论文部分内容阅读
编者按：我国已正式宣布，将于今年下半年发射神舟七号载人飞船，进行首次航天员出舱活动。本刊将从此期开始开辟“期盼‘神七’巡天”专题报道，陆续刊登有关介绍航天员出舱活动的文章，以飨读者。
出舱活动，俗称“太空行走”，是指航天员离开载人航天器座舱，到开放的太空中活动，从更广的意义上说，也包括在其他天体表面上的活动。
人在太空中处于失重状态下是无法行走的，只能是飘来飘去；在其他天体上也只有在具有固态表面，如月球、火星等类地行星上才能行走。
1965年3月，苏联航天员列昂诺夫完成了人类航天史上首次出舱活动，在开放的太空中停留了12分钟。次年6月，美国航天员怀特走出座舱，在外面呆了20分钟，实现了美国航天员首次舱外活动。当时两国航天员出舱活动的目的主要是为了在太空竞赛中争取“第一”。不过，出舱活动的实现标志着人类的载人航天迈上了一个新台阶。
航天员为什么要出舱？
太空是一个对人体有致命伤害的环境。人们开展出舱活动的根本目的，不是为了太空竞赛，也不是为了在太空漫步，观赏风光，而是有许多特殊的任务，不得不靠航天员到舱外去执行。这些任务包括：
① 将从地面分散运到轨道上的舱段、构件拼接、组装，建造空间站等大型航天器；
② 检测、维修或更换空间站等航天器安装在外部暴露在太空中的仪器、设备和部件，例如太阳电池翼板、通信天线、雷达天线、望远镜等遥感仪器的镜头、探头，探测太阳紫外辐射、粒子辐射、微流星和空间碎片等实验装置；
③ 检查、维修或回收在轨道上发生故障的航天器。
出舱活动的历史功绩
航天员出舱活动曾经为航天活动的顺利开展及航天技术的持续发展，建立过不朽的功勋。
1973年，美国发射了它的唯一的空间站——“天空实验室”。入轨后，发现它的一对太阳电池翼一个在上升时被高速气流冲掉了，另一个被微流星防护罩碎片缠住，伸展不开，无法发电；同时，由于丧失了兼作防热用的微流星防护罩，“天空实验室”内的温度高达50℃。首批航天员到达空间站后，第一桩任务就是到舱外去将防护罩碎片切断，打开太阳电池翼，并把一顶从地面带来的伞状遮阳篷，铺设在“实验室”外朝太阳的一侧，从而使“实验室”开始供电，室内温度降到20℃左右的常温，挽救了濒临报废的“天空实验室”。
1993年到2002年，美国航天员4次在太空修理1990年上天的哈勃空间望远镜，更换有故障的设备、部件，安装先进的新设备，不仅纠正了哈勃空间望远镜在地面制造时隐藏的低级错误，而且提高了观测能力，延长了工作寿命。修复哈勃望远镜是迄今为止航天员舱外活动最突出的成果。
苏联/俄罗斯自1969年以来，联盟号飞船和7个礼炮号空间站上的航天员进行过数十次出舱活动，特别是和平号多舱组合式空间站，由于依靠航天员不断到舱外进行检查、维修、更换陈旧或故障设备，安装新的实验件，使它在太空的工作寿命从原计划的5年延长到15年。
出舱活动必需的保障条件
太空是一个没有氧气、没有大气压力、极端低温、有强烈的电磁辐射和粒子辐射、致人于死命的环境。航天员到开放的太空中活动是一桩既复杂又危险的事情，是一项高难度的综合性技术。为了保证航天员安全、高效地完成出舱活动的各项任务，必须具备先进的技术措施和完善的保障条件，主要有：供出舱活动穿的航天服——舱外航天服；与航天服配套的背包式环境控制与生命保险系统，简称“背包式环控生保系统”；在飞船、航天飞机、空间站等载人航天器中增设气闸舱；载人机动装置；出舱活动的航天员接受地面模拟训练。
舱外航天服
出舱活动的航天员必须从头到脚把自己“全副捂装”起来，与太空隔绝。舱外航天服不仅包括衣裤（服装），而且包括头盔、手套和靴子。
服装由多层组成。最里面贴身的一层是液冷服，外形像一件衣裤联在一起的工装，用有弹性的细管编织成网状，细管内有冷却水循环流动，用于带走身体发出的多余热量；第二层是加压服，有3层：内层用有通风管的尼龙制成，中层与外层之间充气，外层用涂氯丁橡胶的尼龙制成，以维持服装内的气体压力；第三层是限制服，其作用是限制加压服向外膨胀；第四层是防热服，也有多层：最里层是涂铝的聚酯薄膜，中间几层用卡普伦和薄纱罗制成，最外层是服装的外套，也是由涂铝薄膜制成，除防热外，还起着防磨损、防燃烧、防微流星和空间碎片的作用。
服装内还有废物收集器，供紧急情况下，航天员排大小便用。
头盔由头盔壳、面窗和颈圈组成。头盔壳用高强度聚碳酸酯制成，四壁有衬垫、衬垫上镶有细管，并有减震、隔热、消声、通风和供氧的功能；面窗除有开阔的视野外，还有过滤紫外线的作用，以保护眼睛；颈圈是头盔与服装的连接件，有良好的气密性和连接强度。
手套和靴子通过有全密性的腕圈与服装连接。手套按航天员手的大小定做。手指部分有波纹结构，便于操作。靴子有加压靴和外套靴两层：加压靴是服装加压服的延伸，中间用腕圈连接；外套靴则用于防热和防磨损。
背包式环控生保系统或“脐带”
背包式环控生保系统由供氧装置、空气再生系统、温度控制系统、监测系统和无线电通信系统等组成，其功能是，向航天服内输送供氧气和冷却水，维持航天服内的压力和温度，实施通风、散热，以及为航天员提供与载人航天器或地面之间的通信。背包式环控生保系统由身着航天服的航天员背在身上。
舱外航天服与背包式环控生保系统，实际上构成一个微型载人航天器，为航天员提供一个合适的压力、供氧、温度、通风的环境，并提供电力和通信能力，保证航天员能脱离航天器，在开放的太空中生存与执行任务。
早年或初期出舱活动，一般还没有准备好背包式环控生保系统，或者为了减轻航天员的负担起见，用一根由多条管道组成的“脐带”，从母航天器中伸出，连接到航天服上。由母航天器的环控与生保系统通过“脐带”中的管道向航天服输送氧气、压力、冷却水和电力，完成通风、散热，清除废气及提供通信。这根“脐带”是名副其实的出舱活动航天员的生命线。
气闸舱
凡有执行出舱活动任务的载人航天器，无论是飞船、航天飞机还是空间站内，必须设置气闸舱。气闸舱是一种特设的专用小舱室，可供两名航天员同时在里面穿、脱航天服。气闸舱的主要特点是有内、外两扇闸门，内闸门与座舱相通，外闸门与太空相通。航天员欲出舱，先在外闸门关闭情况下打开内闸门，航天员进入气闸舱，穿好航天服后，关闭内闸门，以防止座舱中的空气外泄，然后打开外闸门，走入太空或其他天体表面。
航天员出舱之前必须在气闸舱内完成吸氧排氮——吸入纯氧，呼出氮气的程序。因为座舱内航天员呼吸的是1个大气压的氮氧混合气体，而航天服内提供的大气是1/3大气压的纯氧。当外界压力降低时，人体血液中的氮气会逸出钻入人体其他器官，引发减压病。所以在穿航天服之前，先吸入氧气，排出氮气，使身体适应航天服提供的低气压环境。
载人机动装置
这是一种像座椅式的推进装置，带有高压氮气和若干个喷氮气的推力器，推力器安装在“座椅”的不同位置和不同方向。航天员用手动控制不同位置的推力器，向不同方向喷气，产生反作用力，可以改变自己在太空行走的方向、快慢以及身体的姿态。
早年或初期的舱外活动往往不具备这种载人机动装置，靠航天员使用手持喷气枪喷气产生反作用力，在太空行走。如果只在母航天器周围活动，航天员可以用手扶着航天器外表面上安装的专用扶手或其他突起物行走，但必须系有“脐带”，以免脱离航天器后，回不来，因为万一喷气枪气体用完或者发生故障，不能喷气，航天员可以靠脐带把自己拉回母航天器。
脐带的长度有限，一般在十几米，不能太长，因为太长了容易发生扭曲、打结，甚至断裂，出现危险，所以航天员使用“脐带”，只能在母航天器附近活动；载人机动装置能携带一定量的高压氮气，可以让航天员到达离航天器百米远的地方活动。
出舱活动地面模拟训练
一套舱外航天服加上背包式环控生保系统，重量在100千克~120千克。不过在太空中它们是没有重量的，航天员穿着并不感觉重，但是却是非常臃肿。服装里面充气，四肢鼓鼓囊囊的，举手投足很困难，动作笨拙；戴上手套的手指，感觉也很迟钝；由于物体没有重量，操作时用力大小也掌握不住。为了顺利实现太空行走，特别是为了完成太空组装、检修、更换设备等操作，航天员必须在上天之前，经过专门训练。
训练的内容包括：如何穿脱舱外航天服；如何在失重条件下稳定自己的身体；如何利用“脐带”来定向和“行走”；如何借助周围物体施力和掌握用力技巧，以及安装、拆卸、检查、维修等专门操作训练。
航天员通常在失重飞机和大型水池中进行失重和模拟失重训练。失重飞机作抛物线飞行，每次可产生30秒到1分钟的短暂失重。航天员每堂课2~3小时，进行多次抛物线飞行。
出舱活动航天员更多地是在大型水池中训练。例如美国的被称为“中性浮力实验室”的水池，长61米，宽31米，深12米，可以容纳国际空间站的整个舱段或航天飞机的货舱。穿着舱外航天服的航天员与1∶1的空间站舱段或其他航天器模型，在水池中练习运动和装卸、检修、更换部件等操作。
中国航天员出舱的使命
我国载人航天工程的第二步是发射空间实验室，开展短期有人照料、长期自主飞行的运营任务。空间实验室是小型空间站，在轨运行寿命达5~10年之久，在漫长的岁月中，设备老化或出现故障等问题是免不了的，需要航天员出舱进行检查、修理、更换。掌握出舱活动能力是实现载人航天工程第二步的先决条件。为了保证昂贵的空间实验室长寿命、高可靠地在轨道上运行，同时也为第三步建造多舱组合式大型空间站创造条件，我国经过多年的艰苦努力，已完成舱外航天服研制、神舟飞船改装、气闸舱研制，以及航天员地面模拟出舱活动训练等一系列工作，现已准备就绪，即将待命发射。
出舱活动，俗称“太空行走”，是指航天员离开载人航天器座舱，到开放的太空中活动，从更广的意义上说，也包括在其他天体表面上的活动。
人在太空中处于失重状态下是无法行走的，只能是飘来飘去；在其他天体上也只有在具有固态表面，如月球、火星等类地行星上才能行走。
1965年3月，苏联航天员列昂诺夫完成了人类航天史上首次出舱活动，在开放的太空中停留了12分钟。次年6月，美国航天员怀特走出座舱，在外面呆了20分钟，实现了美国航天员首次舱外活动。当时两国航天员出舱活动的目的主要是为了在太空竞赛中争取“第一”。不过，出舱活动的实现标志着人类的载人航天迈上了一个新台阶。
航天员为什么要出舱？
太空是一个对人体有致命伤害的环境。人们开展出舱活动的根本目的，不是为了太空竞赛，也不是为了在太空漫步，观赏风光，而是有许多特殊的任务，不得不靠航天员到舱外去执行。这些任务包括：
① 将从地面分散运到轨道上的舱段、构件拼接、组装，建造空间站等大型航天器；
② 检测、维修或更换空间站等航天器安装在外部暴露在太空中的仪器、设备和部件，例如太阳电池翼板、通信天线、雷达天线、望远镜等遥感仪器的镜头、探头，探测太阳紫外辐射、粒子辐射、微流星和空间碎片等实验装置；
③ 检查、维修或回收在轨道上发生故障的航天器。
出舱活动的历史功绩
航天员出舱活动曾经为航天活动的顺利开展及航天技术的持续发展，建立过不朽的功勋。
1973年，美国发射了它的唯一的空间站——“天空实验室”。入轨后，发现它的一对太阳电池翼一个在上升时被高速气流冲掉了，另一个被微流星防护罩碎片缠住，伸展不开，无法发电；同时，由于丧失了兼作防热用的微流星防护罩，“天空实验室”内的温度高达50℃。首批航天员到达空间站后，第一桩任务就是到舱外去将防护罩碎片切断，打开太阳电池翼，并把一顶从地面带来的伞状遮阳篷，铺设在“实验室”外朝太阳的一侧，从而使“实验室”开始供电，室内温度降到20℃左右的常温，挽救了濒临报废的“天空实验室”。
1993年到2002年，美国航天员4次在太空修理1990年上天的哈勃空间望远镜，更换有故障的设备、部件，安装先进的新设备，不仅纠正了哈勃空间望远镜在地面制造时隐藏的低级错误，而且提高了观测能力，延长了工作寿命。修复哈勃望远镜是迄今为止航天员舱外活动最突出的成果。
苏联/俄罗斯自1969年以来，联盟号飞船和7个礼炮号空间站上的航天员进行过数十次出舱活动，特别是和平号多舱组合式空间站，由于依靠航天员不断到舱外进行检查、维修、更换陈旧或故障设备，安装新的实验件，使它在太空的工作寿命从原计划的5年延长到15年。
出舱活动必需的保障条件
太空是一个没有氧气、没有大气压力、极端低温、有强烈的电磁辐射和粒子辐射、致人于死命的环境。航天员到开放的太空中活动是一桩既复杂又危险的事情，是一项高难度的综合性技术。为了保证航天员安全、高效地完成出舱活动的各项任务，必须具备先进的技术措施和完善的保障条件，主要有：供出舱活动穿的航天服——舱外航天服；与航天服配套的背包式环境控制与生命保险系统，简称“背包式环控生保系统”；在飞船、航天飞机、空间站等载人航天器中增设气闸舱；载人机动装置；出舱活动的航天员接受地面模拟训练。
舱外航天服
出舱活动的航天员必须从头到脚把自己“全副捂装”起来，与太空隔绝。舱外航天服不仅包括衣裤（服装），而且包括头盔、手套和靴子。
服装由多层组成。最里面贴身的一层是液冷服，外形像一件衣裤联在一起的工装，用有弹性的细管编织成网状，细管内有冷却水循环流动，用于带走身体发出的多余热量；第二层是加压服，有3层：内层用有通风管的尼龙制成，中层与外层之间充气，外层用涂氯丁橡胶的尼龙制成，以维持服装内的气体压力；第三层是限制服，其作用是限制加压服向外膨胀；第四层是防热服，也有多层：最里层是涂铝的聚酯薄膜，中间几层用卡普伦和薄纱罗制成，最外层是服装的外套，也是由涂铝薄膜制成，除防热外，还起着防磨损、防燃烧、防微流星和空间碎片的作用。
服装内还有废物收集器，供紧急情况下，航天员排大小便用。
头盔由头盔壳、面窗和颈圈组成。头盔壳用高强度聚碳酸酯制成，四壁有衬垫、衬垫上镶有细管，并有减震、隔热、消声、通风和供氧的功能；面窗除有开阔的视野外，还有过滤紫外线的作用，以保护眼睛；颈圈是头盔与服装的连接件，有良好的气密性和连接强度。
手套和靴子通过有全密性的腕圈与服装连接。手套按航天员手的大小定做。手指部分有波纹结构，便于操作。靴子有加压靴和外套靴两层：加压靴是服装加压服的延伸，中间用腕圈连接；外套靴则用于防热和防磨损。
背包式环控生保系统或“脐带”
背包式环控生保系统由供氧装置、空气再生系统、温度控制系统、监测系统和无线电通信系统等组成，其功能是，向航天服内输送供氧气和冷却水，维持航天服内的压力和温度，实施通风、散热，以及为航天员提供与载人航天器或地面之间的通信。背包式环控生保系统由身着航天服的航天员背在身上。
舱外航天服与背包式环控生保系统，实际上构成一个微型载人航天器，为航天员提供一个合适的压力、供氧、温度、通风的环境，并提供电力和通信能力，保证航天员能脱离航天器，在开放的太空中生存与执行任务。
早年或初期出舱活动，一般还没有准备好背包式环控生保系统，或者为了减轻航天员的负担起见，用一根由多条管道组成的“脐带”，从母航天器中伸出，连接到航天服上。由母航天器的环控与生保系统通过“脐带”中的管道向航天服输送氧气、压力、冷却水和电力，完成通风、散热，清除废气及提供通信。这根“脐带”是名副其实的出舱活动航天员的生命线。
气闸舱
凡有执行出舱活动任务的载人航天器，无论是飞船、航天飞机还是空间站内，必须设置气闸舱。气闸舱是一种特设的专用小舱室，可供两名航天员同时在里面穿、脱航天服。气闸舱的主要特点是有内、外两扇闸门，内闸门与座舱相通，外闸门与太空相通。航天员欲出舱，先在外闸门关闭情况下打开内闸门，航天员进入气闸舱，穿好航天服后，关闭内闸门，以防止座舱中的空气外泄，然后打开外闸门，走入太空或其他天体表面。
航天员出舱之前必须在气闸舱内完成吸氧排氮——吸入纯氧，呼出氮气的程序。因为座舱内航天员呼吸的是1个大气压的氮氧混合气体，而航天服内提供的大气是1/3大气压的纯氧。当外界压力降低时，人体血液中的氮气会逸出钻入人体其他器官，引发减压病。所以在穿航天服之前，先吸入氧气，排出氮气，使身体适应航天服提供的低气压环境。
载人机动装置
这是一种像座椅式的推进装置，带有高压氮气和若干个喷氮气的推力器，推力器安装在“座椅”的不同位置和不同方向。航天员用手动控制不同位置的推力器，向不同方向喷气，产生反作用力，可以改变自己在太空行走的方向、快慢以及身体的姿态。
早年或初期的舱外活动往往不具备这种载人机动装置，靠航天员使用手持喷气枪喷气产生反作用力，在太空行走。如果只在母航天器周围活动，航天员可以用手扶着航天器外表面上安装的专用扶手或其他突起物行走，但必须系有“脐带”，以免脱离航天器后，回不来，因为万一喷气枪气体用完或者发生故障，不能喷气，航天员可以靠脐带把自己拉回母航天器。
脐带的长度有限，一般在十几米，不能太长，因为太长了容易发生扭曲、打结，甚至断裂，出现危险，所以航天员使用“脐带”，只能在母航天器附近活动；载人机动装置能携带一定量的高压氮气，可以让航天员到达离航天器百米远的地方活动。
出舱活动地面模拟训练
一套舱外航天服加上背包式环控生保系统，重量在100千克~120千克。不过在太空中它们是没有重量的，航天员穿着并不感觉重，但是却是非常臃肿。服装里面充气，四肢鼓鼓囊囊的，举手投足很困难，动作笨拙；戴上手套的手指，感觉也很迟钝；由于物体没有重量，操作时用力大小也掌握不住。为了顺利实现太空行走，特别是为了完成太空组装、检修、更换设备等操作，航天员必须在上天之前，经过专门训练。
训练的内容包括：如何穿脱舱外航天服；如何在失重条件下稳定自己的身体；如何利用“脐带”来定向和“行走”；如何借助周围物体施力和掌握用力技巧，以及安装、拆卸、检查、维修等专门操作训练。
航天员通常在失重飞机和大型水池中进行失重和模拟失重训练。失重飞机作抛物线飞行，每次可产生30秒到1分钟的短暂失重。航天员每堂课2~3小时，进行多次抛物线飞行。
出舱活动航天员更多地是在大型水池中训练。例如美国的被称为“中性浮力实验室”的水池，长61米，宽31米，深12米，可以容纳国际空间站的整个舱段或航天飞机的货舱。穿着舱外航天服的航天员与1∶1的空间站舱段或其他航天器模型，在水池中练习运动和装卸、检修、更换部件等操作。
中国航天员出舱的使命
我国载人航天工程的第二步是发射空间实验室，开展短期有人照料、长期自主飞行的运营任务。空间实验室是小型空间站，在轨运行寿命达5~10年之久，在漫长的岁月中，设备老化或出现故障等问题是免不了的，需要航天员出舱进行检查、修理、更换。掌握出舱活动能力是实现载人航天工程第二步的先决条件。为了保证昂贵的空间实验室长寿命、高可靠地在轨道上运行，同时也为第三步建造多舱组合式大型空间站创造条件，我国经过多年的艰苦努力，已完成舱外航天服研制、神舟飞船改装、气闸舱研制，以及航天员地面模拟出舱活动训练等一系列工作，现已准备就绪，即将待命发射。