“神器”助出艙

楊斯爽

2021年7月4日，神舟十二號航天員乘組密切協(xié)同，圓滿完成了設備組裝、全景相機抬升等出艙活動期間全部既定任務，我國空間站建造階段航天員首次出艙活動取得圓滿成功。出艙活動是什么？是航天員在太空自由翱翔嗎？艙外航天服中藏著哪些奧秘呢？

出艙活動和太空行走是一回事嗎？

出艙活動也稱艙外活動，指的是航天員從飛船、空間站等艙體內(nèi)出來，靠自己攜帶的簡便裝備在太空或是其他天體表面進行活動，隨后返回飛船或空間站的一系列過程。

實際上，太空行走只是出艙活動的一種。按照出艙場所的不同，出艙活動可以分為在太空中進行的出艙活動和在其他星球表面進行的出艙活動。在太空中進行的出艙活動，就是我們通常所說的太空行走;而在其他星球表面進行的出艙活動，被稱為“外星球行走”。比如在月球上出艙就稱為“月球行走”，它還有一個浪漫的名稱是“月球漫步”，聽起來是不是更科幻了？

航天員出艙之前要做哪些準備？

中國空間站的天和核心艙分為節(jié)點艙、生活控制艙和資源艙三部分，神舟十二號航天員是在節(jié)點艙中準備并進行出艙活動的。當航天員劉伯明、湯洪波進入節(jié)點艙并關閉艙門后，節(jié)點艙就變成了一個密閉的艙室，航天員會在這里組裝和測試艙外航天服，確認沒有問題后就可以穿上艙外航天服。

在這個過程中，節(jié)點艙內(nèi)的艙壓是接近地面環(huán)境的約1個大氣壓，但太空環(huán)境的氣壓極低，內(nèi)外壓力差巨大，直接打開艙門很可能會導致艙門在解鎖瞬間就被艙內(nèi)的巨大壓力彈飛，甚至航天員也有可能被彈到遠離空間站的太空中。如果覺得不好理解，同學們可以回想一下，開罐頭食品時，罐頭中的氣壓低，而罐頭外的氣壓高，罐頭外的高氣壓壓著罐頭的蓋子，不好打開。一旦罐頭被打開，內(nèi)外氣壓平衡一致，再次關閉打開就沒那么困難了。

所以，為了保護航天員的安全，節(jié)點艙需要進行壓力調(diào)節(jié)，直到節(jié)點艙的艙壓與太空中的氣壓差不多后，才能打開艙門。然后航天員就可以進行出艙活動了。出艙任務結束后，航天員回到空間站中，還需要執(zhí)行與上面相反的程序。

什么是吸氧排氮？

由于空氣中氮氣占了約78%，所以在地球上正常呼吸就會使人體內(nèi)儲存許多氮氣。出艙活動前航天員要吸氧，在吸氧的過程中，航天員體內(nèi)的氮氣就會被逐漸呼出體外，也就是吸氧排氮。為什么要這樣做呢？當外界環(huán)境的壓力快速下降時，人體內(nèi)的氣體，比如氧氣、氮氣等就會自發(fā)排出體外。氧氣排出對人體沒有影響，但氮氣排出會導致皮膚發(fā)癢、關節(jié)肌肉疼痛、咳嗽、胸悶等癥狀，這就是減壓病的表現(xiàn)。因此，在出艙活動前，航天員都需要進行吸氧排氮，預防減壓病。

世界上最具科技感的服裝

出艙后，保護航天員的重任就完全落在了艙外航天服“肩上”。艙外航天服包括航天服本體、測控通信系統(tǒng)以及背包式環(huán)控生保系統(tǒng)。

我們先來看看我國航天員穿著的“飛天”艙外航天服本體，它包括服裝、頭盔、手套和航天靴等。服裝和手套屬于軟結構，從里到外有十多層，能夠為航天員的身體保溫，同時保護航天員免受太空空間環(huán)境及流星等危險因素的侵害。

其中比較有意思的是液冷服，它是航天員進入艙外航天服前穿著的那件藍色的衣服。由于航天員在太空行走時十分耗費體力，身體會產(chǎn)生許多熱量，為了保證舒適，就需要為身體散熱。液冷服上布滿了塑料細管，全部展開的話長度將達到100米左右。航天員穿著液冷服時，塑料細管內(nèi)將流通冷卻液，帶走航天服內(nèi)多余的熱量，使航天員在艙外工作時也能保持身體干爽舒適。

此外，航天服還在肩、肘、腕、膝、踝等關節(jié)處使用了氣密軸承，使航天員的手腳可以隨意轉動的同時嚴格保證氣密性。所以，重達130千克的“飛天”艙外航天服可以說是重而不笨，行動靈活。

出艙戴著“太陽鏡”

“飛天”艙外航天服的頭盔由頭盔殼、面窗結構和頸圈等構成。其中，面窗有四層，最內(nèi)層是兩層壓力面窗，中間充斥著氮氣，能夠隔熱、防結霧，保證航天員視野清晰;然后是防護面窗，進一步保護著航天員的視野;最外層金色的是濾光面窗，相當于航天員的“太陽鏡”，當航天員在太陽能夠照射到的區(qū)域出艙時，就可以放下濾光面窗，保護眼睛。

神秘的“大背包”

航天員劉伯明、湯洪波出艙活動時，都背著一個巨大的包。在出艙活動中，這個“大背包”到底起什么作用呢？

艙外航天服實際上相當于穿在身上的載人飛船，不僅要保護航天員的身體安全，還要為航天員在太空環(huán)境中生存提供保障。航天員劉伯明和湯洪波背在身上的“大背包”，實際上就是“飛天”艙外航天服的背包式環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)，簡稱環(huán)控生保系統(tǒng)，可以直接給艙外航天服通風、供氧、供水，還可以控制航天服內(nèi)的氣體環(huán)境，保證航天服內(nèi)的環(huán)境舒適，滿足航天員出艙時的需要。

“大背包”——環(huán)控生保系統(tǒng)，不僅能夠有力地保護航天員，它的設計還十分貼心，操作起來非常便利。當“大背包”內(nèi)的一些儀器設備，比如氧氣瓶、電源、無線電通信設備等出現(xiàn)問題時，航天員可以在軌維修，更換零件。

此外，“飛天”艙外航天服還配備了測控通信系統(tǒng)，不僅支持著航天員在艙外活動時與艙內(nèi)通信，而且能夠監(jiān)測和傳輸航天員出艙活動期間的各項生理信號，例如系統(tǒng)的計算機和傳感器可以測量出艙航天員的血壓、脈搏，航天服內(nèi)的溫度、壓力等，這些數(shù)據(jù)將先傳回空間站，再由空間站轉發(fā)至地面，以便地面人員及時掌握航天員的狀況。

神舟十二號航天員的出艙活動檢驗了我國新一代艙外航天服的功能性能，航天員與機械臂協(xié)同工作的能力，以及出艙活動相關支持設備的可靠性與安全性，為空間站后續(xù)出艙活動的順利實施奠定了重要基礎。

了解了出艙活動與“飛天”艙外航天服的知識，你是不是更向往在太空漫步了呢？也許有一天，你會進入太空，成為航天英雄;也許有一天，航天員會穿著你設計的航天服遨游太空。不論哪一種未來，中國航天都期待著有你參與！

（責任編輯? 高博）