李忠東

中國(guó)人行走太空

2021年6月17日，航天員聶海勝、劉伯明和湯洪波乘坐“神舟”十二號(hào)升空，進(jìn)駐天和核心艙。他們?cè)谲壒ぷ魃?個(gè)月，期間進(jìn)行了兩次出艙作業(yè)。

7月4日8時(shí)11分，劉伯明開(kāi)啟核心艙節(jié)點(diǎn)艙的出艙艙門(mén)。隨后，他和湯洪波身著中國(guó)自主研制的新一代“飛天”艙外航天服，先后成功出艙，進(jìn)行了約7小時(shí)的太空行走。兩人在機(jī)械臂支持下開(kāi)展艙外設(shè)備組裝、安裝延伸支架和抬升全景攝像機(jī)等任務(wù)，并借助機(jī)械臂進(jìn)行一次應(yīng)急返回驗(yàn)證。在此期間，聶海勝在艙內(nèi)配合支持兩人開(kāi)展艙外操作。

8月20日，兩名航天員再次執(zhí)行出艙任務(wù)。這次出艙的是聶海勝和劉伯明。早上6時(shí)許，兩名出艙航天員穿戴好個(gè)人裝備，進(jìn)行了氣密性檢查、節(jié)點(diǎn)艙泄壓、吸氧排氮等一系列準(zhǔn)備工作。8時(shí)38分，聶海勝第一個(gè)出艙，他首先完成在機(jī)械臂上安裝腳限位器和艙外工作臺(tái)等工作。10時(shí)12分，劉伯明出艙。在艙內(nèi)湯洪波的配合支持下，聶海勝和劉伯明先后完成了擴(kuò)展泵組和艙外工具箱的安裝。15時(shí)30分許，兩人安全返回核心艙。

2008年9月27日，執(zhí)行“神舟”七號(hào)飛行任務(wù)的翟志剛，成為中國(guó)第一位出艙的航天員。當(dāng)天16點(diǎn)45分17秒，他身穿我國(guó)第一代艙外航天服，在艙外揮舞國(guó)旗，邁出中國(guó)人在太空中重要的第一步，向世界宣布——“我已出艙，感覺(jué)良好”。翟志剛的太空行走總共歷時(shí)16分鐘。當(dāng)時(shí)，在軌道艙內(nèi)輔助翟志剛進(jìn)行太空行走的正是劉伯明。

13年后，劉伯明也親身完成了太空行走。就在打開(kāi)艙門(mén)的一瞬間，他情不自禁地發(fā)出感嘆：“哇！這外面太漂亮了！”艙內(nèi)的聶海勝則溫馨提示：“慢點(diǎn)兒，不要著急?！?/p>

兩次出艙活動(dòng)檢驗(yàn)了新一代艙外航天服的性能。相比“神舟”七號(hào)首次技術(shù)驗(yàn)證性質(zhì)的出艙，本次出艙的時(shí)間幾乎是艙外服生命維持系統(tǒng)的上限，說(shuō)明我國(guó)新一代“飛天”艙外航天服的生命維持能力已經(jīng)是國(guó)際頂級(jí)水平，既能夠滿足航天員生命保障需求，又可以幫助航天員實(shí)現(xiàn)艙外活動(dòng)任務(wù)。

與此同時(shí)，本次出艙任務(wù)還檢測(cè)了航天員與機(jī)械臂的協(xié)同工作能力，以及出艙活動(dòng)相關(guān)支持設(shè)備的可靠性與安全性，為空間站后續(xù)出艙活動(dòng)的順利實(shí)施奠定了重要基礎(chǔ)。例如，機(jī)械臂完全由中國(guó)自主制造，能夠極大擴(kuò)展出艙航天員的工作范圍和活動(dòng)范圍，除此之外，它將來(lái)還可以進(jìn)行貨物的轉(zhuǎn)運(yùn)。再如，幫助完成出艙任務(wù)的“機(jī)械伙伴”一艙外維修與輔助電動(dòng)工具也是首次在國(guó)際舞臺(tái)上亮相。它們能適應(yīng)艙外復(fù)雜的真空和高低溫環(huán)境，具有定力矩?cái)Q緊、擰松的工作模式，并且設(shè)置有休眠模式等。

“飛天”服堪稱一絕

新一代“飛天”艙外航天服無(wú)論是原材料、設(shè)計(jì)，還是確定實(shí)驗(yàn)方案、驗(yàn)證改進(jìn)，都是我國(guó)自主研發(fā)。相比于第一代艙外航天服，它支持艙外活動(dòng)的時(shí)間更久、安全性更高、使用壽命更長(zhǎng)，而且機(jī)動(dòng)靈活、穿著舒適，測(cè)試維修性也更強(qiáng)?！帮w天”艙外航天服代表著高科技領(lǐng)域的尖端技術(shù)，充分體現(xiàn)出我國(guó)的載人航天實(shí)力。

“飛天”艙外航天服由服裝、頭盔、手套和航天靴等組成，其中服裝的結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜，它從里到外依次是襯里、尿收集裝置、用于散熱的液冷通風(fēng)層、加壓氣密層、限制加壓氣密層向外膨脹的限制層，以及對(duì)付艙外大溫差變化的隔熱層和保護(hù)層。整個(gè)服裝由多種纖維復(fù)合織物制成，具有良好的柔軟性，而且更加耐穿透、耐磨損、耐高溫、耐燃燒和耐腐蝕，還有防輻射的功能，并且還配有連接其他裝具的接口。

頭盔裝配有攝像頭、照明燈、報(bào)警指示燈，以及面窗。攝像頭可以全程記錄航天員艙外操作過(guò)程，兩側(cè)的照明燈可照亮服裝胸前部分，方便航天員在陰暗面操作。報(bào)警指示燈在艙外服出現(xiàn)泄露時(shí)會(huì)閃動(dòng)報(bào)警，同時(shí)還有語(yǔ)音報(bào)警。面窗包括4層結(jié)構(gòu)，底層的兩層沖壓結(jié)構(gòu)中充有高純氮?dú)猓芊澜Y(jié)霧，再外面一層是防護(hù)面窗，最外層是鍍金濾光面窗，防止太陽(yáng)光線直接照射人眼。航天服內(nèi)裝有飲水袋，飲水管旁邊還有放置食物棒的長(zhǎng)管。如果出艙時(shí)間較長(zhǎng)，航天員只要一伸嘴即可吃到攜帶的棒狀食品。

“飛天”艙外航天服只有一個(gè)型號(hào)，且不分男女，但可以調(diào)節(jié)適應(yīng)每位航天員的體形。它高約2米，能滿足1.6米到1.8米的身高。雖然重達(dá)130千克，但穿脫方便。經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的航天員可以在5分鐘左右完成穿脫。它看似厚重，實(shí)則巧妙地利用了仿生結(jié)構(gòu)，讓關(guān)節(jié)活動(dòng)更自如。航天服上下肢的所有關(guān)節(jié)處都使用了氣密軸承，使航天員的手腳可隨意轉(zhuǎn)動(dòng)，又能保證氣密性。背包是航天服穿脫口的密封門(mén)，包內(nèi)安裝了艙外航天服生命保障設(shè)備，背包殼體下端則裝有備用氧氣瓶等。背包的關(guān)閉通過(guò)拉緊鋼索和操作關(guān)閉手柄完成。

“飛天”艙外航天服外觀設(shè)計(jì)方面融合了飛天、祥云和鳳凰的色彩元素，選用中國(guó)紅和太空藍(lán)兩種主色，非常具有辨識(shí)度。根據(jù)中國(guó)人身材比例設(shè)計(jì)的裝飾圖案，在視覺(jué)上實(shí)現(xiàn)了瘦身效果，看上去更整體、更精神。

美國(guó)宇航服承襲47年

美國(guó)媒體戲稱現(xiàn)在美國(guó)宇航局使用的艙外宇航服是“文物”級(jí)宇航服，因?yàn)樗?974年設(shè)計(jì)的。

美國(guó)的艙外宇航服每套也都有一個(gè)背包，里面裝著重要的生命維持系統(tǒng)。宇航服分層的加壓外衣能保護(hù)宇航員免受太空環(huán)境的影響;“內(nèi)衣”可以通過(guò)復(fù)雜的水管系統(tǒng)調(diào)節(jié)宇航服內(nèi)部的溫度，避免太熱或者太冷。整套宇航服采用模塊化設(shè)計(jì)，各種組件可以混合搭配，因此適合每位宇航員的需要。由于先期的宇航員都是男性，所以它擁有的5種尺寸都是基于男性體型設(shè)計(jì)。

美國(guó)先后制造了18套艙外宇航服設(shè)計(jì)壽命只有15年。因?yàn)榭针y和使用壽命到期的原因，目前只有4套還算完整，而且僅剩兩種尺寸：男士中號(hào)和男士大號(hào)。幸運(yùn)的是，“文物”級(jí)宇航服似乎真的要“退休”了。

2019年10月，美國(guó)宇航局公布了兩款用于執(zhí)行2024年載人登月計(jì)劃的最新一代宇航服——登月宇航服和獵戶座飛行服。前者被命名為xEMU，是艙外宇航服，用于宇航員在月球表面行走時(shí)穿著。不過(guò)，該計(jì)劃已被推遲，新宇航服的服役時(shí)間不得而知。

xEMU由艙外壓力服和生命維持系統(tǒng)（白色背包）兩部分組成，艙外壓力服包括頭盔、硬上衣、下衣，以及冷卻服。其中，頭盔提供面部的保護(hù)，并且顯示宇航服的當(dāng)前狀態(tài);硬上衣將宇航服內(nèi)部和生命維持系統(tǒng)連接起來(lái);而冷卻服由液冷管道和彈性氨綸材料編織而成，具有降溫和排汗的功能。宇航服的柔性衣服由16層材料組成，每一層具有不同的功能，從內(nèi)到外大約為冷卻服（冷卻排汗）、氣密限制層（加壓）、抗撕裂層、隔熱層（隔熱防輻射），以及外罩層（防火耐高溫）等。

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艙內(nèi)航天服和艙外航天服

根據(jù)使用的場(chǎng)景不同，航天服（宇航服）可以分為艙內(nèi)航天服和艙外航天服兩大類。

艙內(nèi)航天服是在艙內(nèi)穿著使用。我國(guó)艙內(nèi)航天服選擇的是全軟式結(jié)構(gòu)。航天員可以根據(jù)自己的需求選擇各自的型號(hào)，利用飛船上的資源，通過(guò)臍帶模式實(shí)現(xiàn)供氧、通風(fēng)和通信。

艙外航天服是艙內(nèi)航天服的升級(jí)版，是航天員離開(kāi)母船進(jìn)入外太空或登陸其他星球時(shí)所使用的個(gè)體防護(hù)裝備，具有獨(dú)立的生命維持系統(tǒng)，為航天員提供水和氧氣。內(nèi)部的多層設(shè)計(jì)把他們的身體與太空惡劣的環(huán)境隔離開(kāi)來(lái)，包括極端溫度、低壓、輻射，以及微流星等，并為他們提供安全有效的環(huán)境防護(hù)、密閉空間的環(huán)境控制和生命保障。

鏈接：北京時(shí)間2021年9月17日13時(shí)34分，“神舟”十二號(hào)載人飛船返回艙在東風(fēng)著陸場(chǎng)成功著陸，執(zhí)行飛行任務(wù)的航天員聶海勝、劉伯明和湯洪波安全順利出艙，3人身體狀態(tài)良好，空間站階段首次載人飛行任務(wù)取得圓滿成功。這也是東風(fēng)著陸場(chǎng)首次執(zhí)行載人飛船搜索回收任務(wù)。