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  • 太空行走

    太空行走(Walkinginspace),又称为出舱活动。狭义的太空行走即指航天员离开载人航天器乘员舱,只身进入太空的出舱活动。广义而言,航天员在月球和行星等其他天体上完成各种任务的过程也可以称为太空行走。太空行走是载人航天的一项关键技术,是载人航天工程在轨道上安装大型设备、进行科学实验、施放卫星、检查和维修航天器的重要手段。要实现太空行走这一目标,需要诸多的特殊技术保障。1962年6月3日,爱德华·怀特成美国进行太空行走的第一人。

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    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 太空行走 英文名: Walking in space
    性质: 一种太空任务 内容: 离开宇航器直接进去外太空

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    历史/太空行走 编辑

    自从载人航天以来,宇航员已实现了近百次太空行走。但在1984年以前的60多次太空行走中,宇航员不仅必须穿上特制的宇宙服,而且还要使用安全带和供给氧、电的“脐带”与航天器连接在一起,以防在太空中飘走。

    太空行走太空行走

    为了维护“和平号”空间站,前苏联俄罗斯)及其他国家的航天员共进行了81次太空行走。“和平号”的寿命由设计时的5年提升至15年,依靠太空行走进行的太空维修功不可没。

    2007年12月,国际空间站的航天员完成第100次太空行走。截至当时,共有73名航天员参与过与国际空间站有关的太空行走,他们的舱外活动总时间已超过624小时(26天)。在他们的努力下,国际空间站从最初的一个舱段“生长”为一个庞然大物。

    前苏联

    1965年3月18日,苏联发射载有别列亚耶夫、阿里克谢・列昂诺夫的“上升”2号飞船。飞行中,阿里克谢・列昂诺夫进行了世界航天史上第一次太空行走,他在离飞船5米处活动了12分钟,他离开“上升”2号飞船密封舱,系着安全带实现了到茫茫太空中行走。从而成功实现了人类第一次在太空的出舱活动。

    1984年7月17日,苏联发射“联盟”T12号飞船升空。船上载有扎尼拜科夫、沃尔克和女航天员萨维茨卡娅,与“礼炮”7号空间站-“联盟”T10号飞船联合体对接。她于1984年7月25日从礼炮7号空间站上进行了太空行走,她与另一名男航天员一起出舱,25日,萨维茨卡娅和扎尼拜科夫一起进行了3小时35分钟的舱外活动。萨维茨卡娅成为世界上第一位在太空行走的女性。

    美国

    1965年6月3日,美国发射载有航天员麦克迪维特上尉和怀特上尉的“双子星座”4号飞船,绕地球飞行62圈。怀特到舱外行走21分钟,用喷气装置使自己在太空中机动飞行。这是美国第一次太空行走。

    第一个在月面上行走的人是美国的阿波罗航天员阿姆斯特朗,他于1969年7月20日乘坐阿波罗11号飞船在月面上着陆,第一个走出登月舱登上月球。他在月面上停留了2小时31分钟,与阿姆斯特朗一起的另一名航天员奥尔德林也跟随其后登上月球,在月球上也待了2小时31分钟。2007年11月3日,美国航天员帕拉金斯基完成历时7个多小时的太空行走,成功修补了一块太阳能电池板。由于电池板依然带电,而且破损点距离工作舱足有半个足球场远,帕拉金斯基要“走”上近一个小时,英国《泰晤士报》曾评论说这次任务是美国航天史上最危险的太空行走。

    中国

    2008年9月27日,神舟七号载人航天器的航天员翟志刚进行了中国第一次出舱活动,在太空中挥舞五星红旗。

    行走方式/太空行走 编辑

    航天员在舱外行走有两种方式:一种是用早期研制的脐带式的生命保障系统与乘员舱连接,航天员身穿航天服,航天员所需要的氧气、压力、冷却工质、电源和通讯等都是通过脐带由“母”载人航天器提供的。由于脐带不能过长,所以航天员只能在“母”航天器附近活动,如果航天器走远了则容易使脐带缠绕,像婴儿那样“窒息”而死。

    另一种是后期发明的装在航天服背后的便携式环控生保系统。航天员出舱后与“母”航天器分离,由于身穿舱外用的航天服,背着便携式环控生保装置,以及太空机动装置,航天员可到离“母” 载人航天器100米远处活动。

    实际上,舱外航天服及便携式环控与生保系统是一个微型载人航天器,它保证人的周围有适合的压力,有通风供氧,有温湿度调节,使航天员在服装内正常生存,并能进行太空作业。有人称载人机动装置是太空“摩托艇”,因为它装有推进系统,并能“自由”机动飞行。例如,美国航天飞机第10次飞行时,航天员使用的机动装置有24个氮推力器,利用推力器工作,航天员可以进行6个自由度的飞行。载人机动装置外形像一个背包,航天员通过手控器控制其高压氮气从安装在不同部位的推力器喷出,就能改变飞行的速度、方向和姿态,成为名副其实的人体地球卫星。

    目的/太空行走 编辑

    竞赛

    当1965年3月苏联航天员阿里克谢・列昂诺夫第一次由“上升”2号飞船飞出舱外时,其目的有两个:一是在载人航天活动中进行一次技术性的突破,二是使苏联在航天技术方面走到了美国前边,在全世界产生重大影响。美国也不甘示弱,同年6月,美国人怀特在乘双子星座4号飞船飞行时也飞出舱外。从此,出舱活动的技术就为两家所共有,在这时人们才谈到太空行走的实用意义。

    实用

    从多次出舱和登月过程中的月面活动看来,太空行走的作用和意义是巨大的。例如,修复载人航天器或其它航天器上的受损部件。美国人曾通过太空行走修复了“天空实验室”、“太阳峰年卫星”和“哈勃”空间望远镜。组建空间站。苏联航天员则通过太空行走修复过礼炮号空间站和组装、维修和平号空间站。当前正在建造的国际空间站,更是需要航天员进行多次出舱活动,才能在轨组装建成。登月活动更是体现了航天员在太空行走和太空作业的巨大作用,为人类进入外层空间和其它星球打下了良好的基础。

    基础训练/太空行走 编辑

    在太空迈开步子并非易事。微重力的环境让身体变得难以控制,空间知觉也会发生紊乱。所以在太空行走之前要进行大量模拟真实场景的训练。如果未做好准备就贸然登空,航天员会出现严重的空间运动病

    1、稳定身体或将其固定于特定位置或角度;

    2、训练利用绳索给身体定向;

    3、训练将身体移向特定的目标与方向;

    4、运动并掌握节省体力消耗的技巧;

    5、防止身体失控的各种技巧。

    模拟太空环境/太空行走 编辑

    落塔

    电梯缆绳突然断裂时,轿厢内的人会有失重的感觉。这是当年爱因斯坦曾思考过的加速度与重力等效的问题。NASA的Lewis研究中心就有这样的失重电梯。一部是位于地下132米深的电梯井,一部是高24米的电梯塔。分别可以产生5.18秒和2.2秒的微重力状态。2003年2月,中国第一座百米落塔在中国科学院力学所建成。但这类装置对人体冲击很大且形成失重的时间太短,已很少作为航天员训练设施。

    失重飞机

    用飞机作抛物线飞行可产生30秒左右的失重。做抛物线飞行的飞机先以45度角急速爬升,经过一段平飞后,再以45度角下降。机舱内的人员可以在平飞阶段体验到30秒钟的失重。失重飞机通常是由喷气式运输机改装而成,舱内宽敞,能容纳多人和设备进行训练。在失重飞机内的训练分为两类:一类是感受和体验失重环境;另一类是太空行走训练——航天员演练太空行走时的各种操作和技能。

    中性浮力水槽

    由于失重飞机产生的失重时间太短,不能满足长时间训练需要。所以宇航员在训练时,更多采用在大型水池中进行的水下模拟训练方法。中性浮力水槽其实是一个容积很大的水池,因为浮力与重力抵消,身着舱外宇航服的受训者能产生类似失重的感觉。水中训练不受天气和时间的影响,可以长时间进行复杂的舱外操作演练。国际空间站的航天员可以动辄进行长达7小时的太空行走,与大量利用水槽训练是分不开的。

    1g重力模拟

    在外星球表面的太空行走训练往往在正常重力下的地面上进行。在“阿波罗”登月计划中,为了让航天员掌握月面地质考察技巧,地质考察训练专门选在地球上的荒凉地区进行。为了让航天员体会1/6重力下行走的感觉,把他们吊在绳索上前进,绳索的拉力抵消了5/6的体重。

    虚拟现实

    计算机生成模拟环境,实现受训者与该环境进行直接交互的效果。这种技术能产生较强的临场感,花费不大,几乎没有安全隐患,但无法产生生理上的失重感。

    以上技术都曾被用于太空行走的训练中。近年来失重飞机和中性浮力水槽的使用率独占鳌头,虚拟现实与它们的结合将是未来的发展方向。但是所有这些模拟都比不上真实环境的考验。航天员在踏上月球后,经过多番尝试才发现1/6重力下的最佳步态是像兔子一样双足齐蹦。为了有备无患,航天员在进入太空前必须进行大量的模拟训练。

    主要任务/太空行走 编辑

    太空维修

    例如维修“哈勃”太空望远镜和空间站等航天器,延长其使用寿命。

    太空装配

    大型航天器往往分多次发射入轨,在轨道上由进行太空行走的航天员完成拼积木似的组装。

    释放与回收卫星

    在轨道上发射卫星可以提高效率、节约成本。这通常由航天飞机来完成。

    进行科学实验

    执行阿波罗登月任务的航天员就曾在月球表面进行大量科学实验。

    太空救援

    无论是航天器出现故障还是航天员生病、受伤,都需要把人员从一个航天器转移到另一个能够尽快返回地球的航天器。太空行走此时便能发挥航天员自救与互救的作用。

    步骤/太空行走 编辑

    太空中充满致命的辐射和微流星,却缺乏人类赖以生存的空气。太空行走绝非一蹴而就那么简单。它的过程与潜水员从潜艇进入水中类似,只是外部压力的变化更为剧烈。

    检查及穿着舱外航天服

    吸氧排氮

    为了防止减压病,宇航员在出舱活动之前要进行吸氧排氮。出于保证关节灵活,不至于在真空中过度膨胀的考虑,舱外宇航服内的压力小于一个大气压。宇航员在进入舱外航天服时,需要把体内多余的氮气排出,以氧气代替。

    气闸舱减压和出舱

    如果是两名宇航员太空行走,在减压过程中要有一名宇航员专门负责处理应急情况,另一名宇航员负责照看宇航服与气闸舱相连的“脐带”。

    在舱外完成任务

    这是太空行走的重头戏,所有有价值的工作都在这个阶段完成。

    返回航天器

    完成太空行走以后需更换宇航服内的氢氧化锂罐(用来吸收二氧化碳)和电池。旧罐、旧电池与新罐、新电池要分类标记,以免下次出舱时装错。历史上曾发生误用旧装备造成太空行走的宇航员被迫提前返回的事故。但总体来说,有了缜密训练和高科技宇航服的庇护,太空行走已经越来越安全了。

    风险/太空行走 编辑

    太空行走比较危险,有5个因素,一个是太空的环境因素,第二个是气闸舱的因素,第三个舱外航天服因素,第四个机动装置的因素,第五个人为的因素。

    太空环境因素

    太空处于真空状态,没有大气层的保护,温度变化很大,太阳照射时温度可高于100℃,无阳光时温度可低于-200℃,同时存在各种能伤害人体的辐射。为保障航天员在出舱活动中能安全、健康和有效地完成任务,需要有出舱航天服、航天员在舱外乘坐的机动装置、完成任务所需的工具、固定航天员身体的设备及安全带等装备。

    舱外航天服是出舱活动中最重要的装备,相当于一个微型航天器。它将航天员的身体与太空的恶劣环境隔开,并向航天员提供大气压力和氧气等维持生命所需的各种条件。

    由于宇宙飞船、空间站、航天飞机这些载人航天器密闭舱内的人造气压、空气组成基本与地面相同,因此人体内吸有一定量的氮气,而航天服内的气压较低,仅为大气压的27.5%,航天员如果猛然出舱,遇到低气压后血液供应不上,溶解在脂肪组织中的氮气游离出来却不能通过血液带到肺部排出而形成气泡,可能造成气栓堵塞血管,引发严重疾病。所以航天员出舱前需要吸取纯氧将体内氮气排出,以排除隐患。

    在太空行走的航天员由于没有参照物,无法分清物体的远近大小,并判断其速度快慢,如无保险措施,很容易丢失在茫茫太空中而成为人体卫星。所以太空行走需要采取保险措施――用安全带将航天员与航天器连接起来,防止航天员在太空中走失。

    气闸舱因素

    1993年12月,航天飞机STS-61上的舱门出现关闭障碍,影响航天员的太空行走。

    1996年11月,航天飞机STS-80上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。

    舱外航天服因素

    1982年11月,在航天飞机STS-5飞行中,一名航天员由于出舱航天服故障,太空行走被取消。

    1984年4月,航天飞机STS-41C上的航天员遇到“尿污染问题”。这次太空行走的主要任务是维修卫星,但由于载人机动装置停靠位置不当,未能固定住需要维修的卫星,维修任务失败。

    机动装置因素

    国际空间站的第53次太空行走由于出现设备问题提前结束。此次出舱活动是国际空间站第九长期考察团的第一次出舱,开始时间是格林尼治时间2004年6月24日21:56(北京时间6月25日凌晨5:56),结束时间是22:10(北京时间6月25日凌晨6:10),整个出舱过程仅耗时14分钟22秒。故障原因是航天员麦克・芬克的主氧气瓶泄压速度过快。这是时间最短的国际空间站太空行走。

    人为因素

    1985年4月,航天飞机STS-51D上的一名航天员,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

    相关文献

    扩展阅读
    1搜狐新闻网
    2博闻网:太空行走揭密

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