装备
世上最昂贵、最沉重的行头
航天服 出舱活动的航天员必须从头到脚“武装”起来,服装全部密封,除了外表要能抗太阳辐射和微粒子的撞击外,内部还有精细的生命保障系统,为航天员提供8到9小时的生命活动基本保障和对外通讯能力;包括衣裤(服装)、头盔、手套和靴子等。
服装由多层组成。最里面的一层是液冷服,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。
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制。手指部分有波纹结构,便于操作,同时要求保证航天员触觉敏感,制作难度很大。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。
正因为如此复杂,中国首批舱外航天服价值达到3千万元人民币。它不仅是世界上最昂贵的衣服,也是世界上最沉重的衣服。算上背包系统,在地面上有100至130千克重;但在太空失重状态下,航天员穿着依然能轻而易举地四处漂浮。只是,这套服装因为内部充气而鼓鼓囊囊的,非常臃肿:航天员举手投足都很困难。
太空背包 “太空背包”其实是背包式环控生保系统,它与舱外航天服一起,实际上构成一个微型载人航天器,保证航天员能在开放的太空中生存与执行任务。
“太空背包”由身着航天服的航天员背在身上,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。
脐带 世界各国在早年或初期太空行走时,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和确保万无一失,要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,由母航天器通过“脐带”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。这好比胎中婴儿以脐带与母体相连来维持生命一样。这根“脐带”就是名副其实的航天员太空行走的生命线。中国的首次太空行走,也将经历这一“脐带”的过程。
气闸舱 凡有执行出舱活动任务的载人航天器,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,然后将改舱的压力逐步降低到零,然后打开外闸门,走入太空或其他天体表面。返回时,则经过相反的过程。因此,气闸舱必须具有良好的减压与增压功能,压力变化速度必须与人体生理功能相适应。
出舱之前,航天员必须在气闸舱内完成吸入纯氧,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,而航天服内提供的是1/3大气压的纯氧,外界压力降低时,人体血液中的氮气会逸出,在血管内形成气栓,引发减压病。所以,在穿航天服之前,必须降低溶解在人体组织中的氮的含量。
飞行座椅 “飞行座椅”其实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,航天员用手动控制推力器向不同方向喷气,可以改变自己在太空行走的方向、快慢以及姿态。
在早年或初期的舱外活动中,往往不具备这种载人机动装置,航天员依靠手持喷气枪在太空行走。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”。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,否则就回不来了。
“脐带”的长度有限,一般在十几米,太长容易发生扭曲、打结甚至断裂,出现危险,所以使用“脐带”的航天员,只能在母航天器附近活动;而载人机动装置能携带相当量的高压氮气,可以让航天员到达距离航天器百米远的地方活动。
训练
先过失重关
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。国外资料表明,出舱活动1小时,在地面至少需要进行100小时的训练,以使航天员技术熟练,心理素质稳定。
纪录
从12分钟到9小时
【首次太空行走】1965年3月18日,苏联航天员列昂诺夫从上升2号飞船走出,历时12分钟,成为太空行走第一人。
【首次登月】1969年7月21日,美国航天员阿姆斯特朗第一个踏上月球表面,成为登月第一人,他在月面太空行走了2小时21分钟。
【首位太空女行人】1984年7月25日,苏联女航天员萨维茨卡娅走出礼炮7号空间站,历时3小时35分钟,成为世界第一位太空行走的女性。
【太空行走冠军】太空行走的“世界冠军”是俄罗斯的索洛维约夫,他总共进行过16次太空行走,在太空中停留时间总共为77小时41分钟。
【太空行走女冠军】太空行走的“女世界冠军”是美国的惠特森,她总共进行过5次太空行走,在太空中停留时间总共为32小时36分钟。
【最久的太空行走】一次太空行走时间最长是美国航天员赫尔姆斯和沃斯,他俩2001年3月11日从国际空间站出舱,太空行走达到8小时56分钟,大大超过了所规定的时间。
(据《文汇报》)