圖解世界載人航天發(fā)展史（二十四）

文/ 邸乃庸

航天員安全

艙外航天服為低壓體制，只有大約1/3大氣壓，為了防止在低壓環(huán)境中航天員身體中溶解在血液里的氮?dú)庥坞x出來，形成氣栓堵塞血管，出現(xiàn)減壓病，需要將身體內(nèi)的氮降低到一定程度。方法是吸純氧置換出身體內(nèi)的氮，這個(gè)過程稱為“吸氧排氮”（左圖），大約需要3小時(shí)。俄羅斯的艙外航天服氣體壓力為40千帕，較高的壓力使出艙前的吸氧排氮時(shí)間縮短為30分鐘。

在國際空間站上，將探索號(hào)氣閘艙設(shè)備艙內(nèi)的氣體調(diào)整為吸氧排氮狀態(tài)，航天員在此睡眠，睡眠過程中即可完成吸氧排氮（右圖）。

航天員在艙外工作具有一定風(fēng)險(xiǎn)，主要來自三個(gè)方面：身體出現(xiàn)異常癥狀、航天服故障、身體飄離航天器。因此，從便于工作和確保安全兩個(gè)方面考慮，艙外活動(dòng)一般由兩名航天員同時(shí)進(jìn)行，兩人可以相互協(xié)作，有利于工作的完成，一旦一人出現(xiàn)意外情況，另一人可以提供幫助（左圖）。右圖為航天員在太空中進(jìn)行救援演練。

利用艙外航天服內(nèi)的測量和通信系統(tǒng)，艙外活動(dòng)全過程一直保持艙外航天員間、與艙內(nèi)航天員及地面控制中心人員間的通信聯(lián)絡(luò)，航天員身體生理參數(shù)和航天服工作狀態(tài)實(shí)時(shí)傳送到地面控制中心。左圖為國際空間站內(nèi)航天員保持與艙外活動(dòng)航天員聯(lián)系。

艙外航天服前面設(shè)置有兩根安全繩索及掛鉤，航天員艙外活動(dòng)全過程中不得脫離航天器，時(shí)時(shí)刻刻都要通過安全繩索與航天器相連（右圖）。

國際空間站有許多艙外設(shè)備和組件需要安裝，也都是由航天員進(jìn)行艙外活動(dòng)來完成的。左圖為航天員在構(gòu)架結(jié)構(gòu)上安裝兩套通信系統(tǒng)的GPS天線；右圖為航天員在遙控機(jī)械臂的幫助下，準(zhǔn)備安裝設(shè)置在構(gòu)架結(jié)構(gòu)軌道上用于幫助航天員和設(shè)備移動(dòng)的機(jī)動(dòng)運(yùn)輸車。

艙外活動(dòng)工作

航天員的艙外活動(dòng)工作主要包括組裝太空設(shè)施、維修太空設(shè)施、空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和施放、回收衛(wèi)星。迄今為止，航天員進(jìn)行艙外活動(dòng)取得的最輝煌成就，就是在太空組裝國際空間站這座太空大廈?？梢哉f，沒有航天員的艙外活動(dòng)，就不會(huì)有現(xiàn)在的國際空間站。

左圖為航天員到達(dá)聯(lián)合號(hào)節(jié)點(diǎn)艙與曙光號(hào)功能貨艙對(duì)接處，進(jìn)行8組電源電纜和通信電纜連接及設(shè)備安裝工作；右圖為航天員在S5構(gòu)架結(jié)構(gòu)和S3/S4構(gòu)架結(jié)構(gòu)連接處工作。

維修太空設(shè)施是航天員艙外活動(dòng)的一項(xiàng)重要工作。航天飛機(jī)曾5次進(jìn)入太空?qǐng)?zhí)行對(duì)哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的維修任務(wù)，使其自1990年4月由發(fā)現(xiàn)號(hào)航天飛機(jī)攜帶進(jìn)入太空后，迄今已經(jīng)運(yùn)行了近30年，獲得了探索宇宙的輝煌成就。左圖為航天員使用遙控機(jī)械臂將哈勃空間望遠(yuǎn)鏡捕獲置入航天飛機(jī)貨艙，準(zhǔn)備對(duì)其進(jìn)行維修。

發(fā)射國際通信組織衛(wèi)星VI時(shí)，因火箭出現(xiàn)故障，衛(wèi)星沒有進(jìn)入預(yù)定軌道。航天員在太空對(duì)衛(wèi)星實(shí)施“救援”，航天員手持捕獲裝置，獨(dú)自朝向衛(wèi)星移動(dòng)并成功捕獲衛(wèi)星（右圖），隨后將其固定在航天飛機(jī)貨艙內(nèi)，更換了發(fā)動(dòng)機(jī)后，又將其施放至太空，衛(wèi)星進(jìn)入預(yù)定軌道，起死回生。

自從哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)因防熱層受損導(dǎo)致失事慘劇后，航天飛機(jī)增加了在太空檢查、修補(bǔ)防熱層的程序。左圖為航天員對(duì)航天飛機(jī)軌道器前段底部防熱瓦進(jìn)行檢查。

巨大而復(fù)雜的國際空間站在運(yùn)行過程中出現(xiàn)一些故障是難免的，有些故障需要航天員到艙外去處理。右圖為航天員到艙外去更換出現(xiàn)故障的力矩陀螺儀。

在國際空間站組建前，進(jìn)行了一系列空間站使用的設(shè)備與機(jī)構(gòu)試驗(yàn)，在國際空間站上安裝的吊臂也進(jìn)行了先期試驗(yàn)。航天飛機(jī)在太空運(yùn)行期間，航天員將吊臂安裝到軌道器貨艙艙壁上，進(jìn)行吊臂功能試驗(yàn)（左圖），確認(rèn)其工作正常后，才將其安裝到國際空間站艙外使用。

在空間站外面安裝和回收試驗(yàn)裝置，已經(jīng)成為航天員艙外活動(dòng)經(jīng)常性工作之一。右圖為安裝在國際空間站艙外的材料試驗(yàn)裝置，幾百個(gè)材料樣品直接暴露在太空環(huán)境中，進(jìn)行材料長期暴露試驗(yàn)。

施放與回收衛(wèi)星也是航天員艙外活動(dòng)的工作之一。左圖為航天員將一顆幾天前通過航天飛機(jī)施放的用來記錄太陽風(fēng)和日冕數(shù)據(jù)的衛(wèi)星回收至航天飛機(jī)貨艙（圖中金黃色部分），準(zhǔn)備帶回地面。

一些造價(jià)昂貴的大型衛(wèi)星在太空出現(xiàn)故障，又難以在太空維修，航天員就出艙將衛(wèi)星回收至航天飛機(jī)貨艙，帶回地面維修，維修完畢后，再用航天飛機(jī)將其帶入太空施放。右圖為航天飛機(jī)施放維修好的大型通信衛(wèi)星，衛(wèi)星以自旋方式穩(wěn)定，從貨艙內(nèi)的施放裝置上緩緩脫離軌道器，進(jìn)入太空。

機(jī)器人

美國宇航局研制了一種機(jī)器人航天員——Robonaut R2（簡稱“R2”），它擁有一雙像人類一樣靈活的手臂，雙手能應(yīng)付各種復(fù)雜的操作，這種特殊的機(jī)器人未來有可能取代航天員完成艙外比較危險(xiǎn)和重復(fù)的航天作業(yè)任務(wù)。

R2使用頭、軀干、手臂和靈巧的手執(zhí)行任務(wù)，可以應(yīng)用航天員在艙外活動(dòng)中所使用的工具。它使用雙手抓握航天員艙外活動(dòng)用的扶手移動(dòng)“身體”（左圖），到位后，移動(dòng)腿使腿端頭進(jìn)入到固定裝置內(nèi)鎖定，騰出雙手來工作（右圖）。

在美國約翰遜航天中心對(duì)R2進(jìn)行了測試，以便對(duì)R2進(jìn)行各項(xiàng)評(píng)估。一位身著艙外航天服的航天員對(duì)R2進(jìn)行艙外組裝設(shè)備測試，在測試過程中，航天員通過語音與R2進(jìn)行交談。

R2在艙外活動(dòng)中可以使用航天員在艙外活動(dòng)中將身體與航天器連接的安全繩索掛鉤，將自己的“身體”與航天器連接起來，避免脫離（左圖）。當(dāng)工作環(huán)境進(jìn)入夜間時(shí)，R2還可以使用手電筒照明，使自己看清工作場所（右圖）。