太空行走有多難？

文／龐之浩

7月4日11時02分，航天員劉伯明、湯洪波身著中國自主研制的新一代“飛天”艙外航天服，先后從天和核心艙的節點艙成功出艙。接著，他們在機械臂的支持下相互配合，在艙外完成了抬升艙外全景攝像機位置的任務。7月4日14時57分，經過約7小時的出艙活動，神舟十二號航天員乘組密切協同，圓滿完成出艙活動期間全部既定任務，航天員安全返回天和核心艙，標志著我國空間站階段航天員首次出艙活動取得圓滿成功。

航天員為何要出艙

簡單地說，太空行走主要有六大用途：一是在太空組裝、擴建空間站；二是在太空維修、維護航天器；三是回收、維護與釋放衛星；四是完成一些科研任務；五是進行緊急太空救援；六是載人登月和載人登火星等。所以，太空行走很重要。

美國曾通過太空行走修復了剛一發射上天就出現重大故障的“天空實驗室”空間站，使它“起死回生”。蘇俄航天員則多次出艙活動修理“和平號”空間站，使它轉危為安。當前在軌運行的“國際空間站”更是由航天員通過多次太空行走才完成在軌組裝的。美國還通過太空行走5次維修“哈勃空間望遠鏡”等衛星，使它們延年益壽。美國“阿波羅”登月航天員在月面行走時完成了多項科學實驗。

隨著太空行走技術的發展，太空行走的方式也越來越多。按出艙活動的目的和任務可分為4種：第一種是驗證類出艙活動；第二種是組裝類出艙活動；第三種是維修類出艙活動；第四種是有效載荷類出艙活動，即回收、修理和釋放衛星或在月面安裝實驗裝置、采集月巖標本等。

2008年，航天員翟志剛進行的我國第一次太空行走屬于驗證類出艙活動，而這次神舟十二號航天員進行的太空行走屬于組裝類出艙活動或有效載荷類出艙活動。由于這次太空行走時間長很多，而且要完成復雜的艙外安裝任務，包括進行首次人和機械臂的協同配合，用機械臂把航天員載到艙外作業點附近工作，所以難度比翟志剛首次太空行走大不少。

此次航天員出艙活動，3名航天員都有明確分工。指令長聶海勝負責在艙內操作機械臂。出艙有兩名航天員，劉伯明要為機械臂安裝上臂支架，包括腳限位器、工具臺等，隨后借助機械臂進行移動；湯洪波借助艙壁上安裝的扶手，爬行一段距離到作業點進行輔助工作，其間還要進行一次應急返回驗證。

“飛天”艙外航天服長啥樣

出艙前航天員必須通過載人航天器上裝的一個小艙室——氣閘艙才行，否則不僅會使整個艙內的所有氣體迅速泄光，造成氣體大量浪費，而且航天員也會由于壓差突然變大而得減壓病。

我國今年發射的空間站天和核心艙的節點艙兼有氣閘艙的功能，供今年出艙的航天員使用，其上方有一個出艙口。天舟二號貨運飛船已為核心艙運去了兩套第二代“飛天”艙外航天服，然后由神舟十二號航天員取出來送到節點艙內組裝。等到明年發射了“問天”實驗艙后，由于該艙配有主份氣閘艙，所以到時可從那里出艙。

由于人一旦暴露在太空中將面臨失壓、缺氧、低溫和輻射損傷等危險，因此航天員出艙時必須穿艙外服，從而把身體與太空惡劣環境隔離開來，并向航天員提供一個相當于地面的環境。艙外服其實就是一種微型載人航天器。

有的艙外服裝有飲用水袋和食物，供長時間太空行走的航天員飲用。由于穿了艙外服后手伸不到臉部，所以有的艙外服中還有搔癢工具。艙外服內有“尿不濕”，在太空行走期間可以小便，但一般不能大便，所以出艙前一般吃低產氣、低纖維、高能量密度的食品。

翟志剛2008年穿的第一代“飛天”艙外服配有生命保障系統背包。它從內到外分6層：舒適層、備份氣密層、主氣密層、限制層、隔熱層、外防護層，具備防輻射、溫度調節和壓力調節等功能，還有完備的生命保障系統。

穿“飛天”服時要先把臀部放在航天服的背包沿上，接著雙腿伸進航天服的下肢，然后關閉背包門，把自己裹在龐大的艙外服中。

這次神舟十二號航天員是穿著進行了大量改進與升級的新型“飛天”艙外服。例如，它可支持更長時間的艙外活動，從第一代“飛天”艙外服的4個小時增加到8個小時；航天服頭盔上配有攝像機，可以全程記錄航天員艙外操作過程；重復使用次數更多，關節處更加靈活，航天員戴著手套由第一代可以握持直徑為25毫米的物體提升為握持直徑大約為5毫米的物體。艙外服的整體效能、可靠性、舒適性有了進一步提高，艙外服的操作動作和信息識別更加迅速、準確，科技感更強，同時具有中國的審美識別性。

如何訓練太空行走

太空行走技術非常復雜，因此必須進行大量的訓練。其中最重要的訓練是在水槽中進行，因為這種方法可以給航天員提供模擬失重的訓練環境，是最為有效的訓練手段。

我國航天員中心的中性浮力水槽呈圓形，直徑23米，深10米，為亞洲最大。在水槽訓練時，需通過調整航天員水槽訓練服上的配重鉛塊，使航天員既不浮上來也不沉底，從而模擬失重環境的操作效應。

水槽內有個1∶1的核心艙模型。通過中性浮力水槽訓練，可使航天員體驗和熟練掌握模擬失重狀態下身體的運動與姿態控制，以及出艙活動操作的特點、方法、技巧和技能，包括開關艙門、出艙和進艙、艙外行走、艙外作業等單項操作技能訓練，還有安裝新的設備、修理和更換部件以及艙外救援訓練等。由于太空行走技術非常復雜，所以凡是要在艙外進行的操作，一般都要在水槽內練習60次左右。

在太空失重環境中，航天員要靠手把扶住周圍的某些物體，用手“走”，因此需要航天員的上肢肌力和耐力較大，這就要求航天員在飛行前要加強上肢力量的鍛煉。神舟十二號乘組加強了體能訓練、上肢力量訓練和核心力量訓練。航天員在水槽里訓練時，要穿200多公斤的水槽訓練服在水下訓練幾個小時，最初訓練結束后累得連筷子都拿不住。另外，男女航天員的訓練標準是一致的，王亞平等兩名女航天員最初也面臨巨大挑戰，但經過訓練后都沒有問題了。所以今明兩年，我國太空行走第一女航天員有可能問世。

太空行走難在哪兒

太空行走技術難點有三個：一是太空無路可走；二是航天員在失重狀態也沒法用腿行走，主要是靠手；三是艙外環境十分惡劣，必須使用復雜而可靠的出艙活動系統來克服空間環境的影響，如果出艙活動系統中某個重要部件出現故障，就有可能危急航天員的生命安全。

另外，在太空中行走時人體運動和作業規律完全不同于地面，也有別于艙內，所以要掌握在太空中的運動與控制技術，最重要的是讓航天員在失重狀態下將身體保持在一定的位置。靠手把扶住周圍的某些物體。因此航天員手、手腕和手臂的肌力和耐力十分重要，這就要求航天員在飛行前要加強手、手腕和手臂肌力的鍛煉。在航天器里外都安裝了一些扶手，航天員可用手握住一個一個扶手來回移動身體。

其實，航天員進行太空行走時大部分時間是從一個工作位置移動到另一個工作位置，因此在太空行走中如何有效地進行身體移動是一項非常重要的技術。

在太空失重環境中移動身體，關鍵的是要慢、要小心謹慎、要不慌不忙，同時要控制好自己的身體，不要接觸到任何飛行中的物體，不要快速移動，否則會產生不必要的旋轉……

太空行走與在模擬失重水槽中的訓練還不完全相同。在水槽中訓練時，由于水的阻力較大，所以航天員做動作時比較緩慢。但是在太空行走中沒有阻力，動作靈活性增強而容易，比如擰一個螺絲，如用勁太大可能跟著旋轉。

所以在移動身體和操作時要慢一些，在太空中控制和移動身體跟在地球上還是不一樣的，需要航天員去體驗，真正的情況只有在太空實際操作中才能體會。

太空行走曾出現過哪些險情

至今，雖然在太空行走中沒有出現過人員傷亡的情況，但還是遇到了許多危險。其中最危險的一次就是1965年“太空行走第一人”列昂諾夫出艙后，因艙外服的限制層發生故障，使服裝鼓了起來，差點沒能返回艙內。

在太空特殊環境下，航天員容易得空間運動病，對太空行走影響較大。1969年3月，“阿波羅九號”航天員施韋卡特在升空第二天準備出艙時突然嘔吐，這表明他患了空間運動病，為此推遲了出艙的時間。因為如果在太空行走過程中嘔吐，嘔吐物會飄在頭盔內沒法處理，并可能被航天員吸入肺中造成嚴重后果。為了減少空間運動病的影響，現在航天員一般是在上天后的第三天才太空行走。

氣閘艙艙門的好壞直接關系到航天員的生命安全。1990年7月17日，兩名俄羅斯航天員經過“量子號”氣閘艙走出“和平號”空間站，他們在氣閘艙還未完全減壓到0時就打開了艙門，結果在艙門打開時艙內氣體涌了出來，損壞了門的鉸鏈，最后只能通過應急氣閘艙關閉了內艙門。

最常見的問題大都與艙外航天服故障有關。2013年7月16日，意大利航天員帕爾米塔諾在太空行走時由于突遇頭盔漏水故障而差點兒被水淹死，后來他使用安全繩才把自己“拉”回了國際空間站氣閘艙內艙門。

最令人頭疼的是人為失誤對太空行走所造成的影響。1977年12月20日，聯盟二十六號航天員格里奇科在氣閘艙內輔助羅曼連科進行太空行走。當羅曼連科把頭伸出艙門外，身體即將離開空間站時，格里奇科發現他沒有系安全帶，并手疾眼快地一把拽住了他。實際上羅曼連科還是系了安全帶，只不過后來松開了。

簡言之，太空行走技術正方興未艾，未來主要突破是在小行星和火星上的太空行走技術，研制出既安全可靠又輕便靈巧的新型艙外航天服。