這些炫酷神器助力航天員太空出艙

文/ 賀喜梅

7月4日，在慶祝中國共產黨成立100 周年之際，中國空間站任務再次迎來大考。在航天員聶海勝的配合下，劉伯明、湯洪波身著艙外航天服，首次打開天和核心艙的大門，亮相在茫茫宇宙。

此次出艙，航天科技人員們為神舟十二號載人飛船乘組配備了哪些炫酷神器呢？

微型航天器+無線WiFi：盡可能舒適靈活

此次出艙活動一個多月前，天舟二號貨運飛船從中國文昌航天發射場出發，將重約6.8 噸的貨物送到中國空間站，這其中就有兩件重達200多斤的“飛天”艙外航天服。

艙外航天服是一種微型載人航天器，既能滿足航天員生命保障需求，又能實現艙外移動。此次用來執行出艙任務的艙外航天服高2 米左右，科技含量比以前更高，關節更靈活，支持出艙時間也更久——從以前的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。

通過視頻畫面，人們發現與13年前出艙的神舟七號航天員不同，此次出艙，航天員與艙體之間不再有電臍帶連接。這是因為艙外航天服已實現供氧和溫度、壓力控制，減輕了航天員艙外活動的負擔，使其活動范圍更廣、更靈活。

▲ 航天員聶海勝艙內操作

此外，航天員在進駐核心艙的第二天，就已建立起艙上WiFi 環境，以便于天地通信和數據傳輸。據中國空間技術研究院空間站系統總體副主任設計師湯溢介紹，以空間站為中心，半徑40 米范圍內的周邊都可以共享“天和”的網絡。

因此，艙外航天員的視頻畫面、語音通話、生理參數等數據都可以實時傳輸到艙內和地面，并且減少了有線設備的繁瑣，使航天員活動更加靈活。

空間機械臂：太空行走專有“坐騎”

空間站系統副總設計師朱光辰曾將空間站形象地比喻為三室兩廳還帶儲藏間的“豪宅”。豪宅固然住著舒服，維護起來卻也有些費勁兒。

空間站天和核心艙長16.6 米，艙內空間達50 立方米。在艙外，航天員處于失重狀態，再加上艙外航天服的加壓，活動起來十分不便。

為此，科研人員為航天員研制了專有“坐騎”——空間機械臂，免去了攀爬環節，為航天員節省不少體力。“最重要的是釋放了雙手，讓航天員能干更加有意義的事兒。”湯溢說。

這個走起來形似圓規的空間機械臂，展開約10 米。它有一個大腦——中央控制器、兩只腳（手）——末端執行器，還有7 個關節、7 個自由度，苗條身材相當靈活。在核心艙表面，有很多凹進去的小圓圈，這是目標適配器，也是機械臂落“腳”的地方。行走時，機械臂一只腳踩在目標適配器上，另一只腳向前移動，踩上另一個目標適配器后，前一只腳再移動。

“可以說，這兩個末端執行器互為手腳。”空間站系統副總指揮敬錚說，“腕部和手腳位置都有相機，在爬行過程中就可以對艙外的散熱裝置、對接機構、太陽帆板進行照相，說白了就是對艙表狀態進行巡檢、監視。”

說到“坐騎”，空間站系統副總師侯永青介紹：“我們研制了一個叫腳限位器的設備，它有點像咱們滑雪用的滑板。把它裝在機械臂上，人站在上面，通過機械臂爬行到指定位置。”湯溢補充說：“腳限位器可以通過踮腳、左右腳用力實現前后、左右傾斜。”

此外，空間機械臂還可以捕獲靠近的航天器、搬運艙外貨物、組裝和維修艙外設備，是目前我國智能程度最高的空間智能制造系統。湯溢介紹，精細化動作例如擰螺絲，機械臂操作不了；但大型載荷移動、組裝，人操作不了。兩者配合，可以實現1+1＞2的效果。

▲ 航天員湯洪波手動爬行至全景攝像機抬升點

太空“眼睛”：艙外活動實時可見

距地面400 公里處，神舟十二號載人飛船、天和核心艙和天舟二號貨運飛船在茫茫太空中飛行，攝像機成為地面工作人員唯一的“眼睛”。300攝氏度左右的溫差、真空失重、強輻射環境使太空生存充滿危機，24小時不間斷監視將在必要時刻為航天員贏得一線生機。因此，太空“眼睛”顯得尤為重要。

在航天員出艙活動中，除了艙外航天服自帶的攝像機之外，天和核心艙也配備了多種相機，確保航天員無論何時、身處何處都能被“看”到。

僅在出艙過程中，就有3 種攝像機充當地面工作人員的太空“眼睛”——節點艙高清攝像機、艙外定向相機和安裝在小柱段的全景攝像機。

“節點艙高清攝像機可以看到航天員從艙內到艙外的行走過程，全景攝像機可以看到航天員剛出艙時的狀態。這3 種攝像機均具備1080p 或以上分辨率的高清監視功能。”上海航天技術研究院全景攝像機主任設計師徐起介紹。

特別值得一提的是擁有“四只眼”的全景攝像機，它的水平方向有4 個鏡頭，可以水平360 度、垂直100度全景成像，并且實時拼接輸出視頻畫面。

人世間有一種唯美叫“陪你看日出日落”。在太空中，這種唯美畫面航天員一天可以經歷16 次。但對全景攝像機來說，這未必是件好事——太陽很可能頻繁進入全景攝像機的視場，使畫面曝光過度。“我們設計了一種自動曝光算法，可以適應不同場景的光線明顯變化。”徐起說。

據悉，核心艙共配有4 臺全景攝像機。機械臂轉移航天員的過程，地面也能通過全景攝像機看到。此次出艙，航天員的一項重要工作內容就是將其中一個全景攝像機進行抬高，使其具備更佳的視角。

此外，艙外照明設施、攀爬用扶手分布也都經過了細心設計。可以說，你想到的、想不到的，科研人員都想到了。畢竟這場太空行走，不只是劉伯明和湯洪波全力以赴的一場戰斗，也是艙內的聶海勝和地面上成千上萬航天科研工作者全力以赴的一場戰斗。★