我们在太空行走

本文转自：包头日报

据1月29日的央视《新闻联播》报道，我国神舟十五号航天员正在准备首次出舱。此次神舟十五号的出舱任务将会创造两个世界之最：第一，首次尝试气闸舱出舱模式；第二，出舱任务最长时间8小时。

从1965年至今，人类已经完成了400余次太空行走，无数宇航员为了探索宇宙，迈出了自己勇敢的步伐。

我们为什么要在太空行走

我们为什么要走向太空？脚踏大地不好吗？

阿姆斯特朗第一次登上月球时，曾说过：我的一小步，人类的一大步！浩瀚星河，茫茫宇宙，地球如同沙漠中的一粒沙，孤独而渺小。对于人类而言，这颗星球太孤独了！我们仰望星空时，何尝不是在希望能找到和自己相似的智慧生命，祈求来自另一个星球的信号。走出地球，永远是人类的远大目标。

走向太空， 就是人类对自己命运探索的第一步，是对人类自身的超越，是人类向更高更深更远发出的挑战。

最初各国航天器的发射升空，都是有着明显的军事目的，即便是现在，这个目的也没有消失，只会更加先进，更加激烈，但也更加隐蔽。

“太空行走”能力是一个国家能否进驻国际空间站，进行航空技术合作的前提和保证，这才是各个国家发展“太空行走”的目的所在。驻扎太空会出现各种各样的风险，一个封闭的、模拟地球环境的宇宙飞船或空间站并不能让人类真正走向太空，让人能够自由地活动在太空中，处理各种各样的状况，才是宇宙大开发的开始。

除了初期一些测试性的“太空行走”之外，一般正式的“太空行走”都会伴有严峻的太空任务。其最直接并为人们熟知的作用是完成太空作业，修复载人航天器或其他航天器上的受损部件。美国曾通过太空行走修复了“天空实验室”“太阳峰年卫星”和“哈勃”空间望远镜等多个航天器。苏联航天员则通过太空行走修复过“礼炮号空间站”和组装、维修了和平号空间站。目前正在运行的国际空间站则是通过多次太空作业组装完成的。NASA近两年来的出舱任务主要是修复航天飞船在运行中发生的故障，甚至要去处理空间站上发生的问题。中国的神舟十五号进入太空后，除了进行了航天医学研究，还顺便从空间站发射了一枚卫星。

太空行走的特殊瞬间

人类第一次太空行走：1965年3月18日，苏联宇航员列昂诺夫穿着白色宇航服，第一次离开飞船密封舱，系着安全绳在离飞船5.3米处活动了10分钟左右，成为了人类历史上首位太空行走的宇航员。出舱后的列昂诺夫在太空中翻了几个跟头，又移动了几件飞船外部的物体，并冲着摄像机摆出了各种造型。不过后来，列昂诺夫的航天服因气压差问题出现膨胀，让他险些无法返回舱内。幸好他果断地调低了生命保障系统的气压，头朝前、拼命旋转身体才安全返回。

尽管如此，这仍然是一次别开生面的太空行走。它揭开了人类探索宇宙史上新的一页，证明人类不仅可以在飞船内完成太空探索任务，而且可以在飞船舱外活动和工作。这对于未来航天器的安装以及舱外设备故障的排除等都具有重要实践意义。

首次无系绳“离家出走”:1984年2月7日，美国宇航员麦坎德利斯不系安全带，背负一套价值3000万美元、重111公斤的载人机动装置——“喷气背包”，以每秒10厘米的速度进入太空，像“阿童木”一样飞行了近百米，完成了人类历史上首次无系绳太空行走。

“喷气背包”最早出现在美国“双子星座”飞船上，为手提式，共有3个喷嘴，2个朝后1个朝前。不过该装置并非用于飞来飞去地“耍酷”，它的主要作用是帮助宇航员在紧急情况下快速返回气闸舱。麦坎德利斯所用的“背包”昂贵且笨重，美国后来又研制了新一代载人机动装置，体积更小，装有24个喷气设备，可作6个自由度的机动控制，最大速度为每秒3米，工作时间为13分钟。宇航员可通过航天服前面的开关控制喷气，实现各个方向的移动。该装置主要用于国际空间站的组装、维修和救援。

创下单次太空行走最长时间纪录：2001年3月11日，当时正值国际空间站建造初期，美国宇航员苏珊·赫尔姆斯和吉姆·沃斯在舱外连续作业8小时56分钟，创下了单次太空行走的最长时间纪录。单次太空行走时长的决定因素，除了任务需求、宇航员耐力之外，最主要是舱外航天服呼吸系统的支持时间。一般来说，舱外航天服携带的氧气只能供宇航员呼吸八九个小时，算上备份的冗余时间，供宇航员太空行走所用的氧气只能维持6到8个小时。而出舱活动任务往往很复杂，所以才需要进行数次太空行走，来完成一项任务目标。

中国人的首次太空行走：2008年9月27日，神舟七号航天员翟志刚在刘伯明、景海鹏密切配合下，圆满完成我国首次空间出舱任务，迈出了中国人舱外行走的第一步，成为世界上第354个出舱活动的航天员。这是中国人首次出舱，标志着中国成为继美俄之后第三个独立掌握空间出舱技术的国家。

中国空间站时代的首次出舱：2021年7月4日，航天员刘伯明、汤洪波身着中国自主研制的新一代“飞天”舱外航天服，先后从天和核心舱节点舱成功出舱，并相继完成空间站舱外有关设备组装等作业。进入空间站阶段，中国航天员已开展6次出舱活动。

航天员在太空如何行走

航天员进行太空行走，大部分时间是从一个太空设备移动到另一个太空设备，或从一个工作位置移动到另一个工作位置的过程。因此，航天员在太空行走时如何有效地移动身体是一项很重要的技术。

脐带式：早期的“太空行走”采用的是一种简单的“脐带式”的控制方式。第一位进行“太空行走”的苏联宇航员列昂诺夫就采用了这样的出舱方式，一根连接在航天飞船内的金属管被固定在宇航员的航天服上，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。这种出舱方式在今天仍然有效，只是科学家们改进了它的长度。当宇航员只需要在太空船附近活动时，“脐带式”仍然是最安全的出舱方式。

便携式：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，并能进行太空作业。

机动式：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，可进行长距离的出舱。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。

在航空任务中，任何形式的出舱行动都等同于“太空行走”，而“太空行走”并不是真正用脚来走。太空行走主要有3种方式，按照动作可简单分为“爬”“站”“飞”。最常见的方式，是宇航员借助航天器表面的扶手，像攀岩一样爬行。一般来说，航天员在太空失重环境中移动身体，关键是要慢、要小心谨慎、要不慌不忙，同时还要控制好自己的身体，不要接触到任何飞行中的物体，假如移动速度过快，身体重心就会不受控制。

如今，各国航天员在进行太空行走时，已总结出以下经验：

1 在进行太空行走时要不慌不忙、小心谨慎，要控制好自己的身体。

2 手上不要拿太多东西，在任何情况下都要一只手进行操作，另一只手控制好身体。

3 在静止的桁梁上移动身体的有效办法是，一只手握在滑索上，另一只手握住上面的扶手。

4 不要让安全带从航天员的服装上松开。在太空中能抓住什么东西就抓住什么东西，就算背着笨重的生保系统背包，也要控制好身体，要心里想着安全带，眼睛盯着安全带。

5 在太空行走中第一次移动身体时，速度要慢，要学会避开障碍物。

6 在太空行走中移动身体的最好办法是头朝下，面对移动的方向。

为了在太空行走，航天员做出怎样的努力

推开舱门进入太空，舱外航天服便成为航天员赖以生存的生命保障。舱外航天服能为航天员提供安全有效的环境防护、密闭空间的环境控制和生命保障，相当于一个小型飞行器。但与一般飞行器不同的是，航天员在穿着舱外航天服时，还要能完成舱外活动任务，这是舱外航天服最具特色的重要功能之一。

正因舱外航天服的精密、复杂，且直接关系到航天员的安危，其研制技术工艺难度极高，造价与等重黄金相当。目前全世界只有美国、俄罗斯和中国具备舱外航天服的研制能力。

但即使用“脐带式”将宇航员控制在安全的范围内，宇航员仍然因为无法在太空中借力，实际上哪儿也去不成。于是，宇航科学家们给宇航员配备了一只反向喷气的气枪，利用这支气枪的反作用力来控制方向。最后这支喷气枪演变成一种载人机动装置，这种机动装置将生命维持系统和推进系统结合在一起，利用这种装置，宇航员在“太空行走”时就拥有了更大的自由空间，他们甚至可以到离开母舱100米，像一个人体卫星一样运动。

太空行走不易，地面训练更难。每位航天员在进入太空执行出舱任务前，都要在地面经历“魔鬼训练走”，在天上做的每一个动作，都要在地面反复模拟。例如，模拟失重水槽可以给航天员提供模拟失重的训练环境。庞大的水槽可以容纳1比1的空间站或飞船模型。训练时，潜水员可以通过调整航天员水槽训练服上的配重铅块数量或位置来进行配平，以便调整航天员的姿态，模拟失重环境下的操作情形。为了适应太空环境的舱外活动，地面的训练要达到每次出舱时间的10倍以上。比如神舟十五号要对梦天舱扩展泵组和载荷暴露平台设备进行安装需要6小时，那么在地面水槽里就要训练60小时。

此外，航天员还要借助出舱程序训练模拟器、虚拟现实训练器等设备，进行舱外航天服和气闸舱设备操作训练、正常出舱程序训练、故障处置程序训练、出舱全流程演练等。除了各类针对性的专项训练，航天员还需进一步进行身体力量训练，尤其是上肢力量训练和核心力量训练，以满足舱外作业中攀爬、安装设备等动作的力量要求。据科学测算，中国航天员的上肢力量数据不亚于皮划艇、体操等专业运动员。

让我们期待神舟十五号航天员的首次出舱吧！