天壤之别的空间站内行走和太空行走

2024-03-08 05:19

在电视画面中，我们看到中国空间站里的航天员行走跟地面很不一样：需要穿着特质的鞋，并且要借助软套环前进。这是怎么回事呢？

为此，来自中国科学院力学研究所研究员、微重力重点实验室的科学家李凯叔叔为我们进行了揭秘：原来，空间站内行走的航天员确实需要把手和套环等部件辅助才能移动呢！

由于空间站并没有完全脱离地球引力，因此在距离地球约400千米的轨道上，空间站受到的重力其实并没有显著小于地面。当中国空间站在轨时，引力主要用来提供空间站在轨运动时所需的向心力，航天员在空间站内是没有支撑力的，是處在微重力环境的，需要辅助部件来控制移动。

既然航天员需要辅助才能行走，那能不能将鞋垫或鞋底换成带磁力、类似壁虎吸盘的可吸附式装置呢？

当然不能了。壁虎吸附本身并不是吸盘原理，而是靠表面的刚毛与墙壁之间的分子间作用力实现的。在工程上，按这个原理要用于人体吸附还比较困难。

空间站四周舱壁不是简单的“壁”，表面和内部还装有各种控制设备、实验仪器，舱壁表面也多种多样，有的光滑，有的粗糙，有硬质的、软质的、金属的，还有非金属的。如果用吸盘或者粘贴的方法固定，只能在特定区域有效，不适用于全舱移动。为避免干扰各类精密设备和仪器工作，用电/磁的方式也不合适。

即使实现了用吸附或者磁等方法实现了鞋底固定，人员移动时要不断重复固定/解除固定的操作，比较烦琐，甚至需要配置专门的控制设备。相比之下，用把手和套环等方式简单、灵活、高效、可靠，用起来非常方便，因此也就成了最常见的辅助移动方式。

跟舱内行走相比，在舱外的太空行走很危险。因为航天员要离开航天器的保护，只身进入茫茫太空，以近8千米/秒的速度漂浮在轨道上，同时面临着真空、强辐射、失重和骤冷骤热交替等严酷太空环境的考验。

首先，在真空环境里，航天员如果失去有效防护，15秒内就会因缺氧而丧失意识，30秒内死亡。由于没有大气压力，人体血液和体液会像煮开的水一样“沸腾”，同时皮肤、组织和器官也会向外膨胀。

其次，太空没有地球大气和磁场的屏障，航天员将直接面对各种宇宙辐射，包括太阳耀斑爆发期间喷射出来的太阳射线、银河系高能粒子，以及紫外线、红外线、射频辐射等非电离辐射。这些辐射会对人体造成不同程度的伤害，如果超过安全限值，会导致航天员患放射病，甚至危及生命。

再次，在太空失重环境中，航天员会发生前庭功能障碍，产生晕眩、恶心、呕吐等“航天运动病”。长期失重会造成人体内钙、磷、镁等无机盐的排泄增加，发生骨质疏松和肌肉萎缩。

另外，太空中没有空气，对流消失，温度变化非常剧烈。空间站90分钟绕地球一圈，一半时间受太阳照射，一半时间受地球阻隔，照射时温度超过100摄氏度，阻隔时下降到零下100摄氏度。这种骤冷骤热交替的极端环境下，航天员持续几个小时的太空行走，是对身体和心理的极大考验。

航天员太空行走需要直面太空环境这4道关卡，而舱外航天服就是迎接考验的终极保障。