舱外数小时 地面百日功——揭秘中国航天员频繁出舱背后

文/蔡洋

9月17日，蔡旭哲、陈冬先后成功从问天实验舱出舱，创造了中国航天员出舱活动间隔时间最短纪录。随着中国空间站建造和运行稳步推进，航天员在太空中越来越繁忙，出舱频率也越来越高。那么航天员频繁出舱，有可能面临着哪些挑战？他们又需要做好怎样的训练与准备呢？

▲ 神舟十四号飞船乘组第二次出舱活动

暗藏凶险 如履薄冰

航天员出舱应该是最能引发大众关注的太空任务之一。出舱活动又被称作太空行走，是指航天员离开载人航天器内部，进入太空。一般来讲，航天员出舱可以完成航天器外部设施维护、辅助在轨组装设备、开展舱外科学实验和科研探索等任务。

由于缺乏舱壁保护，航天员在舱外会面临复杂易变的温度、压力及强辐射等挑战。遗憾的是，机器人等自动化设备还不能完全取代航天员执行舱外任务，所以航天员出舱势在必行。

很多人观看航天员出舱视频，期盼“动作再快点”。其实出舱活动的危险性极高，必须谨慎，在人类首次太空出舱活动中，就发生过极其惊险的一幕。1965年，苏联航天员、“太空行走第一人”阿列克谢·列昂诺夫在执行出舱任务时，舱外航天服因气压差问题出现膨胀，一时无法返回舱内。幸好他果断地冒险调低了生命保障系统气压，头朝前，拼命旋转身体，安全返回。

据公开资料显示，神舟十二号飞船航天员刘伯明出舱时，突然收到地面指令：“02，请现在进舱，请将脚限位器在舱门口暂时放置，请02现在进舱，完毕。”这一指令显示出太空行走任务的高风险性。

▲ 中国航天员在舱外完成复杂细致的任务

当时，地面监测到了航天员附近区域的异常辐射值。因为中国空间站舱体有多层防护结构，可以屏蔽掉大部分危险辐射，所以指挥人员要求航天员尽快回舱躲避。待异常辐射消散后，刘伯明再次出舱，将脚限位器安装于节点舱外表面的设备接口，圆满完成相关任务。

由那次插曲可知，航天员每次出舱活动都需要选择合适的时机，躲避可怕的射线、高能粒子、高辐射、太阳风等，所以每次出舱机会都弥足珍贵。更麻烦的是，出舱活动需要由航天员与地面科研人员紧密协作配合，有些特殊任务还需要调整空间站姿态，并考虑太阳光照、天地通信技术等条件，因此频繁出舱对航天员和科研人员都是重大考验。

▲ 航天员出舱前务必做好安全保障

出舱活动对航天员体力消耗很大，频繁出舱更是对航天员的身体素质有着极高的要求。因为失重环境下控制身体活动不便，航天员双脚发力困难，主要靠双手抓物，谨慎移动。另外，舱外航天服质量较大，不会随着失重条件变化，而质量越大的物体惯性越大，加剧了控制难度。所以航天员出舱活动很难像某些人想象中那么轻松自如，他们在每次出舱结束后都需要进行身体恢复与健康监测，否则，可能会不堪重负。

准备复杂 科技助力

中国空间站建造正在有条不紊地推进中，驻站航天员每天都要锻炼身体，防止低重力条件下肌肉萎缩，影响正常生活和出舱工作。在执行出舱任务前，航天员首先需要按照任务手册和地面训练内容，提前模拟出舱程序和任务执行流程。之后，他们依据任务手册准备好所需的相关工具，如安全绳、电动螺丝刀、固定器、限位器等，必须确保工具都能正常使用。接下来，航天员要穿戴舱外航天服。

舱外航天服堪称“航天黑科技”的集中体现。为了将人体与恶劣的太空环境隔绝，其制作工艺要求高，兼顾保温隔热、防撞击、防辐射、湿度控制、压力调节等多种功能。可以说，舱外航天服相当于“小型载人飞船系统”，价比黄金，哪怕是将它发射运送上天，也要花费大笔开支。

▲ 航天员太空行走时主要靠双手移动身体

如此精密复杂的航天服，使用寿命却相对有限，且每次使用后可靠性就会降低，无疑增大了航天员出舱的难度。今年8月，俄罗斯航天员从国际空间站出舱时，意外发现舱外航天服供电问题，被迫提前中止任务。

随着问天实验舱气闸舱投入使用，中国航天员出舱设施更完备，活动空间更大。但在此之前航天员使用核心舱节点舱出舱，操作较复杂，需要“三关一开”，即关闭飞船与核心舱相连的轨道舱舱门、核心舱小柱段与气闸舱之间的双向承压舱门以及舱外航天服背包门，开启出舱舱门。关闭多道门之后，航天员身着舱外航天服进行大流量冲洗与吸氧排氮，简单地说，就是将舱外航天服内部转变为纯氧环境。由于空间站舱内气压比标准气压略低，舱外航天服内部气压仅有地面标准大气压的一半，航天员必须吸纯氧，尽量排除体内氮气。否则，氮气会在舱外异常溢出，航天员有可能患减压病，甚至危及生命。

航天员要想在舱外及时避开辐射和太空碎片等潜在危害，少不了地面监测和指挥系统帮助，这就对天地通信技术提出了更高的要求。出舱任务期间，能源供应问题不能马虎，太阳翼的位置要争取协调好阳光入射角度，至少需要1名航天员在空间站内操作各种设备协助，背后是先进制造业的集体支持。

▲ 俄罗斯航天员在国际空间站舱外活动

▲ 从舱内看中国航天员在舱外移动

▲ 中国航天员在水下训练

出舱半天 训练整年

“我已出舱，感觉良好。”2008年9月27日，翟志刚出舱留言，第一次在太空留下了中国人的脚印。航天员舱外行动一般持续数小时，却需要在地面上付出百倍努力。

航天员飞天之前会在科研训练中心学习基础理论知识，锻炼操作技能，开展出舱程序及任务训练。整个地面训练过程异常艰辛，男女训练标准一致。正是在日复一日的坚持中，他们不断超越自我，挑战极限，为太空行走打下了坚实的身体素质基础。

出舱模拟器能够模拟太空环境和设备使用状态，营造逼真的触觉、视听觉、舱外压力密度等，还能给航天员制造各种各样的难题，训练他们应对突发状况的处置能力。

▲ 中国航天员出舱瞬间

如果还嫌失重环境不够逼真，航天员就要体验中性浮力水槽。水下有同比例布置的空间站舱段模型，航天员必须穿上特制的带有铅块的训练服，负重达200千克，每次在水下训练数小时，几乎每天都要重复。训练服的重量控制精准巧妙，让人体悬浮在水下，提供了近乎失重的环境，便于航天员练习舱外活动和出舱步骤，另有多个复杂的单项训练。

总之，航天员在太空中的每个操作动作都要在地球上经过千锤百炼，“熟能生巧”，成长为身体素质、心理素质、应变能力、技术功底全能的“六边形战士”。

中国空间站正处于建造阶段，航天员工作繁忙。经过辛勤训练和周到细致的准备后，每个飞行乘组都承担了不止一次出舱任务，频繁出舱也面临着一定的风险。

未来中国空间站建成并常态化运行后，随着太空环境监测、指挥控制、舱外设备、航天服等方面的技术进步，以及航天员任务流程更加优化，频繁出舱的风险会更低，也有望减少。虽然观众可能遗憾，但这将是中国载人航天技术的重大进步，相信中国人漫步太空的脚步会更稳、更远。