圖解世界載人航天發展史（二十四）

文/ 邸乃庸

航天員安全

艙外航天服為低壓體制，只有大約1/3大氣壓，為了防止在低壓環境中航天員身體中溶解在血液里的氮氣游離出來，形成氣栓堵塞血管，出現減壓病，需要將身體內的氮降低到一定程度。方法是吸純氧置換出身體內的氮，這個過程稱為“吸氧排氮”（左圖），大約需要3小時。俄羅斯的艙外航天服氣體壓力為40千帕，較高的壓力使出艙前的吸氧排氮時間縮短為30分鐘。

在國際空間站上，將探索號氣閘艙設備艙內的氣體調整為吸氧排氮狀態，航天員在此睡眠，睡眠過程中即可完成吸氧排氮（右圖）。

航天員在艙外工作具有一定風險，主要來自三個方面：身體出現異常癥狀、航天服故障、身體飄離航天器。因此，從便于工作和確保安全兩個方面考慮，艙外活動一般由兩名航天員同時進行，兩人可以相互協作，有利于工作的完成，一旦一人出現意外情況，另一人可以提供幫助（左圖）。右圖為航天員在太空中進行救援演練。

利用艙外航天服內的測量和通信系統，艙外活動全過程一直保持艙外航天員間、與艙內航天員及地面控制中心人員間的通信聯絡，航天員身體生理參數和航天服工作狀態實時傳送到地面控制中心。左圖為國際空間站內航天員保持與艙外活動航天員聯系。

艙外航天服前面設置有兩根安全繩索及掛鉤，航天員艙外活動全過程中不得脫離航天器，時時刻刻都要通過安全繩索與航天器相連（右圖）。

國際空間站有許多艙外設備和組件需要安裝，也都是由航天員進行艙外活動來完成的。左圖為航天員在構架結構上安裝兩套通信系統的GPS天線；右圖為航天員在遙控機械臂的幫助下，準備安裝設置在構架結構軌道上用于幫助航天員和設備移動的機動運輸車。

艙外活動工作

航天員的艙外活動工作主要包括組裝太空設施、維修太空設施、空間科學實驗和施放、回收衛星。迄今為止，航天員進行艙外活動取得的最輝煌成就，就是在太空組裝國際空間站這座太空大廈。可以說，沒有航天員的艙外活動，就不會有現在的國際空間站。

左圖為航天員到達聯合號節點艙與曙光號功能貨艙對接處，進行8組電源電纜和通信電纜連接及設備安裝工作；右圖為航天員在S5構架結構和S3/S4構架結構連接處工作。

維修太空設施是航天員艙外活動的一項重要工作。航天飛機曾5次進入太空執行對哈勃空間望遠鏡的維修任務，使其自1990年4月由發現號航天飛機攜帶進入太空后，迄今已經運行了近30年，獲得了探索宇宙的輝煌成就。左圖為航天員使用遙控機械臂將哈勃空間望遠鏡捕獲置入航天飛機貨艙，準備對其進行維修。

發射國際通信組織衛星VI時，因火箭出現故障，衛星沒有進入預定軌道。航天員在太空對衛星實施“救援”，航天員手持捕獲裝置，獨自朝向衛星移動并成功捕獲衛星（右圖），隨后將其固定在航天飛機貨艙內，更換了發動機后，又將其施放至太空，衛星進入預定軌道，起死回生。

自從哥倫比亞號航天飛機因防熱層受損導致失事慘劇后，航天飛機增加了在太空檢查、修補防熱層的程序。左圖為航天員對航天飛機軌道器前段底部防熱瓦進行檢查。

巨大而復雜的國際空間站在運行過程中出現一些故障是難免的，有些故障需要航天員到艙外去處理。右圖為航天員到艙外去更換出現故障的力矩陀螺儀。

在國際空間站組建前，進行了一系列空間站使用的設備與機構試驗，在國際空間站上安裝的吊臂也進行了先期試驗。航天飛機在太空運行期間，航天員將吊臂安裝到軌道器貨艙艙壁上，進行吊臂功能試驗（左圖），確認其工作正常后，才將其安裝到國際空間站艙外使用。

在空間站外面安裝和回收試驗裝置，已經成為航天員艙外活動經常性工作之一。右圖為安裝在國際空間站艙外的材料試驗裝置，幾百個材料樣品直接暴露在太空環境中，進行材料長期暴露試驗。

施放與回收衛星也是航天員艙外活動的工作之一。左圖為航天員將一顆幾天前通過航天飛機施放的用來記錄太陽風和日冕數據的衛星回收至航天飛機貨艙（圖中金黃色部分），準備帶回地面。

一些造價昂貴的大型衛星在太空出現故障，又難以在太空維修，航天員就出艙將衛星回收至航天飛機貨艙，帶回地面維修，維修完畢后，再用航天飛機將其帶入太空施放。右圖為航天飛機施放維修好的大型通信衛星，衛星以自旋方式穩定，從貨艙內的施放裝置上緩緩脫離軌道器，進入太空。

機器人

美國宇航局研制了一種機器人航天員——Robonaut R2（簡稱“R2”），它擁有一雙像人類一樣靈活的手臂，雙手能應付各種復雜的操作，這種特殊的機器人未來有可能取代航天員完成艙外比較危險和重復的航天作業任務。

R2使用頭、軀干、手臂和靈巧的手執行任務，可以應用航天員在艙外活動中所使用的工具。它使用雙手抓握航天員艙外活動用的扶手移動“身體”（左圖），到位后，移動腿使腿端頭進入到固定裝置內鎖定，騰出雙手來工作（右圖）。

在美國約翰遜航天中心對R2進行了測試，以便對R2進行各項評估。一位身著艙外航天服的航天員對R2進行艙外組裝設備測試，在測試過程中，航天員通過語音與R2進行交談。

R2在艙外活動中可以使用航天員在艙外活動中將身體與航天器連接的安全繩索掛鉤，將自己的“身體”與航天器連接起來，避免脫離（左圖）。當工作環境進入夜間時，R2還可以使用手電筒照明，使自己看清工作場所（右圖）。