航天员为啥要出舱？太空行走有多难？揭秘→

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来源：科技日报

7月4日11时02分，航天员刘伯明、汤洪波身着中国自主研制的新一代“飞天”舱外航天服，先后从天和核心舱的节点舱成功出舱。后续他们在机械臂的支持下相互配合，在舱外完成了抬升舱外全景摄像机位置的任务。7月4日14时57分，经过约7小时的出舱活动，神舟十二号航天员乘组密切协同，圆满完成出舱活动期间全部既定任务，航天员刘伯明、汤洪波安全返回天和核心舱，标志着我国空间站阶段航天员首次出舱活动取得圆满成功。

航天员为何要出舱

简单地说，太空行走主要有六大用途：一是在太空组装、扩建空间站；二是在太空维修、维护航天器；三是回收、维护与释放卫星；四是完成一些科研任务；五是进行紧急太空救援；六是载人登月和载人登火星等。所以，太空行走很重要。

刘伯明登上机械臂

美国曾通过太空行走修复了刚一发射上天就出现重大故障的“天空实验室”空间站，使它“起死回生”。苏俄航天员则多次出舱活动修理“和平号”空间站，使它转危为安。当前在轨运行的“国际空间站”更是由航天员通过多次太空行走才完成在轨组装的。美国还通过太空行走5次维修“哈勃空间望远镜”等卫星，使它们延年益寿。美国“阿波罗”登月航天员在月面行走时完成了多项科学实验。

随着太空行走技术的发展，太空行走的方式也越来越多。按出舱活动的目的和任务可分为四种；第一种是验证类出舱活动；第二种是组装类出舱活动；第三种是维修类出舱活动；第四种是有效载荷类出舱活动，即回收、修理和释放卫星或在月面安装实验装置、采集月岩标本等。

2008年航天员翟志刚进行的我国第一次太空行走属于验证类出舱活动，而这次“神舟十二号”航天员进行的太空行走属于组装类出舱活动或有效载荷类出舱活动。由于这次太空行走时间长很多，而且要完成复杂的舱外安装任务，包括进行首次人和机械臂的协同配合，用机械臂把航天员载到舱外作业点附近工作，所以难度比翟志刚首次太空行走大不少。

航天员翟志刚在训练中检查出舱挂钩

此次航天员出舱活动，三名航天员都有明确分工。指令长聂海胜负责在舱内操作机械臂。出舱的两名航天员，刘伯明要为机械臂安装上臂支架，包括脚限位器、工具台等，随后借助机械臂进行移动。汤洪波借助舱壁上安装的扶手，爬行一段距离到作业点进行辅助工作，其间还要进行一次应急返回验证。

“飞天”舱外航天服长啥样

出舱前航天员必须通过载人航天器上装的一个小舱室——气闸舱才行，否则不仅会使整个舱内的所有气体迅速泄光，造成气体大量浪费，而且航天员也会由于压差突然变大而得减压病。

我国今年发射的空间站天和核心舱的节点舱兼有气闸舱的功能，供今年出舱的航天员使用，其上方有一个出舱口。天舟二号货运飞船已为核心舱运去了两套第二代“飞天”舱外航天服，然后由神舟十二号航天员取出来送到节点舱内组装。等到明年发射了“问天”实验舱后，由于该舱配有主份气闸舱，所以到时可从那里出舱。

由于人一旦暴露在太空中将面临失压、缺氧、低温和辐射损伤等危险，因此航天员出舱时必须穿舱外服，从而把身体与太空恶劣环境隔离开来，并向航天员提供一个相当于地面的环境。舱外服其实就是一种微型载人航天器。

有的舱外服装有用饮水袋和食物，供长时间太空行走的航天员饮用。由于穿了舱外服后手伸不到脸部，所以有的舱外服中还有搔痒工具。舱外服内有“尿不湿”，在太空行走期间可以小便，但一般不能大便，所以出舱前一般吃低产气、低纤维、高能量密度的食品，

我国太空行走第一人翟志刚2008年穿的第一代“飞天”舱外服配有生命保障系统背包。它从内到外分6层：舒适层、备份气密层、主气密层、限制层、隔热层、外防护层，具备防辐射、温度调节和压力调节等功能，还有完备的生命保障系统。

中国第一代“飞天”舱外航天服（2008年）

穿“飞天”服时要先把臀部放在航天服的背包沿上，接着双腿伸进航天服的下肢，然后关闭背包门，把自己裹在庞大的舱外服中。

这次神舟十二号航天员是穿着进行了大量改进与升级的新型“飞天”舱外服。例如，它可支持更长时间的舱外活动，从第一代“飞天”舱外服的4个小时增加到8个小时；航天服头盔上配有摄像机，可以全程记录航天员舱外操作过程；重复使用次数更多，关节处更加灵活，航天员戴着手套由第一代可以握持直径为25毫米的物体提升为握持直径大约为5毫米的物体。从舱外服的整体效能、可靠性、舒适性有了进一步提高，舱外服的操作动作和信息识别更加迅速、准确，科技感更强，同时具有中国的审美识别性。

如何训练太空行走

太空行走技术非常复杂，因此必须进行大量的训练。其中最重要的训练是在水槽中进行，因为这种方法可以给航天员提供模拟失重的训练环境，是最为有效的训练手段。

中国航天员科研训练中心的中性浮力水槽

我国航天员中心的中性浮力水槽呈圆形，直径23米，深10米，为亚洲最大。在水槽训练时，需通过调整航天员水槽训练服上的配重铅块，使航天员既不浮上来，也不沉底，从而模拟失重环境的操作效应。

水槽内有个1:1的核心舱模型。通过中性浮力水槽训练，可使航天员体验和熟练掌握模拟失重状态下身体的运动与姿态控制，以及出舱活动操作的特点、方法、技巧和技能，包括开关舱门、出舱和进舱、舱外行走、舱外作业等单项操作技能训练，还有安装新的设备、修理和更换部件以及舱外救援训练等。由于太空行走技术非常复杂，所以凡是要在舱外进行的操作，一般要在水槽内练习60次左右。

在太空失重环境中，航天员要靠手把扶住周围的某些物体，用手“走”，因此需要航天员的上肢肌力和耐力较大，这就要求航天员在飞行前要加强上肢力量的锻炼。神舟十二号乘组加强了体能训练、上肢力量训练和核心力量训练，航天员在水槽里训练时，要穿200多公斤的水槽训练服在水下训练几个小时，航天员最初训练结束后累得连筷子都拿不住了。另外，男女航天员的训练标准是一致的，王亚平等两名女航天员最初也面临巨大挑战，但经过训练后都没有问题了。所以今明两年，我国太空行走第一女航天员有可能问世。

神舟十二号飞行乘组在模拟失重环境的水下训练

太空行走难在哪儿

太空行走技术难点有三个：一是太空无路可走；二是航天员在失重状态也没法用腿行走，主要是靠手；三是舱外环境十分恶劣，必须使用复杂而可靠的出舱活动系统来克服空间环境的影响，如果出舱活动系统中某个重要部件出现故障，就有可能危急航天员的生命安全。

另外，在太空中行走时人体运动和作业规律完全不同于地面，也有别于舱内，所以要掌握在太空中的运动与控制技术，最重要的是让航天员在失重状态下将身体保持在一定的位置。靠手把扶住周围的某些物体。因此航天员手、手腕和手臂的肌力和耐力十分重要，这就要求航天员在飞行前要加强手、手腕和手臂肌力的锻炼。在航天器里外都安装了一些扶手，航天员用可手握住一个一个扶手来回移动身体。

其实，航天员进行太空行走时大部分时间是从一个工作位置移动到另一个工作位置，因此在太空行走中如何有效地进行身体移动是一项非常重要的技术。

在太空失重环境中移动身体，关键的是要慢、要小心谨慎、要不慌不忙，同时要控制好自己的身体，不要接触到任何飞行中的物体，不要快速移动，否则会产生不必要的旋转……

太空行走与在模拟失重水槽中的训练还不完全相同。在水槽中训练时，由于水的阻力较大，所以航天员做动作时比较缓慢。但是在太空行走中没有阻力，使航天员做动作灵活性增强而容易失控。比如，你拧一个螺丝，如用劲太大可能跟着旋转。

所以在移动身体和操作时要慢一些。在太空中控制和移动身体跟在地球上还是不一样的，需要航天员去体验，真正的情况只有在太空实际操作中才能体会。

太空行走曾出现过哪些险情

至今，虽然在太空行走中没有出现过人员伤亡的情况，但还是遇到了许多危险。其中最危险的一次就是1965年太空行走第一人列昂诺夫出舱后，因舱外服的限制层发生故障，使服装鼓了起来，差点没能返回舱内。

在太空特殊环境下，航天员容易得空间运动病，曾对太空行走影响较大。1969年3月，“阿波罗九号”航天员施韦卡特在升空第2天准备出舱时突然呕吐，这表明他患了空间运动病。为此，推迟了他出舱的时间，因为如果在太空行走过程中呕吐，呕吐物会飘在头盔内没法处理，并可能被航天员吸入肺中造成严重后果。为了减少空间运动病的影响，现在航天员一般是在上天后的第三天才太空行走。

气闸舱舱门的好坏直接关系到航天员的生命安全。1990年7月17日，2名俄罗斯航天员经过“量子号”气闸舱走出“和平号”空间站，他们在气闸舱还未完全减压到0时就打开了舱门。结果在舱门打开时舱内气体涌了出来，损坏了门的铰链，最后他们只能通过应急气闸舱关闭了内舱门。

最常见的问题大都与舱外航天服故障有关。2013年7月16日，意大利航天员帕尔米塔诺在太空行走时由于突遇头盔漏水故障而差点儿被水淹死，后来他使用安全绳才把自己“拉”回了“国际空间站”气闸舱内舱门。

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，联盟二十六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。

简言之，太空行走技术正方兴未艾，未来主要突破是在小行星和火星上的太空行走技术，研制出既安全可靠又轻便灵巧的新型舱外航天服。

来源：中国科普网 （作者 庞之浩）