太空行走步步穩健

周岫彬

航天員進駐“太空之家”，在空間站里“安居樂業”，執行各項科研任務。為了讓空間站順利完成建造及穩定運營，執行出艙任務也成為航天員的一種常態。出艙活動的航天員要面臨超低溫、宇宙射線、真空環境、太空垃圾等考驗，他們要如何應對，又有哪些“黑科技”在保障航天員的安全呢？

太空中航天員的出艙活動被稱為太空行走，是指航天員穿著艙外航天服離開載人航天器乘員艙，進入太空的行為。一般分為兩類：基于太空軌道的出艙活動，如空間站和載人飛船;基于地外星球的出艙活動，如登陸月球、火星等。出艙活動是載人航天活動的重要組成部分，也是載人航天的一項關鍵技術。

出艙活動使航天員直接進入太空，消除了航天器艙壁對航天員的限制，大大拓展了人類在太空的活動范圍。通過出艙活動，航天員在航天器艙外執行組裝、維修、實驗、建造、生產、釋放衛星等各種任務，讓人類更好地認識太空、進入太空，開發和利用太空資源。

主要驗證出艙活動系統的可行性、安全性和可靠性的相關技術，如驗證新一代航天服等出艙相關裝備和產品。

主要包括小型航天器的回收、修整與釋放，艙外設備轉移、安裝、維護與管理，空間設施的組裝、維修與建造，緊急太空救援，月面工作、登陸火星工作及地外星球的科研、生活設施建設等。

主要有天文觀測和對地觀測，空間生命科學和生物技術實驗，空間流體力學實驗，空間材料加工實驗，微重力科學實驗，空間生活技術實驗。

2003年執行神舟五號載人飛行任務時，航天英雄楊利偉返回地面后的一句“感覺良好”令人振奮。2008年，執行神舟七號載人飛行任務的航天員翟志剛出艙時遇到兩次突發狀況，把艙門撬開之后，他的一句“我已出艙，感覺良好”令人安心。

“感覺良好”，已成為中國航天員出艙時報平安的“傳統”用語，也成為中國開啟空間站時代之后我們經常能聽到的“熱詞”。

時間來到2021年，執行神舟十三號載人飛行任務的航天員葉光富、翟志剛、王亞平組成“感覺良好”三人組，圓滿完成了各項出艙任務。這句話聽起來很輕松，但要實現讓航天員“感覺良好”的出艙活動卻并不容易。

由于太空是一個微重力、高真空、強輻射、冷黑的環境，航天器或航天服在太陽照射時溫度可高于100攝氏度，無太陽照射時溫度降至零下200攝氏度，還可能遭遇微流星體（宇宙空間細小的巖石顆粒）的撞擊等。

另外，航天員在微重力環境中要穿著并操作重達130千克的艙外航天服，開展各種工作時還會遇到諸多困難，對航天員的身體和心理都是巨大挑戰。太空行走要求航天員有強健的體魄、優良的心理素質、對特因環境的耐受力，并掌握載人航天基本知識和技能、出艙活動專業知識和技能。因此，太空行走是一項具有極高技術含量的活動。

靠得住的“大力士”

——天和機械臂

空間站組合體體積龐大，航天員的出艙作業量繁多，難度大。這時候就需要天和機械臂來輔助航天員出艙作業。

天和機械臂是模仿人類手臂設計的，由兩根臂桿組成，對應人體的大臂、小臂。兩根臂桿的展開長度可達10.2米，在肩部、肘部、腕部設置了7個可靈活轉動的關節。天和機械臂不僅靈活，還是一個“大力士”，其末端可承載25噸重物。在天和機械臂末端可以安裝腳限位器，航天員出艙后只需站在腳限位器上，機械臂便可安全平穩地將他們送至目標位置，實現航天員在艙外的大范圍轉移，輔助航天員執行艙外作業任務。這不僅能節省體力，還可以解放航天員的雙手，使得艙外作業效率更高。

艙外航天服里的“黑科技”

艙外航天服需解決防輻射、溫度控制、壓力調節、供氧、供電、通信、通風、動力等各種問題，需要支持人體長時間在太空環境下開展各項作業，保障航天員的生命安全。艙外航天服實際上是一個小型航天器，主要包括服裝、頭盔、手套以及航天靴。其中服裝部分最為復雜，是由排泄物收集裝置和舒適層、液冷通風層、加壓氣密層、限制層、隔熱層和外防護層組成的6層結構。艙外航天服是一個跨專業融合的高科技復雜巨系統（組成系統的元素數量大且種類多，它們之間的關系復雜并有多層次結構時，被稱為復雜巨系統），反映了一個國家的科技實力。中國自主研制的第二代飛天艙外航天服已經達到國際先進水平。

克服太空常見病——減壓病

人體在環境氣壓快速下降時，組織、體液中溶解的氮氣呈現過飽和狀態，如果溶于體內的氮氣由于氣壓降低不能隨呼吸排出，而是逸出到皮膚、關節、肺部、血管、神經系統等組織，就會形成氣泡而產生病癥。其主要表現為關節疼痛、皮膚瘙癢、蟻走感、冷熱感、呼吸壓迫感、干燥感、頭痛、神經麻痹以及肌肉抽搐等。

一般艙外的氣壓不超過0.5個標準大氣壓，航天員如果直接進入艙外環境，會因氣壓快速下降而導致減壓病。因此，航天員在出艙過程中，需要先進入氣閘艙，氣閘艙將緩慢泄壓、航天服加壓充氧。航天員出艙前預先吸入純氧，以此降低肺泡中的氮氣分壓，氮氣被逐步呼出體外，同時溶解于組織和體液中的氮氣將向血液中彌漫，最終通過循環系統和呼吸系統排出體外。通過多次吸氧排氮，將體內的氮含量控制在安全范圍，航天員即可避免太空減壓病了。

后續，中國航天員還將開展次數更多、更為復雜的出艙活動，相信在飛速發展的空間技術的支持下，他們能交出更優異的成績單。

?艙外航天服功能示意圖?（繪圖/ 飛飛）

安裝艙外航天服，先把各部分組合成一件完整的艙外航天服，再把凈化器、氧氣瓶、電池、無線電遙測裝置等可更換部件裝在艙外航天服上。

進入氣閘艙，關閉氣閘艙與核心艙艙門，穿液冷服、艙外航天服，對服裝進行調整、氣密性檢查和性能測試。

航天員吸氧排氮，給艙外航天服加壓，同時氣閘艙緩慢泄壓，最后將艙外航天服加壓至40千帕（人體能夠承受而又保證靈活性與氣密性的壓力值）。

當氣閘艙減壓至20千帕時解鎖并打開艙門，航天員按計劃執行出艙任務。出艙時，一般會借助把手、扶欄和助力裝置，來固定身體、維持姿勢和發力操作，系繩防止飄失。神舟十二號、神舟十三號載人飛船在執行出艙任務時，就采用了帶腳限位器的機械臂輔助和自行攀爬作業兩種方式。

航天員完成出艙任務后返回氣閘艙，執行一套反向程序，關艙門、增壓、脫艙外航天服、換艙內航天服、打開雙向艙門，最后回到核心艙內的工作位置。