證航天員向前和向后移動(dòng)。另外還有14個(gè)空氣推進(jìn)器，是為了讓航天員能做6個(gè)自由度的轉(zhuǎn)動(dòng)。該裝置重90千克，航天員的機(jī)動(dòng)速度是每秒32米。這套裝置雖然經(jīng)過地面和空中試驗(yàn)，但一直沒有在太空實(shí)際使用過。后來(lái)由于蘇聯(lián)發(fā)展出海鷹型艙外航天服，取代原來(lái)的航天服，因而這套機(jī)動(dòng)裝置的研制工作即被停止。

32.什么是M509？什么是噴氣鞋？這兩種機(jī)動(dòng)裝置各有何特點(diǎn)？

M509和噴氣鞋是美國(guó)航宇局為天空實(shí)驗(yàn)室航天員研制的兩種機(jī)動(dòng)裝置。

M509原來(lái)是為美國(guó)的“阿波羅應(yīng)用計(jì)劃”研制的，后來(lái)這項(xiàng)計(jì)劃被撤消，M509才轉(zhuǎn)到天空實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃中。M509機(jī)動(dòng)裝置重115.66千克，外形像一個(gè)長(zhǎng)方形的背包，長(zhǎng)105.41厘米，寬68.58厘米，厚38.83厘米，背包內(nèi)裝有高壓氮?dú)馄浚诒嘲車b有14個(gè)噴嘴，分別指向上下、前后、左右。通過控制器打開噴嘴后，航天員不僅可以作上下、前后、左右移動(dòng)，而且還能進(jìn)行滾翻和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這種裝置的最大優(yōu)點(diǎn)是能準(zhǔn)確進(jìn)行身體定位，能讓身體保持任何姿勢(shì)。不過該裝置僅在天空實(shí)驗(yàn)室的艙內(nèi)進(jìn)行過試驗(yàn)，還沒有在太空正式使用過。

噴氣鞋又稱為腳控機(jī)動(dòng)器，主要特點(diǎn)是靠腳來(lái)控制和移動(dòng)身體，將航天員的手解放出來(lái)。這套機(jī)動(dòng)裝置外形像一輛自行車，有車座、背包和控制器。背包內(nèi)裝有高壓氮?dú)猓恐恍涎b有4個(gè)噴射器，能讓航天員做3個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)。這套機(jī)動(dòng)裝置曾在天空實(shí)驗(yàn)室上進(jìn)行過試驗(yàn)。

33.什么是“簡(jiǎn)易出艙活動(dòng)救生輔助裝置”？

上世紀(jì)90年代以后，美國(guó)航宇局為航天員研制了一種新型的機(jī)動(dòng)裝置，稱為SAFER，即“簡(jiǎn)易出艙活動(dòng)救生輔助裝置”的英文縮寫，準(zhǔn)備在國(guó)際空間站上使用。這種裝置主要是作救生用。因?yàn)閲?guó)際空間站上航天員要進(jìn)行大量的太空行走，特別是要安裝許多大型結(jié)構(gòu)件，航天員在太空行走時(shí)雖然都有安全帶，防止航天員遠(yuǎn)離國(guó)際空間站。但萬(wàn)一安全帶斷裂，航天員就永遠(yuǎn)不能返回國(guó)際空間站，成為“遺棄”在太空的一顆“人體衛(wèi)星”。為了防止出現(xiàn)這種情況，確保航天員的生命安全，因此航宇局研制了這種裝置。

這種裝置的體積比載人機(jī)動(dòng)裝置小，高35.6厘米、寬66厘米、厚25厘米，重37.6千克。該裝置也是使用高壓氮?dú)猓惭b有24個(gè)噴嘴。不過它的高壓氮?dú)馄績(jī)H裝有1.4千克的氮?dú)猓苿?dòng)航天員移動(dòng)的速度為每秒鐘3米，使用時(shí)間也不如載人機(jī)動(dòng)裝置長(zhǎng)。該裝置也是放置在生命保障系統(tǒng)背包上。通過安放在航天服胸前的控制器，航天員可以向任何方向轉(zhuǎn)動(dòng)和前進(jìn)。該裝置也有自動(dòng)姿態(tài)控制功能，將航天員的身體自動(dòng)保持在一定的位置。

34.蘇聯(lián)是否也有載人機(jī)動(dòng)裝置？

蘇聯(lián)航天員在和平號(hào)空間站上也有載人機(jī)動(dòng)裝置，這種載人機(jī)動(dòng)裝置稱為UPMK，1990年俄羅斯航天員太空行走時(shí)曾經(jīng)使用過，存放在量子-2號(hào)艙內(nèi)，因?yàn)橹挥型ㄟ^該艙直徑為1米的艙門才能出艙。該裝置自重218千克，載人后重400千克，機(jī)動(dòng)速度每秒鐘30米。在有安全帶聯(lián)結(jié)的情況下，機(jī)動(dòng)范圍為60米，沒有安全帶時(shí)為100米。

35.航天員在月面上活動(dòng)使用什么機(jī)動(dòng)裝置？

航天員在月面上活動(dòng)與在空曠的太空中活動(dòng)完全不同，他們所用的機(jī)動(dòng)裝置也不同，在月面上和在火星表面上航天員使用的是“機(jī)動(dòng)車”。美國(guó)和蘇聯(lián)曾經(jīng)為航天員研制出多種準(zhǔn)備在月面上使用的“機(jī)動(dòng)車”，如月球摩托車、月面飛行平臺(tái)、雙人月面飛行器和單人太空行走服務(wù)車等。不過這些東西大部分都是處于試驗(yàn)階段，并沒有在月球上真正使用過。真正在月球上使用過的是后來(lái)研制成功的“艙式小推車”和“月行車”。

艙式小推車是月行車的前身，僅在阿波羅14號(hào)使用過，后來(lái)被月行車取代，因此從阿波羅15號(hào)至17號(hào)均是使用月行車。艙式小推車實(shí)際上就是一輛兩輪小推車，自身很輕，僅重13.6千克，但能載重163.29千克的月球標(biāo)本。這種小車其實(shí)不是小推車而是小拉車，由航天員用手拉，但由于航天員穿著加壓的月球服，行動(dòng)不便，因此拉起這種車來(lái)非常吃力。