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    太空行走(Walking in space)又称为出舱活动。狭义的太空行走即指航天员离开载人航天器乘员舱,只身进入太空的出舱活动。广义而言,宇航员在月球和行星等其他天体上完成各种任务的过程也可以称为太空行走。二者的区别在于,狭义的太空行走中,还要考虑到太空的微重力环境对宇航员人身安全可能造成的影响。太空行走是载人航天的一项关键技术,是载人航天工程在轨道上安装大型设备、进行科学实验、施放卫星、检查和维修航天器的重要手段。要实现太空行走这一目标,需要诸多的特殊技术保障。

    中国国防科技信息中心提供的信息表明,截至2008年7月底,全世界共进行太空行走319次,共有353名航天员出舱,其中,美国216名,俄罗斯126名,其他国家11名。 >>>点击详细

    中国载人航天工程办公室新闻发言人宣布,神舟七号飞船任务实施期间 ,飞行乘组中1名航天员将出舱进行太空行走,并完成有关空间科学实验操作。 》》》我国首次空间出舱活动取得圆满成功

神舟七号航天员出舱活动:

准备·出舱


 
1、进入轨道舱
第27圈,两名航天员进入轨道舱,关闭返回舱舱门。
2、穿舱外航天服
第28圈,两名航天员互相协助穿好航天服,充分吸氧,排空氮气。
3、泄压开门
先将轨道舱泄压,与飞船外真空状态一致,航天员合作打开舱门。

出舱·活动


4、“飞天”
航天员穿国产舱外航天服出舱。
5、活动
航天员借助舱外活动扶手等沿轨道舱外壁移动,到达后返回。
6、科学实验
出舱取回放置在轨道舱壁上的实验材料。

返回·复压


7、回舱
航天员回到轨道舱后,关闭舱门。
8、复压
航天员进行舱外航天服漏检,检漏合格后,轨道舱开始复压。
9、脱舱外航天服
第30圈,航天员脱掉舱外航天服。

    注意事项

    太空处于真空状态,没有大气层的保护,温度变化很大,太阳照射时温度可高于100℃,无阳光时温度可低于-200℃,同时存在各种能伤害人体的辐射。为保障航天员在出舱活动中能安全、健康和有效地完成任务,需要有出舱航天服、航天员在舱外乘坐的机动装置、完成任务所需的工具、固定航天员身体的设备及安全带等装备。舱外航天服是出舱活动中最重要的装备,相当于一个微型航天器。它将航天员的身体与太空的恶劣环境隔开,并向航天员提供大气压力和氧气等维持生命所需的各种条件。由于宇宙飞船、空间站、航天飞机这些载人航天器密闭舱内的人造气压、空气组成基本与地面相同,因此人体内吸有一定量的氮气,而航天服内的气压较低,仅为大气压的27.5%,航天员如果猛然出舱,遇到低气压后血液供应不上,溶解在脂肪组织中的氮气游离出来却不能通过血液带到肺部排出而形成气泡,可能造成气栓堵塞血管,引发严重疾病。所以航天员出舱前需要吸取纯氧将体内氮气排出,以排除隐患。

    在太空行走的航天员由于没有参照物,无法分清物体的远近大小,并判断其速度快慢,如无保险措施,很容易丢失在茫茫太空中而成为人体卫星。所以太空行走需要采取保险措施——用安全带将航天员与航天器连接起来,防止航天员在太空中走失。

    为了防止减压病,航天员在出舱活动之前还要进行吸氧排氮。什么是减压病呢?什么叫吸氧排氮?大家都知道,我们生活在地球表面时,人体受到大气层的压力为一个大气压,人体在这样的压力下不仅生活正常,与外界气体交换也正常。但是,如果外界气压下降过大,人体组织内的气体因外界压力低往外逸出。氧气是人体需要的,逸到哪里都可以。但氮气往人体组织外逸出就会使人体产生皮肤发痒、关节与肌肉疼痛、咳嗽和胸闷等症状。这种从高压变成的低压所引发的病就是减压病。如果所设计的载人航天器乘员舱采用的是接近地面大气的压力制度,航天员进入航天器内时就不必进行吸氧排氮。如果所采用的是半个大气的压力制度(60%氮,40%氧)时,航天员在进入载人航天器之前,就得把体内多余的氮气排出,用氧气代替它。这是因为在一个大气压的普通空气中生活时,人体中氧气只占21%左右,而氮气约占79%。

    航天员到舱外活动时,他身穿的航天服系统中的压力比舱内的压力要低,这是为什么呢?这是因为目前载人航天中使用的航天服只有低压航天服,还没有研制出实用的高压服装(航天服中的压力太高,不仅在工程实现上难度很大,还会使航天员的运动和工作操作发生困难)。所以航天员在出舱(舱内采用一个大气压的压力制度)准备,穿低压航天服之前必须把体内多余的氮气排出,用氧气来代替它,其方法就是吸入纯氧。这一过程则简称为吸氧排氮。吸氧排氮还涉及到时间问题,如果航天服内的压力相对较大,或者说它与舱内压力水平接近,而且舱内的含氧量大,则吸氧排氮的时间就短,反之则长。

    行走方式

    航天员在舱外行走有两种方式:一种是用早期研制的脐带式的生命保障系统与乘员舱连接,航天员身穿航天服,航天员所需要的氧气、压力、冷却工质、电源和通讯等都是通过脐带由“母”载人航天器提供的。由于脐带不能过长,所以航天员只能在“母”航天器附近活动,如果航天器走远了则容易使脐带缠绕,像婴儿那样“窒息”而死。另一种是后期发明的装在航天服背后的便携式环控生保系统。航天员出舱后与“母”航天器分离,由于身穿舱外用的航天服,背着便携式环控生保装置,以及太空机动装置,航天员可到离“母”载人航天器100米远处活动。实际上,舱外航天服及便携式环控与生保系统是一个微型载人航天器,它保证人的周围有适合的压力,有通风供氧,有温湿度调节,使航天员在服装内正常生存,并能进行太空ccgc作业。

    有人称载人机动装置是太空“摩托艇”,因为它装有推进系统,并能“自由”机动飞行。例如,美国航天飞机第10次飞行时,航天员使用的机动装置有24个氮推力器,利用推力器工作,航天员可以进行6个自由度的飞行。载人机动装置外形像一个背包,航天员通过手控器控制其高压氮气从安装在不同部位的推力器喷出,就能改变飞行的速度、方向和姿态,成为名副其实的人体地球卫星。

    行走目的和意义

    航天员为什么要进行太空行走?不同历史时期其目的不一样的。当1965年3月苏联航天员列昂诺夫第一次由上升2号飞船飞出舱外时,其目的有两个:一是在载人航天活动中进行一次技术性的突破,二是使苏联在航天技术方面走到了美国前边,在全世界产生重大影响。美国也不甘示弱,同年6月,美国人怀特在乘双子星座4号飞船飞行时也飞出舱外。从此,出舱活动的技术就为两家所共有,在这时人们才谈到太空行走的实用意义。

    从多次出舱和登月过程中的月面活动看来,太空行走的作用和意义是巨大的。其近期的意义与作用是完成太空作业。例如,修复载人航天器或其它航天器上的受损部件。美国人曾通过太空行走修复了“天空实验室”、“太阳峰年卫星”和“哈勃”空间望远镜。组建空间站。苏联航天员则通过太空行走修复过礼炮号空间站和组装、维修和平号空间站。当前正在建造的国际空间站,更是需要航天员进行多次出舱活动,才能在轨组装建成。登月活动更是体现了航天员在太空行走和太空作业的巨大作用,为人类进入外层空间和其它星球打下了良好的基础。

    太空行走的模拟训练

    在太空迈开步子并非易事。微重力的环境让身体变得难以控制,空间知觉也会发生紊乱。如果未做好准备就贸然登空,宇航员会出现严重的空间运动病。所以在太空行走之前要进行大量模拟真实场景的训练。

    太空行走的基础训练主要包括以下内容:

    (1)在失重环境中如何稳定自己的身体,避免随意转运,并学习如何将身体保持在一个特定的位置和角度;

    (2)在失重环境中如何利用系留绳索来给身体定向;

    (3)在失重环境中如何将身体移向特定的目标与方向;

    (4)在失重环境中运动时,如何利用周围的物体和掌握用力技巧来节省体力消耗;

    (5)防止身体失控的各种技巧和方法。

    体验失重的最好办法就是制造一个太空环境,但在地面上这很难做到。人们发明了下面几种模拟太空环境的办法:

    1.落塔。当电梯缆绳突然断裂时,轿厢内的人会有失重的感觉。这是当年爱因斯坦曾思考过的加速度与重力等效的问题。NASA的Lewis研究中心就有这样的失重电梯。一部是位于地下132米深的电梯井,一部是高24米的电梯塔。分别可以产生5.18秒和2.2秒的微重力状态。2003年2月,中国第一座百米落塔在中国科学院力学所建成。但这类装置对人体冲击很大且形成失重的时间太短,已很少作为宇航员训练设施。

    2.失重飞机。用飞机作抛物线飞行可产生30秒左右的失重。做抛物线飞行的飞机先以45度角急速爬升,经过一段平飞后,再以45度角下降。机舱内的人员可以在平飞阶段体验到30秒钟的失重。失重飞机通常是由喷气式运输机改装而成,舱内宽敞,能容纳多人和设备进行训练。在失重飞机内的训练分为两类:一类是感受和体验失重环境;另一类是太空行走训练,宇航员演练太空行走时的各种操作和技能。

    3.中性浮力水槽。由于失重飞机产生的失重时间太短,不能满足长时间训练需要。在大型水池中进行的水下模拟训练是最重要的方法。中性浮力水槽其实是一个容积很大的水池,因为浮力与重力抵消,身着舱外宇航服的受训者能产生类似失重的感觉。水中训练不受天气和时间的影响,可以长时间进行复杂的舱外操作演练。国际空间站的宇航员可以动辄进行长达7小时的太空行走,与大量利用水槽训练是分不开的。

    4. 1g重力模拟。在外星球表面的太空行走训练往往在在正常重力下的地面上进行。在“阿波罗”登月计划中,为了让宇航员掌握月面地质考察技巧,专门在地球上的荒凉地区进行地质考察训练。为了让宇航员体会1/6重力下行走的感觉,把他们吊在绳索上前进,绳索的拉力抵消了5/6的体重。

    5.虚拟现实。用计算机生成模拟环境,实现受训者与该环境进行直接交互的效果。这种技术能产生较强的临场感,花费不大,几乎没有安全隐患,但无法产生生理上的失重感。

    以上技术都曾被用于太空行走的训练中。近年来失重飞机和中性浮力水槽的使用率独占鳌头,虚拟现实与它们的结合将是未来的发展方向。但是所有这些模拟都比不上真实环境的考验。宇航员只有在踏上月球后,经过多番尝试才发现1/6重力下的最佳步态是像兔子一样双足齐蹦。为了有备无患,宇航员在进入太空前必须进行大量的模拟训练。

    太空漫步史话

    最早在科学意义上提出太空行走设想的是俄罗斯科学家齐奥尔科夫斯基。在他撰写的《太空旅行》一书中,不仅提出了人在太空行走的可能性,而且还提出实现太空行走必须要给行走者提供航天服、气闸舱和安全绳索。

    最早成功进行太空行走的是苏联航天员列昂诺夫。1965年3月18日,列昂诺夫身着奥兰舱外航天服,用一根15.35米长的绳子与飞船连在一起,走出上升2号飞船。

    苏联航天员萨维茨卡娅是第一个进行太空行走的女性。1984年7月25日,她从礼炮7号空间站进行了3小时35分钟的出舱活动。截至2007年底,全世界已有9名女航天员成功进行过22次太空行走。

    最早在月球表面进行太空行走的是美国航天员阿姆斯特朗。1969年7月21日,阿姆斯特朗走出阿波罗11号飞船的舱面,爬下扶梯,在月球上留下了人类第一个脚印。

    最早采取无系绳太空行走的是美国航天员布鲁斯·麦克坎德雷斯。1984年2月7日,他从挑战者号上进行了一次不系安全带的太空行走。

    单次太空行走时间最长的是美国航天员詹姆斯·沃斯和苏珊·赫尔姆斯。2001年3月11日,他们从发现号航天飞机上进行出舱活动,创下8小时56分钟的太空行走纪录。

    累计太空行走时间最长的是俄罗斯航天员索洛维约夫。他总共进行过16次太空行走,在太空停留时间为78小时,被誉为太空行走的“世界冠军”。他不仅次数多,频率也很高,曾经4个月内完成14次太空行走。

    目前成功进行太空行走的华裔航天员有3人,均为美籍,分别是:焦立中、卢杰和张福林。

    焦立中是第一个进行太空行走的华裔航天员。1996年1月11日,他乘奋进号航天飞机上天后,和另一名美国航天员一起,在太空进行了两次舱外活动。

    卢杰是华裔航天员中单次舱外活动走得最远的。2000年9月11日,他与俄罗斯航天员马伦琴科一起,背着电缆、工具等器材,像登山一样爬上了42米高的国际空间站,绕过站外突出的天线,在航天飞机上方约34米的高处作业。整个过程历时6小时14分钟。

    张福林曾经7次进入太空,是飞天次数最多的华裔航天员。2002年6月,他第七次飞入太空时,进行了3次太空行走,弥补了此前6次均未出舱的遗憾。(记者 巩琳萌)

 

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责任编辑:陈淑君