太空行走步步稳健

周岫彬

航天员进驻“太空之家”，在空间站里“安居乐业”，执行各项科研任务。为了让空间站顺利完成建造及稳定运营，执行出舱任务也成为航天员的一种常态。出舱活动的航天员要面临超低温、宇宙射线、真空环境、太空垃圾等考验，他们要如何应对，又有哪些“黑科技”在保障航天员的安全呢？

太空中航天员的出舱活动被称为太空行走，是指航天员穿着舱外航天服离开载人航天器乘员舱，进入太空的行为。一般分为两类：基于太空轨道的出舱活动，如空间站和载人飞船;基于地外星球的出舱活动，如登陆月球、火星等。出舱活动是载人航天活动的重要组成部分，也是载人航天的一项关键技术。

出舱活动使航天员直接进入太空，消除了航天器舱壁对航天员的限制，大大拓展了人类在太空的活动范围。通过出舱活动，航天员在航天器舱外执行组装、维修、实验、建造、生产、释放卫星等各种任务，让人类更好地认识太空、进入太空，开发和利用太空资源。

主要验证出舱活动系统的可行性、安全性和可靠性的相关技术，如验证新一代航天服等出舱相关装备和产品。

主要包括小型航天器的回收、修整与释放，舱外设备转移、安装、维护与管理，空间设施的组装、维修与建造，紧急太空救援，月面工作、登陆火星工作及地外星球的科研、生活设施建设等。

主要有天文观测和对地观测，空间生命科学和生物技术实验，空间流体力学实验，空间材料加工实验，微重力科学实验，空间生活技术实验。

2003年执行神舟五号载人飞行任务时，航天英雄杨利伟返回地面后的一句“感觉良好”令人振奋。2008年，执行神舟七号载人飞行任务的航天员翟志刚出舱时遇到两次突发状况，把舱门撬开之后，他的一句“我已出舱，感觉良好”令人安心。

“感觉良好”，已成为中国航天员出舱时报平安的“传统”用语，也成为中国开启空间站时代之后我们经常能听到的“热词”。

时间来到2021年，执行神舟十三号载人飞行任务的航天员叶光富、翟志刚、王亚平组成“感觉良好”三人组，圆满完成了各项出舱任务。这句话听起来很轻松，但要实现让航天员“感觉良好”的出舱活动却并不容易。

由于太空是一个微重力、高真空、强辐射、冷黑的环境，航天器或航天服在太阳照射时温度可高于100摄氏度，无太阳照射时温度降至零下200摄氏度，还可能遭遇微流星体（宇宙空间细小的岩石颗粒）的撞击等。

另外，航天员在微重力环境中要穿着并操作重达130千克的舱外航天服，开展各种工作时还会遇到诸多困难，对航天员的身体和心理都是巨大挑战。太空行走要求航天员有强健的体魄、优良的心理素质、对特因环境的耐受力，并掌握载人航天基本知识和技能、出舱活动专业知识和技能。因此，太空行走是一项具有极高技术含量的活动。

靠得住的“大力士”

——天和机械臂

空间站组合体体积庞大，航天员的出舱作业量繁多，难度大。这时候就需要天和机械臂来辅助航天员出舱作业。

天和机械臂是模仿人类手臂设计的，由两根臂杆组成，对应人体的大臂、小臂。两根臂杆的展开长度可达10.2米，在肩部、肘部、腕部设置了7个可灵活转动的关节。天和机械臂不仅灵活，还是一个“大力士”，其末端可承载25吨重物。在天和机械臂末端可以安装脚限位器，航天员出舱后只需站在脚限位器上，机械臂便可安全平稳地将他们送至目标位置，实现航天员在舱外的大范围转移，辅助航天员执行舱外作业任务。这不仅能节省体力，还可以解放航天员的双手，使得舱外作业效率更高。

舱外航天服里的“黑科技”

舱外航天服需解决防辐射、温度控制、压力调节、供氧、供电、通信、通风、动力等各种问题，需要支持人体长时间在太空环境下开展各项作业，保障航天员的生命安全。舱外航天服实际上是一个小型航天器，主要包括服装、头盔、手套以及航天靴。其中服装部分最为复杂，是由排泄物收集装置和舒适层、液冷通风层、加压气密层、限制层、隔热层和外防护层组成的6层结构。舱外航天服是一个跨专业融合的高科技复杂巨系统（组成系统的元素数量大且种类多，它们之间的关系复杂并有多层次结构时，被称为复杂巨系统），反映了一个国家的科技实力。中国自主研制的第二代飞天舱外航天服已经达到国际先进水平。

克服太空常见病——减压病

人体在环境气压快速下降时，组织、体液中溶解的氮气呈现过饱和状态，如果溶于体内的氮气由于气压降低不能随呼吸排出，而是逸出到皮肤、关节、肺部、血管、神经系统等组织，就会形成气泡而产生病症。其主要表现为关节疼痛、皮肤瘙痒、蚁走感、冷热感、呼吸压迫感、干燥感、头痛、神经麻痹以及肌肉抽搐等。

一般舱外的气压不超过0.5个标准大气压，航天员如果直接进入舱外环境，会因气压快速下降而导致减压病。因此，航天员在出舱过程中，需要先进入气闸舱，气闸舱将缓慢泄压、航天服加压充氧。航天员出舱前预先吸入纯氧，以此降低肺泡中的氮气分压，氮气被逐步呼出体外，同时溶解于组织和体液中的氮气将向血液中弥漫，最终通过循环系统和呼吸系统排出体外。通过多次吸氧排氮，将体内的氮含量控制在安全范围，航天员即可避免太空减压病了。

后续，中国航天员还将开展次数更多、更为复杂的出舱活动，相信在飞速发展的空间技术的支持下，他们能交出更优异的成绩单。

 舱外航天服功能示意图 （绘图/ 飞飞）

安装舱外航天服，先把各部分组合成一件完整的舱外航天服，再把净化器、氧气瓶、电池、无线电遥测装置等可更换部件装在舱外航天服上。

进入气闸舱，关闭气闸舱与核心舱舱门，穿液冷服、舱外航天服，对服装进行调整、气密性检查和性能测试。

航天员吸氧排氮，给舱外航天服加压，同时气闸舱缓慢泄压，最后将舱外航天服加压至40千帕（人体能够承受而又保证灵活性与气密性的压力值）。

当气闸舱减压至20千帕时解锁并打开舱门，航天员按计划执行出舱任务。出舱时，一般会借助把手、扶栏和助力装置，来固定身体、维持姿势和发力操作，系绳防止飘失。神舟十二号、神舟十三号载人飞船在执行出舱任务时，就采用了带脚限位器的机械臂辅助和自行攀爬作业两种方式。

航天员完成出舱任务后返回气闸舱，执行一套反向程序，关舱门、增压、脱舱外航天服、换舱内航天服、打开双向舱门，最后回到核心舱内的工作位置。