為了在太空“走兩步”，航天員需要做哪些訓(xùn)練？

12月21日21時35分，經(jīng)過約7.5小時的出艙活動，神舟十七號航天員乘組在空間站機(jī)械臂和地面科研人員的配合支持下，完成了天和核心艙太陽翼修復(fù)試驗等既定任務(wù)，航天員湯洪波、唐勝杰安全返回問天實驗艙，出艙活動取得圓滿成功。航天員湯洪波時隔兩年再度漫步太空，航天員唐勝杰成為我國執(zhí)行出艙任務(wù)年齡最小的航天員。

航天員湯洪波、唐勝杰執(zhí)行出艙任務(wù)

太空行走與載人天地往返、交會對接一起，被稱為載人航天三大基本技術(shù)之一，對發(fā)展載人航天事業(yè)有著獨特而重要的作用，尤其是在組建空間站、進(jìn)行太空維護(hù)維修和太空救援等任務(wù)中作用巨大。

下面就讓我們一起走近“太空行走”。

太空行走是什么？就是去太空“逛逛”嗎？

太空行走指的是航天員的出艙活動。出艙活動是航天員脫離載人航天器或建在其他天體上的基地，依靠自身攜帶的生命保障系統(tǒng)，在太空中或其他天體表面工作和活動，然后再返回載人航天器或基地的一系列過程的總稱。這里的載人航天器包括飛船、航天飛機(jī)、空間站和登月艙等。

空間站在太空中長期運行，為人類提供了重要的科研、實驗場所。但是空間站規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無法用火箭直接發(fā)射到太空，只能將各個部件、設(shè)備逐一發(fā)射，然后在太空中組建起來，這就需要航天員進(jìn)行艙外作業(yè)。劉伯明、湯洪波的出艙活動，完成了相關(guān)設(shè)備組裝、全景相機(jī)抬升等任務(wù)，就屬于這一類活動。

航天器在軌維修是出艙活動的重要任務(wù)。衛(wèi)星、飛船和空間站的研制、發(fā)射需要投入大量資金，進(jìn)入軌道后開始面臨種種安全風(fēng)險，如設(shè)備故障、儀器失效等，有時候一塊幾厘米的空間碎片就可能擊毀價值數(shù)千萬的航天器。而很多時候只需更換少量部件，就能讓航天器起死回生，繼續(xù)工作。

中國航天員出艙

在美國航天飛機(jī)時代，航天員每次飛行任務(wù)中都有維修維護(hù)任務(wù)。1990年，價值15億美元的哈勃望遠(yuǎn)鏡升空后，因故障導(dǎo)致性能下降，航天員經(jīng)過7次出艙，近50個小時的在軌維修，成功讓它以更長壽命和良好精度繼續(xù)工作。國際空間站從1998年啟動建設(shè)，設(shè)計壽命10~15年，在航天員們的努力維護(hù)下，一直平穩(wěn)運行到今天。

載人航天風(fēng)險很高，當(dāng)載人航天器在太空出現(xiàn)嚴(yán)重故障時，就需要航天員脫離故障航天器，以太空行走的方式進(jìn)入另外的載具，或者以這種方式對其他航天員進(jìn)行太空救援。未來人類登上月球，太空行走的任務(wù)也將大大擴(kuò)充，甚至成為常態(tài)工作，來推動月球基地建設(shè)、資源探測開采、科學(xué)考察等重要任務(wù)。

想去太空？要先闖這四關(guān)

太空行走是航天活動中最危險的任務(wù)之一。航天員離開航天器的保護(hù)，只身進(jìn)入茫茫太空，以每秒近8千米的速度漂浮在軌道上，同時面臨著真空、強輻射、失重和驟冷驟熱交替等嚴(yán)酷太空環(huán)境的考驗。

航天員在太空行走，移動身體

真空環(huán)境里，航天員如果失去有效防護(hù)，15秒內(nèi)就會因缺氧喪失意識，30秒內(nèi)死亡。由于沒有大氣壓力，人體血液和體液會像煮開的水一樣“沸騰”，同時皮膚、組織和器官向外膨脹。

太空沒有地球大氣和磁場的屏障，航天員將直接面對各種宇宙輻射，包括太陽耀斑爆發(fā)期間噴射出來的太陽射線，銀河系高能粒子，以及紫外線、紅外線、射頻輻射等非電離輻射。這些輻射會對人體造成不同程度的傷害，超過安全限值，會導(dǎo)致航天員患放射病，甚至危及生命。

在太空失重環(huán)境中，航天員會發(fā)生前庭功能障礙，產(chǎn)生暈眩、惡心、嘔吐等“航天運動病”。長期失重會造成人體內(nèi)鈣、磷、鎂等無機(jī)鹽的排泄增加，發(fā)生骨質(zhì)疏松和肌肉萎縮。

太空中沒有空氣，對流消失，溫度變化非常劇烈，空間站90分鐘繞地球一圈，一半時間受太陽照射，一半時間受地球阻隔，照射時溫度超過100℃，阻隔時下降到-100℃。這種驟冷驟熱交替的極端環(huán)境下，航天員持續(xù)幾個小時的太空行走，是對身體和心理的極大考驗。

航天員太空行走需要直面太空環(huán)境4道關(guān)卡，艙外航天服就是迎接考驗的終極保障。

艙外航天服由服裝、頭盔、手套和航天靴等組成，其中最復(fù)雜的是服裝，從內(nèi)到外有6層。最里層是襯里和尿收集裝置，其次是散熱的液冷通風(fēng)層；三、四層分別是保持航天服內(nèi)壓力的加壓氣密層和限制加壓氣密層向外膨脹的限制層；第五層是隔熱層，應(yīng)對艙外極端溫差變化，最外層是保護(hù)層，由多種纖維復(fù)合織物制成，具有良好的柔軟性，耐穿透、耐磨損、耐高溫、耐燃燒、耐腐蝕、防輻射，并有其他裝具接口。

航天員穿戴艙外航天服

除此之外，艙外航天服提供獨立的背包式生命保障系統(tǒng)、氣液電保障系統(tǒng)、測控和通信裝置，可以說是一個最微型的宇宙飛船。

我國“飛天”艙外航天服，重100多千克，采用全數(shù)字電控系統(tǒng)，可支持航天員長時間艙外活動和多次重復(fù)使用，具有很高的整體效能，更加可靠舒適，為航天員太空行走提供最可靠的保障。

太空行走前，航天員要做哪些準(zhǔn)備工作？

太空行走之前，出艙準(zhǔn)備工作程序也非常復(fù)雜，航天員需要操作上百個設(shè)備，對專業(yè)知識、操作技能都提出很高要求。航天員要清楚任何一個設(shè)備的形狀、位置、操作方法、操作要領(lǐng)和關(guān)聯(lián)動作，出艙前要準(zhǔn)備很多天，出艙當(dāng)天要提前準(zhǔn)備數(shù)個小時。

出艙活動時，兩位航天員首先穿著艙外服，進(jìn)行艙外服的系統(tǒng)檢查和艙外服艙載對接系統(tǒng)檢查，“鉆”進(jìn)服裝，對服裝進(jìn)行尺寸調(diào)整、氣密性檢查和全性能測試，確保一切正常?！按┮隆钡倪^程中，兩名航天員互相配合，一人操作，另一人讀操作手冊確認(rèn)，確保所有步驟萬無一失。

出艙前準(zhǔn)備

第二步是開展在軌訓(xùn)練。穿上艙外服后，航天員要進(jìn)行移動和各種模擬操作，以體驗失重狀態(tài)下移動和操作的特點。雖然在地面上有中性浮力水槽提供失重訓(xùn)練，但與真正的太空環(huán)境還有較大差距。同時，航天員要找好開艙門的位置和手腳的著力點。在軌訓(xùn)練過程中，航天員要把整個在軌準(zhǔn)備和艙外活動預(yù)演一遍，以進(jìn)一步熟悉出艙程序，但運動量不能太大，以防患上空間運動病。這些工作結(jié)束后，航天員將進(jìn)行一段時間的休息。

最后是過閘程序和開門。航天員通過氣閘艙進(jìn)出空間站，它有兩個艙門，一個是與載人大艙連接的內(nèi)艙門，另一個是通向宇宙空間的外艙門。航天員進(jìn)入氣閘艙后，關(guān)閉內(nèi)艙門，給艙外服加壓，同時進(jìn)行吸氧排氮，避免減壓病。氣閘艙慢慢泄壓，泄至３千帕?xí)r，艙外服與飛船的氣液組合連接器斷開，服裝轉(zhuǎn)入完全自主供氧和冷卻。

當(dāng)氣壓降至1千帕左右，就可以打開外艙門。開門時先解鎖，等到艙內(nèi)外壓力平衡，再把門完全打開。出艙之前，航天員還要給艙門罩上一個保護(hù)罩，避免進(jìn)出艙發(fā)生剮蹭。這個過程中，航天員始終要用一只手固定身體，只靠單手完成所有動作。

經(jīng)歷幾個小時的準(zhǔn)備，航天員成功開啟外艙門，正式開展艙外活動。

為什么太空行走不是自由自在地遨游太空？

航天員出艙進(jìn)行太空行走，會嚴(yán)格被物理規(guī)律所支配，這是極端危險的工作，稍不注意就會被空間站彈飛到太空中，需要遵循一整套的行動和技術(shù)規(guī)范。

根據(jù)國內(nèi)外專家計算和國際空間站的經(jīng)驗，航天員出艙后將與空間站保持?jǐn)?shù)個不同的相對運動軌跡（和離艙點相關(guān)），航天員的運動軌道通常是呈橢圓形。航天員離艙時所用力度、角度，都將影響他在“太空飛行”時的軌道，力度角度稍有偏差，就會掉入太空中，所以航天員必須擁有豐富的物理知識以及經(jīng)過千百次的訓(xùn)練，才能進(jìn)行太空行走。

艙外活動時，航天員要扎牢安全繩索。由于處于失重狀態(tài)，無法用腳行走，航天員移動身體就要靠手、機(jī)械臂或載人機(jī)動裝置。為了方便航天員移動，空間站艙外專門安裝扶手，航天員可以像攀巖一樣移動身體，這要求臂力和體力都很好。

通常，兩位航天員出艙時，一位通過傳統(tǒng)方式，依靠空間站艙外扶手運動，另外一位通過機(jī)械臂輔助運動。與此同時，地面測控中心各分系統(tǒng)密切配合，通過天鏈系列衛(wèi)星，建立通信連接，為地面實時觀測航天員出艙狀態(tài)、航天員與地面之間對話溝通提供了高速話音圖像中繼服務(wù)。

為了確保航天員太空行走安全，出艙活動也要選擇最佳時間，這就是出艙窗口。時間選擇要考慮人的安全和設(shè)備安全，盡可能安排在陽照區(qū)?？臻g站在近地軌道運行時，多次穿越南大西洋異常區(qū)，這一區(qū)域的異常輻射對電子設(shè)備、儀器有影響，對人體也有較大危害，因此出艙活動安排必須避開該區(qū)域。

為了在太空“走兩步”，航天員做了哪些訓(xùn)練？

為圓滿完成出艙任務(wù)，航天員還要進(jìn)行出艙活動和出艙維修相關(guān)訓(xùn)練。其中既有基礎(chǔ)理論訓(xùn)練、體質(zhì)訓(xùn)練、心理訓(xùn)練、專業(yè)技術(shù)訓(xùn)練等常規(guī)訓(xùn)練項目，也有出艙程序訓(xùn)練、失重訓(xùn)練、低壓艙訓(xùn)練及出艙任務(wù)訓(xùn)練等挑戰(zhàn)生理極限的高難度訓(xùn)練項目。

出艙程序訓(xùn)練是航天員出艙活動訓(xùn)練中最重要也是最全面的訓(xùn)練項目，是在航天員掌握理論知識和專業(yè)技術(shù)的基礎(chǔ)上開展的，在專用設(shè)備——具備氣閘艙的出艙程序模擬器中進(jìn)行。航天員穿著訓(xùn)練用艙外航天服，模擬訓(xùn)練出艙過程及操作特點。

出艙程序訓(xùn)練項目很多，基本涵蓋從出艙活動準(zhǔn)備到出艙活動結(jié)束返回、整理完畢艙外服的全部工作程序，包括開關(guān)內(nèi)外艙門、檢查艙外服和氣閘艙、大流量氧沖洗艙外服、吸氧排氮、進(jìn)入航天服、氣閘艙泄壓和復(fù)壓等訓(xùn)練項目。

航天員出艙活動主要進(jìn)行維修、排除故障、組裝空間站、航天器的布放和回收等任務(wù)，對失重狀態(tài)下航天員的工作能力和操作的精確性要求很高。

這方面訓(xùn)練大部分是在模擬失重水槽里進(jìn)行。模擬失重水槽由槽體、水處理系統(tǒng)、人體生理參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)、高壓氣源系統(tǒng)以及救生與醫(yī)療救護(hù)設(shè)備等組成，水質(zhì)要達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)，水深10~15米，有一個與實物大小相同的空間站氣閘艙。

訓(xùn)練時，航天員穿著訓(xùn)練用艙外服進(jìn)入水中，通過調(diào)整艙外服上的配重器和配浮器，使航天員在水中受到的浮力和重力相等，可以懸浮在水中。這時，航天員處于失重狀態(tài)，與太空失重的感覺非常相似，再通過大量反復(fù)訓(xùn)練，熟練掌握失重狀態(tài)下的運動規(guī)律，以及太空作業(yè)的方法技巧。

航天員進(jìn)行水下訓(xùn)練

不過這種方式還不能完全還原失重環(huán)境，一方面人體的生理反應(yīng)還是處于重力環(huán)境中，另一方面水下運動時受到水的阻力與失重狀態(tài)差別較大，所以航天員進(jìn)入太空后還要開展適應(yīng)性訓(xùn)練。

真空、低壓環(huán)境訓(xùn)練在專用試驗設(shè)備低壓艙里進(jìn)行。低壓艙可以模擬除失重以外的大部分太空環(huán)境，包括真空、低壓，冷熱及輻射環(huán)境，航天員能夠以接近實戰(zhàn)的狀態(tài)進(jìn)行訓(xùn)練，真實體驗吸氧排氮、用氧氣沖洗艙外服、氣閘艙泄壓復(fù)壓等過程，并在較真實的環(huán)境中穿艙外服開展操作訓(xùn)練和故障處置訓(xùn)練，如航天服電源故障、通風(fēng)故障、溫控故障、航天服泄漏和艙外服通風(fēng)、調(diào)溫、儀表監(jiān)視等。