俄罗斯水槽实验室试验组织及舱外活动程序训练

马爱军 刘巍（中国航天员科研训练中心）

俄罗斯加加林航天员训练中心水槽实验室自1980年投入使用以来，在俄罗斯和平号空间站及目前正在运行的“国际空间站”的航天员舱外活动训练及试验中发挥了重要的作用。

1 水槽实验室训练与试验的组织实施

岗位设置

为保障训练及试验的顺利进行，需要成立试验队。试验队中包含了水槽实验室的各个岗位，实际训练时必须严密组织，各岗位分工明确，同时又必须相互配合。试验队各岗位设置及职责如下。

1）试验队队长：负责整个训练过程组织及安全管理。训练前组织试验队开会，训练后组织开会总结。其办公室设有监视屏，可以监视整个训练过程。他可以直接命令主试，也可以下达命令取消训练，但不能指挥其他岗位工作人员。当队长不在岗时，由第一副队长代理；另外3个副队长分别管理模型设备、医学保健、工艺系统及设备。

2）主试（岗位101）：负责现场总指挥。训练时，他通过水槽试验室长方形观察窗及电视监视器观察水下训练情况；通过监视器监视航天员在岸上穿航天服及下水过程；通过通信系统与各岗位通话及下达命令，通过水下高音扬声器指挥水下潜水员。训练现场各岗位都必须听从其指挥。主试除了要求有训练组织能力外，本身必须是一个经验丰富的潜水员或试验员。

3）航天服岗（岗位100）：负责水下用航天服的日常维护保养、使用等相关课程讲解，训练前检查准备工作，帮助航天员穿好航天服，训练结束后协助航天员出航天服等工作，一般由2～3人组成。

4）医学保障岗（岗位102）：一般由4个人组成，负责医学保障及急救工作。其中主管医生1人，训练前对受试者及潜水员进行医学检查，训练中监视受试者的各项医学参数；根据受试者及潜水员的身体状况，向主试建议训练是否继续或停止。小组中的其他组员主要是护士，负责帮助受试者固定传感器及呼吸带，训练中协助主管医生对受训者的身体状况进行准确判断。

5）潜水安全保障岗（岗位103）：负责监督潜水器具准备工作及安全检查，记录潜水员下水时间，保证潜水员的安全。该岗位由1人承担。

6）通信及照明岗（岗位104）：至少有2人。1人负责通信系统的日常维护及训练现场的通信畅通；另1人负责照明系统的日常维护及训练现场照明系统的正常工作。

7）工艺系统岗（岗位105）：操作吊车起吊穿水下航天服的航天员出、入水；操作货井吊车和旋转吊车搬运及摆放模型设备；操作平台升降系统控制平台的升降。该岗位有2～3人。

8）生命保障参数测量系统岗（岗位106）：负责显示和记录受试者的生理参数及航天服内的各项物理参数，并将数据提供给医生和护士。另外，根据服装内的各项物理参数，进行能量分析、工作舒适性分析、工作能力分析等工作。该岗位保留了训练数据文件，以备将来和在轨飞行时的数据进行比较，保证任务的顺利进行。该岗位有1～2人。

9）录像及电视监视岗（岗位107）：负责录像及电视监视系统的日常维护及正常运行；对训练内容进行录像；将录像信号传到需要电视监视的相关岗位。该岗位有2～3人。

10）航天服供水供气岗（岗位108）：负责该系统的日常维护及训练中向航天服内供气、供水。该岗位一般有2人。

11）高压空气系统及水系统岗（岗位109）：负责高压空气系统及水系统的日常维护；训练用气的准备及供应；水系统的净化及水温控制。该岗位有1～2人。

12）模型准备岗（岗位110）：负责模型设备的日常维护及正确使用；负责附属设备的安装。该岗位1～2人。

航天员在潜水员协助下进行水下训练

从水槽试验队岗位组成图可以看到，当对2名受试者同时进行训练时，至少需要7名潜水员（涂灰色者）。每个受试者需要配备3名潜水员，其中1名潜水员给受试者进行浮力配平，1人摄像，1人保护，同时他们还要负责将受试者带到指定工作地点，在受试者工作时为其扫清障碍。图中编号为40号的潜水员作为备份，如果直接负责受试者安全的某个潜水员因某种原因不能继续工作，40号将补充上去。除了上述必需的7名潜水员外，编号为10、20、30的潜水员负责准备水下训练设备，编号为51、52、53的潜水员负责照相及录像，编号为61、62、63的是学员。由于他们的工作可由前述7名潜水员代替完成，因此他们是否参加训练，将根据具体训练任务的情况来确定。

训练及试验的组织设施

为了保证训练或试验的正常进行，为每一个岗位制定了操作规程，每个岗位的工作人员必须严格遵守操作规程。训练前的准备工作有：

1）帮助受试者选择及试戴合适的生物医学测量带，并测试生理信号系统是否正常工作。

2）帮助受试者试穿航天服，选择合适的服装型号，将服装调整到合适尺寸，将测量结果记录到航天服训练日志中；在这期间，也训练了航天员在穿着航天服并加压的情况下对服装上各控制机构的操作。

3）训练前1～2天，各有关岗位必须按操作规程作好准备工作。其中，高压空气系统岗给高压气瓶充气（4组高压气瓶的压力都不得低于15195kPa）；通信系统岗检查通话是否正常；生命保障参数测量系统岗利用模拟生理参数检查系统是否正常工作；航天服岗对航天服进行检查及准备等。其中，航天服的检查及准备内容较多，包括：对服装软体、硬体、尺寸调节带、面窗、关节、背包锁等的检查；按照航天服训练日志中记录的尺寸调节服装尺寸；检查液冷服尺寸；检查应急气瓶压力显示是否正常；供水后检查液冷服中水的循环情况，检查温度调节器是否正常工作；戴手套，关背包，加压，检查压力保护阀门是否工作；检查应急气体开关是否正常工作。

训练当天的工作顺序如下：

· 训练队长召集所有人员开会，再次重申并明确任务；

· 各岗位准备（包括受试者及潜水员体检、供气供水系统准备、航天服系统检查等。受试者贴电极，穿纯棉训练内衣、液冷服、航天服，加压，通话测试，准备入水）；

· 训练指挥员下命令，开始工作；

· 潜水员先下水；

· 受试者下水，入水后还要检查航天服的气密性；

· 受试者握着引导绳缓缓下潜；

· 潜水员为受试者进行浮力配平，然后将其送到工作位置；

· 在训练指挥员的指挥下，受试者开始工作；

· 受试者完成操作后，训练指挥员宣布操作结束，受试者出水，潜水员出水；

· 受试者体检，医生询问受试者的主观感受；

· 试验队队长召集受试者开会总结，分析存在的问题，并对训练下结论。

针对某项任务，当受试者完成多次（一般为6～10次）训练后，综合评定委员会对受试者能否上天执行出舱任务下结论。综合评定委员会成员包括加加林航天员训练中心的有关领导及训练专家、来自能源联合体的模型设备专家、来自星星公司的航天服专家、来自生物医学研究所的医学专家等。

航天员被吊入水槽实验室中

2 水槽实验室航天员出舱活动训练

根据训练目标和训练任务的不同，出舱活动训练可分成3个阶段：基础训练阶段、分组训练阶段和乘组训练阶段。

基础训练阶段

该阶段又称为预备航天员阶段，其训练目的是通过学习出舱航天服各种模型，初步掌握出舱活动的知识和技巧。该阶段用时1年半到2年，训练结束后受训者具备了航天员资格。该阶段具体任务包括：①学习出舱活动基本理论知识及出舱航天服功能模型；②训练在无支撑环境下的空间定向能力；③以轻装潜水训练和穿着航天服干训练（在岸上训练）的方式掌握基本出舱活动技巧。

航天员正在水槽实验室中进行水下模拟训练

在轻装潜水训练中，要学习和掌握水槽实验室环境中轻装潜水的初步知识和技巧，熟悉水槽的特殊工作环境，获得在水环境中合理的运动和操作技巧。另外，通过训练受训者做一些复杂运动及学习相关的组织实施过程，使受训者获得主动适应特殊环境的能力。受训航天员应在获得世界潜水联合会（CMAS）1级或2级潜水资格证书后才能进行水槽轻装潜水训练。

干训练的内容包括：在穿着航天服并加压的情况下，受试者操作航天服的各个控制机构；学习使用出舱活动用的各种操作工具。

在该阶段，除了上述训练内容，航天员还要参加离心机等训练器训练，并在操作训练台上训练在轨飞行时的基本操作。另外，还参加失重飞机训练、安全救生训练，并在医监医保各方面作准备。

分组训练阶段

在该阶段根据操作内容进行分组训练，训练用时2～4年。该阶段在全部训练科目中所占的比例最大。通过该阶段训练的航天员已经具备了出舱活动的能力，能够完成简单的出舱活动及操作。

该阶段训练目的包括：①训练典型操作，获得稳定的操作技巧；②学习并掌握安全操作方法，学习“人-航天服”系统的工作情况，学习在应急和非正常状态下的操作；③学习新的航天技术实验技术。

该阶段具体训练任务包括：①学习与出舱活动有关的知识；②让受训航天员参与到其他航天员的训练以及航天技术工效试验中，通过训练巩固其完成典型操作的能力；③进一步训练和巩固在应急和非正常状态下的操作能力及技巧。

在该阶段，除了在水槽进行的训练外，还要在为出舱任务专门研制的训练台上进行操作训练，在出舱程序训练器上训练出舱前后在气闸舱中的相关操作程序，参加安全救生训练，继续对医监医保相关内容进行准备。

另外，出舱活动典型操作主要包括下列内容：

· 打开、关闭气闸舱舱门；

· 安装、卸除保护舱门密封圈的保护环；

· 进出舱门；

· 沿空间站表面行走；

· 从气闸舱中取出设备；

· 沿空间站表面移动载荷；

· 通过载荷杆移动人及载荷；

· 连接不同类型的电接插头；

· 使用多功能工具；

· 将失去工作能力的操作者运回舱内；

· 转移到备份气闸舱；

· 使用磁性机械锁或机械锁固定设备。

乘组训练阶段

该阶段针对具体出舱任务进行训练，其训练时间根据任务要求及实际训练效果确定。训练结束后航天员就可以上天执行出舱任务了。

该阶段训练目的包括：①掌握此次出舱任务的知识及操作技巧；②掌握出现应急及非正常状况时的知识及技巧。

该阶段具体任务为：①学习此次出舱任务的理论知识，掌握相关操作技巧；②通过反复训练，巩固穿着“奥兰”航天服完成典型操作的技巧；③训练出舱活动操作全过程，提高乘员组的相互合作能力；④训练在应急和非正常状况下乘员之间的协作。

在该训练阶段，除了完成水槽实验室的训练内容，还要继续在出舱程序训练器上训练出舱前后在气闸舱中的相关操作内容，参加失重飞机训练、安全救生训练及发射场演练，并继续在医监医保各方面作好准备。

3 水槽实验室出舱程序训练操作要求

典型扶手示意图

穿上舱外航天服在失重环境下执行出舱任务时，航天员沿航天器表面的移动、搬运或安装仪器设备等工作与在地面环境下会有很大区别，这些在失重环境下运动和作业的规律及技巧都需要航天员在水槽实验室进行大量的训练。另外，航天员穿上水下航天服在水槽实验室中虽能达到中性浮力状态，但它并非真正的失重，因为在空中感觉不到方向，任何姿态都是可能的，但在水槽实验室中不同姿态对操作是有影响的，并且还有水的阻力作用，因此航天员身着水下航天服在水槽中移动作业时应遵循的总原则是：学会适应与姿态有关的中性浮力状态，尽可能不要用力破坏这种平衡状态；启动后，要慢慢地、匀速地移动，时刻注意周边环境；出现移位困难时，先弄清原因，排除后再移动，忌因用力过猛而无谓消耗体力或损坏服装。

航天员进行太空行走时，通常是靠两只手和两个带系绳的安全挂钩的相互配合来完成的，这两个系绳被连接在服装的腰位，一长一短，长的具有一定的弹性，主要用于远距离操作，短的主要用于固定。使用这两个挂钩的原则和利用它们进行载荷移动的方法如下。

（1）两点固定、一上一下原则

双人搬运物体示意图

单人搬运中等物体示意图

为辅助航天员完成太空行走或移动各种仪器设备，在航天器表面通常设有各种扶手，在典型扶手示意图中可以看到：（a）为标准扶手，它由上下两排组成，每一排长杆又被均匀、合理地分成多个小段，每个小段都有单独的支撑，出于安全的考虑，航天员的两只手与两个挂钩，任何时刻都至少有两点固定在扶手上。定点工作时，应该两个挂钩一上一下挂在不同的扶手上；移动时，则应一只手握住扶手，一只挂钩固定在另一就近的扶手上，另一只手抓住另一挂钩并将其挂在合适的扶手上，两个挂钩要按顺序向前或向下平行移动，避免交差移动而产生系绳缠绕。

（2）单人搬运中等大小物体的方法

在单人搬运中等物体示意图中可以看到，对于中等体积的仪器设备，航天员可单独搬运，搬运时用于固定仪器的两个挂钩，一只连接在航天员左侧的短系绳上，另一只则单独挂在扶手上，航天员由左向右移动该仪器时，将依次移动其右侧连接长系绳的挂钩、左侧连接短系绳的挂钩、最后移动固定仪器的单独挂钩，当被移动的仪器较小时，也可将其两个挂钩同时连接在航天员左侧短系绳上来搬运。

（3）双人搬运大物体的方法

移动失去活动能力的航天员示意图

双人搬运大物体示意图

对于体积较大的仪器设备，需要两名航天员共同配合来搬运。首先两名航天员和被搬运的大体积仪器设备按照双人搬运大物体示意图所示放置，搬运时两名航天员每人负责仪器的一边，假定由左向右移动该仪器，则2号航天员先移动，他移动挂钩的顺序按示意图所示①、②、③的顺序移动仪器的右边，然后由1号航天员按示意图所示①、②、③的顺序移动仪器的左边。需要注意的是：两名航天员共同移动大物体时，应注意互相监视，一名航天员移动时，另一名航天员不动，并且用一只手来扶扶手，另一只离物体近的手扶住物体的手柄以免对方移动挂钩时带动物体使之撞到航天器表面，同时目视对方的操作。对于体积稍小些的仪器，两名航天员还可以按照双人搬运物体示意图所示的挂钩连接方式来完成，也就是将仪器的两个挂钩直接连接在两名航天员的左侧和右侧的系绳上。

（4）移动失去活动能力的航天员

如果两名航天员执行出舱活动任务时其中一名航天员失去活动能力，就需要另一名航天员将其带回气闸舱，从移动失去活动能力的航天员示意图可以看到，假定移动方向由左向右，一般为健康航天员（1号）在前，失去活动能力航天员（2号）在后，2号的两个挂钩，一个连接在1号的左侧短系绳上，另一个挂在单独的扶手上，1号依次移动右侧挂钩、左侧挂钩和2号的短挂钩。进气闸舱时，1号先进，然后将2号拉进来，过程中2号起观察作用。

以上介绍的仅是出舱程序训练操作中的基本要求和方法，面对不同航天器，不同出舱任务，在遵循基本操作要求的前提下还应通过不断摸索，制定出具有任务特点的出舱活动操作方法。但有一点需要说明的是：出舱操作是一个严肃的课题，既不能出现无章可循让航天员随意操作的情形，也不能由于太过呆板而影响任务，正确的做法是通过不断训练和实践，固化一些基本操作，并在实际中按规范去操作。