2024年10月30日，神舟十九號航天員乘組順利入駐中國空間站，完成中國航天史上第5次“太空會師”。航天員升空必須要穿航天服。航天服又分為艙內航天服和艙外航天服，兩者無論科技含量和復雜程度，還是設計制作、工藝流程、應用材料和制造成本等，均有著天壤之別。艙外航天服主要由外套、氣密限制層、液冷通風服、頭盔、手套、靴子和背包裝置等組成，是一種多層次、多功能的個人防護裝備。艙外航天服是關系到航天員生命安全的重要保護裝置。

根據美國宇航局在真空環(huán)境中對動物進行減壓實驗證明，只要暴露在真空環(huán)境中9～11秒，動物體內的水分便會快速形成水蒸氣，并很快死亡。由于外太空是一個高真空、失重、溫差很大并具有強烈輻射的特殊環(huán)境，因此對航天員出艙所穿的航天服要求非常高。正因為艙外航天服的高科技成分多、結構復雜，之前世界上也就美、蘇（俄羅斯）兩國能夠研制。

艙外航天服類似一個小型航天器

艙外航天服的主要結構和功能，均圍繞著生命保障系統(tǒng)而設計制造。研制一套艙外航天服的成本非常高。

艙外航天服實質上是一個被氯丁橡膠涂層纖維包裹的“膨脹氣球”，通過提供空氣壓力防止航天員的體液沸騰。航天員在適應太空行走之前，必須降低氣閘艙的機艙壓力，否則由于航天服和艙內壓力變化，會患“減壓病”。另外，艙外航天服內多余的二氧化碳必須用氫氧化鋰罐及時清除掉。航天員在工作時產生的熱量也必須及時清除掉，否則即使微量的汗水蒸發(fā)也會使航天員頭盔蒙上一層水霧，影響觀察視力。艙外航天服擁有多層耐用織物，如滌綸、芳綸，以此保護航天員免受微流星體的撞擊，并能夠經受住太空中的極端環(huán)境和長時間使用的考驗。這些高強度織物還能防止艙外航天服在外太空或地外星球上時意外破裂。艙外航天服的頭盔是用透明塑料或耐用聚碳酸脂制成的，并配有反射陽光的覆蓋物或有色遮陽板，還有照明設備，以備黑暗時啟用。

除了以上主要的功能之外，艙外航天服還具備其他一些重要特點，例如它的手腳等關節(jié)部位須采用柔性材料，并在織物上配備了特殊的接縫或椎形設計，幫助航天員的手、手臂、腿、膝蓋和腳踝等部位能正常彎曲，以保證航天員出艙時具有靈活性和自由度，使得他們可以在艙外環(huán)境中自如地運動和操作。

艙外航天服大約重124公斤左右。這一重量如果在現(xiàn)實環(huán)境中穿戴在航天員身上肯定會顯得很笨重，但在太空真空失重的環(huán)境中，卻是“輕飄飄”的。

風險極大的第一次艙外活動

自從人類開展載人航天活動以來，各國航天員已經實現(xiàn)了數(shù)百次的太空行走。航天員在太空行走的方式有兩種，一種是早期研制的臍帶式艙外航天服，將生命保障系統(tǒng)與乘員艙相連接。不過，臍帶不能太長，如果航天員與航天器相距過遠，容易使臍帶打結或纏繞，帶來很大風險，所以航天員只能在航天器附近活動。如今這種臍帶式艙外航天服已經被淘汰。另一種是安裝在艙外航天服背后的便攜式環(huán)控生命保障系統(tǒng)，以及太空機動裝置（也稱氮氣推進器）。這些裝置可使航天員在不受航天器的束縛下在太空中自由地移動，速度可達每秒3米左右。這樣，航天員可到離“母”航天器100米遠處的太空中活動。

1965年3月18日，蘇聯(lián)航天員列昂諾夫從上升-2飛船里出艙，成為世界上第一位出艙直接進入太空者。他后來回憶說：在出艙的24分鐘和自由“漂浮”的12分9秒里，整個過程可謂驚心動魄。在“太空行走”中，他幾次離開飛船的距離達5米之遠，由于早期的艙外航天服設計和制作考慮不周，導致變形過度而無法按動腿部的操縱器。隨后，他的航天服開始膨脹，險些讓他無法返回坐艙。危急之下他不顧身體的承受能力，兩次果斷地調低生命保障系統(tǒng)的氣壓，才得以艱難地返回飛船艙口。接著，他又設法將自己的身體“對折”，才勉強擠進艙門入口處，并最終關閉了艙門。

1984年2月7日，美國挑戰(zhàn)者號航天飛機航天員麥坎德利斯和斯圖爾特第一次使用載人機動裝置進行出艙活動，飛離航天飛機最遠距離達到90米，成為世界航天史上第一個“人體地球衛(wèi)星”，也是迄今為止在太空跑出航天器距離最遠者。2018年2月2日，兩名俄羅斯航天員從國際空間站內出艙，對該空間站外的舊增益通信天線進行移除，并安裝新的升級版通信天線。整個出艙操作過程歷時8小時13分，創(chuàng)造了航天員出艙時間最長紀錄。

中國突破艙外航天服關鍵技術

一個國家的航天員在太空環(huán)境中出艙，是建立空間站必須要經歷的一個過程，也是衡量該國航天綜合技術的一項重要標志。2008年9月27日，中國航天員翟志剛乘坐神舟七號飛船，圓滿完成了出艙任務，實現(xiàn)了中國人太空漫步的夢想。他的那一句“我已出艙，感覺良好”早已成為名句。

翟志剛出艙時身穿的白色“飛天”艙外航天服，完全由中國自主研制。據悉，當時神舟七號飛船攜帶了兩套艙外航天服，一套是國產的，已定為出艙時用；一套是俄羅斯產的，作為備份產品。翟志剛正是穿著國產艙外航天服完成出艙任務的。遺憾的是，由于當時中國沒有自己的空間站，返回艙內部空間及承載的重量有限，不可能將整個艙外航天服帶回，所以最后只帶回了一雙艙外航天服的手套作為紀念物，其余的隨著飛船軌道艙的壽命到期而墜落于大氣層燒毀。一套艙外航天服價值數(shù)千萬元，不能帶回令人惋惜。當然，這也是每個發(fā)展載人航天工程的國家必須要付出的學費和代價。

中國自從開展載人航天工程以來就著手研制艙外航天服。該項目由航天員科研和訓練中心承擔總體設計和技術抓總。艙外航天服是一項復雜的人機系統(tǒng)工程，涉及環(huán)境防護、生命保障、工效保障、通信保障、安全保障等，需要通過長期的技術實踐、飛行應用并不斷完善。

為了研發(fā)艙外航天服，航天員科研和訓練中心曾設法向俄羅斯購買了一套舊艙外航天服，由此開始了艱難的艙外航天服研制之路。其間，他們成立了專門小組，把航天服分為若干部分，再對每部分確定技術要求、質量標準及驗收指標等，然后有針對性地前往有關研究所和企業(yè)調研。據電子科技集團23所科研人員孫祖培回憶，當調研組來到他們所時，他察看了該航天服上用于測量人體各種生理指標的信號電纜線，用于通話、視頻等信號傳輸?shù)耐ㄐ烹娎|等，并與科研人員一起分析了它們的結構、材料的組成，了解了航天員出艙的空間環(huán)境狀態(tài)及航天員穿戴的舒適性等后，向調研組提出建議，認為我國不宜單純仿制俄羅斯產品，因為他們的電纜線絕緣層全部采用聚四氟乙烯薄膜材料，其燒結工藝有一定缺陷，尤其是絕緣層結構在使用時反復折彎，容易出現(xiàn)脫層，形成氣隙，造成隱患。他建議使用整體擠出工藝的絕緣材料，更加符合產品的高可靠性原則。孫祖培這一建議最終被調研組采納。艙外航天服的各種電纜的配套就如此復雜，更不要說人機系統(tǒng)其他各個部分了，可見其總體研制難度是非常大的。

經過各個單位的合力攻關和不懈努力，并經過各種程序的嚴格試驗，中國艙外航天服用了短短四年時間就研制成功。其間，科研人員攻克了活動環(huán)節(jié)、電機小型化、水升華器、無線通信等諸多關鍵技術，在系統(tǒng)數(shù)字化設計、系統(tǒng)集成、系統(tǒng)試驗、出艙程序控制等方面填補了多項國內空白，建立了較為完整的自主研制體系?？梢哉f，中國通過對艙外航天服的自主研制，掌握了許多第一手資料，突破了許多花錢買不到的關鍵技術。

針對未來空間站的長期運行，以及出艙的頻率增多、時間的不斷增長，目前我國已經研制成功第二代艙外航天服，并取得一系列新的技術突破，如采用高壽命材料體系提升貯存和活動壽命，提高系統(tǒng)可靠性；突破通風凈化系統(tǒng)等擴容增效關鍵技術，保證單次出艙活動可達10小時以上；通過對活動關節(jié)結構的優(yōu)化設計、提高材料性能與工藝，有效增大了關節(jié)活動角度，降低了活動阻力矩，提高了手套的觸感和靈活性；改進了結構布局，提高了在軌測試和維修的能力；增加了高清視頻實時通信功能，為出艙活動提供更迅速的地面支持，提升了天地協(xié)同能力。

自中國空間站建成后，多位航天員均穿著第二代艙外航天服出艙，每次都圓滿完成預定任務，充分顯示出我國第二代艙外航天服研制水平已經與美、俄同類產品不相上下，部分技術指標甚至超過他們。

目前，中國出艙次數(shù)最多的航天員是翟志剛和陳冬，均為3次。陳冬是中國總計出艙時間最長的航天員，累計出艙時間達到15小時53分鐘。

隨著人類探索太空的目標轉向深空，載人登陸月球和火星將是后續(xù)深空探測的必然選項。月球環(huán)境和火星環(huán)境比目前的低軌道太空環(huán)境更惡劣，更不可預測。因此第三代艙外航天服必須適應登月、登火等星際艙外服的新需求。通過第三代艙外航天服的研制，在進一步深化對星際特殊環(huán)境認識的基礎上，必將帶來新材料的應用和新技術的突破。

（編輯 余子富）