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 穿不同的舱外航天服出舱程序也不同。穿俄罗斯航天飞机航天服出舱程序:航天员进入气闸舱进行准备;检查航天服和航天服控制台;穿航天服,检查通信和医监遥测参数;密封航天服后再进行检查;气闸舱初步泄压,进行吸氧排氮;气闸舱再次泄压,检查气闸舱;航天服由舱载供给转为自主供给;打开外舱门和航天服温度调节系统,执行出舱任务;完成出舱任务后返回气闸舱,关闭外舱门和航天服温度调节系统;气闸舱初步复压,航天服由自主供给转为舱载供给;气闸舱再次复压,航天员脱航天服。

  穿美国航天飞机航天服出舱程序:航天员进入气闸舱;把气闸舱压力从101.36千帕降低到70.33千帕;测试航天服;穿上航天服;再次测试航天服;戴上吸氧面罩,进行吸氧排氮;关闭气闸舱的内舱门,停止吸氧,戴好头盔,准备减压;气闸舱减压,对航天服进行{zh1}测试,气闸舱压力减到零,打开通往太空的外舱门;航天员出舱,完成舱外任务;结束太空行走,航天员返回气闸舱;气闸舱复压后,打开内舱门;脱下出舱活动航天服;保养航天服,更换生保系统中的电池和氢氧化锂盒,给供水系统重新加水;把出舱活动航天服存放在气闸舱内指定的位置。

  俄美出舱程序的相同之处是都采用分阶段泄压和进行吸氧排氮,但由于航天服的压力体制不同,所以航天员吸氧排氮的方式和时间也不同。俄罗斯航天员预吸氧的时间是30~50分钟。美国有2种:如在70千帕气闸舱停留24小时,预吸氧的时间是40分钟;如在101千帕气闸舱开始准备出舱,预吸氧的时间是4小时。

  需要注意的是,在载人航天器上天后的72小时之内一般不安排航天员太空行走。这是为了让航天员适应太空微重力环境,同时也是为了避开航天运动病的高发期。据统计,有将近一半的航天员在太空飞行的头3天容易患航天运动病,由于这种病的主要症状是恶心和呕吐,因而对完成太空行走很不利。

  太空行走的工具

  目前,航天员在太空行走时还配有像动画片《铁臂阿童木》一样采用机动装置,即所谓太空摩托艇或太空摩托车,以扩大航天员的活动范围。

  机动装置是航天员出舱时的交通工具,通过喷嘴喷出无污染的高压气体——氮,来推动航天员的身体朝一定方向移动,氮气使用完后可从母航天器上再补充。该装置有2套相同的系统用以备份来保障安全。最早使用的机动装置是美国“双子星座”飞船航天员使用的“手提式机动装置”,它有3个喷管,其中2个喷管对着后方,一个喷管对着前方。

  1984年2月7日,美国航天员麦坎德利斯不系安全带,驾驶价值3000万美元的“载人机动装置”,以10厘米/秒速度进入太空,成为航天史上{dy}批“人体地球卫星”。“载人机动装置”重达111千克,外形像一背包,所以又叫喷气背包。装置内有2套互为备份的氮气箱和供气系统(箱内装有5.9千克的高压氮气),以防止发生故障危及航天员安全。

  不过,“载人机动装置”太昂贵了,而且太笨重。为此,美国又研制新一代机动装置——“舱外活动救生辅助装置”,现已用于国际空间站的组装、维修和救援。其体积比“载人机动装置”小,价值700万美元,装有24个喷气装置,可作6个自由度的机动控制,工作时间为13分钟。它们喷气时能产生15厘米/秒的移动速度,{zd0}移动速度为3米/秒。该装置安放在出舱活动航天服的背包下方,航天员可通过绑在航天服前面的开关控制喷气,实现各个方向的移动。该装置也有自动姿态控制功能,将航天员的身体自动保持在一定的位置。

  俄罗斯也有机动装置,其中名叫YMK的机动装置的速度可每秒钟30米。与奥兰-M航天服配套使用的俄罗斯“航天员救援装置”在特性上和工作方案上与美国“舱外活动救生辅助装置”相似,但它们在构造、气动液压管路、航天服的固定方式及控制等方面仍然有很大的差别。它有喷嘴16个,速度3.6米/秒。“航天员救援装置”与航天服固定于4点,可通过0.8米直径的舱门到达国际空间站的事故区,还可以在出舱过程中发生危险时可以把该装置从航天服上卸下(靠另一乘员的帮助)。该救援装置是靠奥兰-M航天服上的蓄电池供电,并通过航天服上的控制钮上的开关对它进行操作,而装置上的控制钮用来将装置锁定在工作位置。

  太空行走的训练

  太空行走技术的训练分技能训练和任务训练两种。前者是让航天员学习怎样穿脱舱外活动航天服、熟练掌握出舱程序和在太空行走是如何控制自己的身体和运动;后者是学习如何完成出舱活动任务。

  俄罗斯和美国的出舱活动训练主要有失重飞机训练、在水槽中进行模拟失重训练、在各种模拟器上进行出舱活动的技术训练和应用虚拟现实手段进行训练,其最重要的就是在水槽中的训练,因为这种方法最接近实际。

  俄罗斯巨型水槽为圆形,直径23米,深12米,能装下和平号空间站核心舱的模型或国际空间站上俄罗斯的服务舱模型。在这里训练时,航天员都穿一种水下训练用的“奥兰”航天服。为了保障胸、肩、手臂及腿部壳体的中性浮力,它安装有配重物。每次训练课至少有7名潜水员负责安全保护。

  美国供航天员出舱活动训练用的水槽主要有2个,即“中性浮力实验室”和“失重环境训练设备”。“中性浮力实验室”长61米,宽31米,深12米,可容纳国际空间站的1个舱的模型和航天飞机货舱模型,是美国航天飞机航天员和国际空间站航天员的主要训练设备,通过它航天员能熟悉在失重状态下身体如何运动和双手如何操作。“失重环境训练设备”用于评定航天员出舱活动装备、航天员身体限制系统、发展出舱活动程序和提高航天员的出舱活动能力。

  在水槽训练中,俄罗斯训练用的舱外活动航天服外形跟真的航天服一样,只是背包内没有生命保障系统,航天员呼吸和服装内通风都是通过一根“脐带”式通气管进行;美国训练用的舱外活动航天服背包上有生命保障系统,所以航天员行动自由。

  用失重飞机作抛物线飞行可产生30秒左右的失重,每次飞2~3小时可作抛物线飞行40多次。通过它训练虽然失重时间短,但可以真切感受和体验失重环境,也能训练航天员太空行走时的各种操作和技能。美国失重训练用的飞机是一种经改装的KC-135喷气式运输机,俄罗斯失重训练用的飞机先后是经改装的图-104和伊尔-76。

  俄罗斯和美国在航天员训练上有明显不同。例如,俄罗斯的训练强调全面掌握太空行走技术,以便能应付在太空行走中可能遇到的各种意外情况。而美国的训练强调要突出重点,在太空用什么,在地面学什么。凡在太空要做的操作,在地面要进行10~60次的练习。由于美国人在太空停留的时间比较短,所以每次出舱活动都安排的很周密。太空行走时,地面人员还能对航天员不断地进行指导和帮助。

  太空行走的危险

  太空行走是风险很大的一项航天活动,其中太空环境的因素、气闸舱的因素、舱外航天服的因素、机动装置的因素、人为失误的因素等,都会对太空行走的安全性有不同程度的影响,有时是几种因素在一次飞行中先后出现,甚至同时出现,因而很危险,可能使航天员有去无回,成为人体卫星。至今,已有300多人进行了太空行走,其中出现过不少事故,但还没有发生过人员死亡。

  在太空特殊环境下,人的生理和心理都会发生变化,如容易得空间运动病,会对太空行走产生较大影响。1969年3月,阿波罗9号在飞行的第2天,航天员施韦卡特吃完早餐后突然呕吐,当时他正准备穿舱外航天服,以便进行出舱活动。一小时后他又吐了一次。于是,地面控制中心专家召开了紧急会议。考虑到出舱活动的安全,特别是如果航天员在舱外穿着航天服和戴着头盔时再呕吐,呕吐物将留在头盔内没法处理,航天员还可能将它吸入肺中,造成严重后果。因此原计划2个小时后的出舱活动不仅被推迟,而且时间也大大缩短。

  气闸舱的设计、操作和质量对太空行走也很重要,尤其是其舱门的好坏直接关系到航天员的生命安全。1990年7月17日,两名俄罗斯航天员经过量子号气闸舱走出和平号空间站,他们在气闸舱还未xx减压时就打开舱门。舱门打开时气体涌出来,损坏了门的铰链,从而使他们在结束出舱活动后关舱门时遇到困难。他们决定采用应急程序,通过量子2号的应急气闸舱关闭了内舱门。直到1991年1月第3批航天员上去时,带上了合适的维修工具,才{zh1}将舱门修好。1996年11月,航天飞机在执行STS-80时气闸舱的舱门也出现问题,由于舱门闩启动器被一颗松动的螺钉卡住,气闸舱门不能打开,航天员出不了舱。

  对于太空行走来说,最常见的问题大都与舱外航天服有关,它是太空行走的薄弱环节,其中有的是因设计上有缺陷造成的,有的是质量不好出现故障引起的。1991年7月21日,一名航天员在太空行走中由于航天服的热交换器故障,致使头盔面罩雾化,航天员视力受损,看不清周围环境,不得不由另一名航天员引导,才返回气闸舱。1992年2月20日,一名航天员在太空行走时,只能在气闸舱的舱门的附近活动,原因是航天服在和平号上存放的时间过长,其热交换器堵塞。后来他用一根管子将服装连接在空间站的冷却系统上,靠空间站的冷却系统进行热交换。由于管子长度的限制,所以他无法到远一些的地方去完成任务。2003~2004年国际空间站第8和第9长期考察组在太空行走时,都曾因温控系统失灵或氧气瓶气压急剧下降等故障而紧急提前返回舱内。

  最令人头疼的是人为失误对太空行走所造成的影响。1977年12月20日,联盟26号航天员格里奇科在气闸舱内辅助罗曼连科进行太空行走。当罗曼连科把头伸出舱门外,身体即将离开空间站时,格里奇科发现他没有系安全带,并手急眼快地一把拽住了他。实际上罗曼连科还是系了安全带,只不过后来松开了。1985年4月,执行航天飞机STS-51D任务的一名航天员,在太空行走中出现人为失误,他不小心走过航天飞机的机翼,差一点儿不能返回座舱。

  航天员的死亡率有多高?据一有心人统计,航天员的事故死亡率是伐木工人的60倍。有人说,登山运动员是世界上最危险的工作,其事故死亡率是4.3%,但航天员的事故死亡率大约是登山运动员1倍。

  在哥伦比亚号发生事故后的一段时间内,国际空间站上只有两名航天员。按照美国的惯例,空间站不能成为“空巢”,可是美国又要求太空行走必须“双人同行”,因此国际空间站航天员一直没有太空行走的机会。俄罗斯航天局不同意美国的做法,理由是俄罗斯航天员在和平号空间站上时经常“倾巢出动”,并没有遇到任何危险。在俄罗斯航天局的再三要求下,美国{zh1}才决定让站上的两名航天员进行太空行走。

  不过,2004年2月26日,国际空间站上的两名航天员在首次“倾巢出动”进行太空行走时就出现了问题。由于一件舱外航天服生命保障系统升华器上的一根管子扭曲,使升华器失灵,服装内温度升高,并产生大量水蒸汽,形成小水滴,在头盔面穿上形成一层雾汽。为了确保航天员的安全,俄罗斯地面飞行控制中心决定终止了这次太空行走,让他们提前两小时返回成为“空巢”的国际空间站。

  另外,太空垃圾、微流星体、太阳活动高峰等也会影响太空行走。

 “神舟七号”飞船将在3个方面实现大的突破,一是执行航天员出舱活动;二是飞船满载3名航天员最长飞行5天;三是飞行期间要进行一些卫星通信的新技术试验。为此,专家们制定了有害气体控制等30多项出舱期间的应急预案,以保证航天员安全。

  为什么“神舟七号”由原定的10月份提前到9月份底发射呢?有关航天专家透露,9月和10月均有较适合的发射窗口,但因“神舟七号”将执行太空行走任务,9月底发射飞船,太阳夹角更适合进行太空行走,能令飞船在最短时间内见到太阳,保证航天员出舱作业时有阳光,当航天员完成作业返回飞船时,天还没黑下来。

  有关专家还公开介绍,在准备进行太空行走时,其中一人一直在返回舱里面值班,负责整个飞船的正常运行,另外两名航天员则打开返回舱和轨道舱之间的舱门(也叫内舱门)进入作为气闸舱的轨道舱。他们先穿上舱外航天服,接着开始吸氧排氮,然后把气闸舱泄压成真空,最终打开通向太空的外舱门,此时一名航天员出舱,另一名在舱内等待协助出舱的航天员返回。出舱航天员将完成空间材料科学实验和释放伴飞小卫星等科学实验活动。这对舱外航天服提出了很高的要求。能够满足出舱活动的舱外航天服不仅要防辐射、防微流星、真空隔热屏蔽,还要能够气密、保压、通风、调温,抵抗-100℃的低温等。为了安全起见,出舱的航天员将拴上一根“安全带”进行操作,他在舱外活动的大部分时间里是在爬行。完成出舱任务后,航天员返回气闸舱,再对气闸舱充气恢复压力。

  按照计划,准备参加“神舟七号”飞行的中国航天员已完成出舱活动理论训练和专业技术训练,重点开展了舱外航天服与飞船气闸舱设备操作、水槽模拟失重训练、出舱程序模拟器训练、飞行程序与任务模拟等项目,并进行了有关任务联合演练。接着,对飞行乘组三名航天员和三名候补航天员进行出舱活动强化训练,进一步提高出舱活动操作技能,熟悉出舱程序等。

  据“神舟七号”飞船有关负责人透露,“神舟七号”准备了两种舱外航天服,出舱的航天员将穿国产飞天号舱外航天服,留在作为气闸舱的轨道舱内的另一名航天员穿从俄罗斯进口的“海鹰”(即“奥兰”)舱外航天服。在气闸舱外围专门有一个护栏扶手,航天员可以抓住扶手到达想到的预定区域。留在舱内的航天员则起辅助作用,以防万一。航天员和飞船之间通过“电脐带”提供通信或者能源,也起到一定的安全保障作用,“电脐带”里面有很细的钢缆,保证航天员不会和飞船分离,确保出舱航天员的安全。“神舟七号”飞船在座椅、缓冲等方面都有所改善,且舱内和舱外都有摄像机,可直播航天员舱内外的活动。

  在充分继承以往飞船成熟技术的基础上,针对“神舟七号”担负的任务特点,科研人员进行了许多全新设计,特别是对轨道舱的功能、外观等都做了具体改变,并对飞船进行了一系列验证试验。与神舟六号开关一个舱门相比,“神舟七号”要开关2个舱门。在任务过程中它们是否能被顺利开关好而不漏气,直接关系到航天员的生命安全,所以被称之为“生死之门”。苏联联盟11号飞船在返回地面的过程中,就是因为飞船漏气,导致3名航天员因窒息和体液沸腾而牺牲。为此,技术人员对“神舟七号”的舱门做了几百次各种压力下的试验。

  “神舟七号”飞船总指挥尚志说,由于舱外是真空,所以出舱首先要把轨道舱里的压力泄放掉。泄放压力很简单,只要摁一下一个放气开关,就可以打开直接泄放。这样内外压力平衡,舱门才能打开,航天员才能出得去。航天员返回航天器后则要恢复轨道舱里的压力。因此,“神舟七号”上必须有一个设施具有泄压和复压功能。

  神舟六号、七号飞船总设计师张柏楠表示,与神舟六号相比,“神舟七号”技术难度更大、可靠性要求更高、状态变化较多,飞船气闸舱等都是全新自主研制,并首次投入使用。

  与发射神舟六号飞船的长征2号F火箭相比,用于发射“神舟七号”载人航天飞船的长征2号F火箭共有36项技术改进,进一步提高了可靠性和安全性,如火箭的二级增压管路材料由铝换成了钢,使其在高温下的强度得到提高。

  在神舟五号发射的时候,航天员杨利伟曾提出,火箭发射后的120秒,由于震动加大,他感觉非常不舒服。为此,在发射神舟六号前,火箭研制人员专门针对这个问题进行了技术改进,把火箭的震动量级降低了一半。而这次针对3名航天员上天,技术人员再次对这一系统进行了技术改进,希望能够做到把震动xx。技术人员对发动机输送管路上的续压器进行改进,使用了变能续压器,降低了飞行过程中产生的一些接近人体频率的震动,进一步提高了航天员在舱内的舒适性。

  相比发射神舟六号的长征2号F火箭上的2个摄像头,发射神舟六号的长征2号F在火箭二级的尾舱部位又增加了1个摄像头。通过它可以从火箭内部观察到火箭一二级的分离过程,还可以看到二级发动机的工作、点火。另外2个摄像头与发射神舟六号的长征2号F火箭一样,分别装配在整流罩内和火箭箭体外。3个摄像头一起,向地面显示着最直观的火箭飞行情况,清楚地看到和记录火箭主要飞行的动作和全过程有助于地面必要的时候进行有效调整保证火箭飞行的安全。

  2008年我国发射了首颗中继卫星天链1号,它可大大提高中低轨道航天器的覆盖率,使“神舟七号”的覆盖率由原来的12%提高到60%,直播中国航天员的首次太空行走。

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