最近“感覺(jué)良好”小分隊
出“門(mén)”遛彎兒又雙叒叕刷屏了！
這是天宮空間站全面建成后的首次出艙活動(dòng)
不過(guò)小分隊“遛彎兒”可不僅僅是出去轉轉
他們“遛彎兒”的同時(shí)，還要做這些……
2月10日，航天員費俊龍和張陸，在艙內航天員鄧清明的密切配合下，結束了長(cháng)達7個(gè)小時(shí)的出艙活動(dòng)，順利返回“問(wèn)天”實(shí)驗艙。
神舟15號出艙活動(dòng)截圖
肯定有航天愛(ài)好者好奇：經(jīng)常從媒體看到航天員出艙的新聞，他們出去都干什么？事實(shí)上，作為載人航天領(lǐng)域內的核心技術(shù)之一，出艙活動(dòng)的種類(lèi)很多，大概分為如下三大類(lèi)。
種類(lèi)一：驗證出艙技術(shù)
一次成功的出艙活動(dòng)，需要的支撐技術(shù)非常多，從航天器、航天員、航天服這些太空部分，到測控通信、飛行控制、任務(wù)管理這些地面部分，缺一不可。而且出艙活動(dòng)適用“桶底理論”：只要有一個(gè)漏洞，就會(huì )所有的水都流掉，成為徹頭徹尾的失敗。正因如此，人類(lèi)航天時(shí)代開(kāi)啟近70年來(lái)，依然僅有蘇聯(lián)/俄羅斯、美國和中國獨立掌握了這個(gè)復雜的技術(shù)門(mén)類(lèi)。
中國航天員水槽訓練場(chǎng)景（圖源：我們的太空）
這個(gè)技術(shù)發(fā)展過(guò)程也是不斷“理論論證-模擬實(shí)驗-技術(shù)驗證”迭代而來(lái)的。例如，在理論和仿真模擬之外，世界各大航天員中心都有巨大的水槽，里面放置各種航天器模型，航天員穿上航天服后，通過(guò)控制浮力與重力平衡，模擬在太空中失重的效果，反復練習出艙活動(dòng)，盡可能暴露問(wèn)題。但是水槽練習局限性也很大，不可能模擬太空中的真空、失重、強輻射場(chǎng)景。必須要到太空真刀真槍去全面檢驗，每一個(gè)新技術(shù)的提出都是如此循環(huán)迭代。
早期的出艙活動(dòng)，需要把航天服通過(guò)一個(gè)“臍帶”連接到載人飛船上，獲得補給。后來(lái)，廣泛使用便攜式航天服，航天員出艙之后就變身為一個(gè)小型的獨立“航天器”。載人機動(dòng)裝置的出現，更是“科幻級”地吸引眼球，航天員坐在裝置內可通過(guò)控制小型發(fā)動(dòng)機，在航天器附近自由飛行。
載人機動(dòng)裝置（圖源：NASA）
上述每一次技術(shù)迭代，都需要驗證。例如我國早在2008年的神舟7號任務(wù)，就由航天員翟志剛和劉伯明驗證了出艙活動(dòng)的可行性，這也意味著(zhù)我國載人航天進(jìn)入了能出艙活動(dòng)的時(shí)代，一直迭代發(fā)展至今。
不僅整體方案需要驗證，各項具體技術(shù)也需要檢驗。航天員出艙必備保障是艙外航天服，可以把它直接看做微型的“航天器”，我國的“飛天”艙外航天服歷經(jīng)多年積累，但也需在太空中實(shí)際測試它的應用情況；出艙必經(jīng)之路是負責艙內和艙外（真空）過(guò)渡的氣閘艙，每一個(gè)載人航天器（神舟飛船、天宮1/2飛行器、“天和”核心艙、“問(wèn)天”實(shí)驗艙）都需要配備（或兼用），它的在軌表現事關(guān)整個(gè)任務(wù)成??；出艙活動(dòng)需要頻繁使用機械臂輔助，它的太空表現能力需要檢驗；活動(dòng)期間，艙內外協(xié)同、天地通信測控保障、地面流程控制、緊急情況撤離等，這些場(chǎng)景都是在地面無(wú)法模擬的，必須通過(guò)真實(shí)的出艙活動(dòng)來(lái)測試。
正如真刀真槍地軍事演習才能暴露問(wèn)題、總結經(jīng)驗，相當一部分出艙活動(dòng)目的就是為了驗證出艙相關(guān)的技術(shù)體系。
翟志剛那句經(jīng)典的：“我已出艙，感覺(jué)良好”，就是該種類(lèi)出艙活動(dòng)最想達到的效果。
種類(lèi)二：載人航天器安裝與維修
載人航天器的設計與制造難度遠遠超過(guò)無(wú)人航天器，對于大型的空間站艙段級別航天器，更是如此。例如，天宮空間站的核心艙“天和”和兩個(gè)實(shí)驗艙“問(wèn)天”、“夢(mèng)天”實(shí)在太大了，它們長(cháng)度約18米，直徑4.2米，創(chuàng )造了人類(lèi)航天單艙段的尺寸紀錄。但這還不是全貌：這個(gè)尺寸已經(jīng)逼近長(cháng)征五號B這個(gè)“矮胖子”的整流罩所允許的極限，其他的全景相機、艙外擴展泵組和外置儀器等，根本沒(méi)法完整安裝展開(kāi)后發(fā)射，必須在進(jìn)入太空后繼續組裝。
航天愛(ài)好者們不妨回憶一下，此前的新聞中反復提到的出艙內容大都會(huì )有“抬升全景相機”、“安裝艙外拓展泵組”等關(guān)鍵詞，且一般發(fā)生在重要的艙段升空和組裝后。本次的天宮空間站建成后首次出艙，重要任務(wù)也是安裝艙外拓展泵組。它是航天器內外熱控循環(huán)系統的動(dòng)力心臟，與艙內的心臟一起，才能保證整個(gè)艙段的正常運轉。全景相機，則用于監測航天器的整體外部情況。還有一些外部?jì)x器設備，只有所有的外置部分都完整了航天器才算達到了設計要求。
天宮空間站全貌藝術(shù)效果圖
此外，任何一個(gè)航天器不可能完全不出現問(wèn)題，對于空間站級別的大型模塊化多艙段載人航天器更是如此，尤其是它需要長(cháng)時(shí)間穩定飛行。例如，國際空間站已經(jīng)做到了約500噸、飛行了25年，天宮空間站也有近100噸、飛行時(shí)間10年起步。期間，出現的各種問(wèn)題，都必須及時(shí)修理，尤其是外部出了問(wèn)題，幾乎只能依靠航天員出艙活動(dòng)去維修。
如果用大白話(huà)來(lái)解釋這種出艙活動(dòng)就是：毛坯房（艙段）蓋好了，裝修小工（航天員）開(kāi)始裝修，讓房子（空間站）更宜居。出了問(wèn)題，還要請小工來(lái)，縫縫補補，這房子住起來(lái)才舒服。
種類(lèi)三：科學(xué)研究與應用
載人航天發(fā)展的根本目標是利用太空這個(gè)獨一無(wú)二的空間，拓展人類(lèi)的科學(xué)邊界?？臻g站建成后，就會(huì )變成一個(gè)長(cháng)期有人駐留的太空實(shí)驗室，允許航天員開(kāi)展各項科學(xué)研究，這才是航天強國大力投入載人航天的最核心動(dòng)力。
國際空間站和天宮空間站上，搭載了各種實(shí)驗柜，開(kāi)展各種網(wǎng)友們“看不懂的名詞”實(shí)驗。但是有些研究，是必須在艙外進(jìn)行的，例如與天文觀(guān)測、真空暴露、艙外輻射等相關(guān)的科研。有些科學(xué)儀器設備，無(wú)法通過(guò)機械臂系統完全操作，就必須依靠航天員出艙活動(dòng)去安裝、回收、替換，成為事關(guān)科研成敗的關(guān)鍵。我國自第三批航天員招募起，開(kāi)始培養“載荷專(zhuān)家”類(lèi)角色，他們的主要業(yè)務(wù)就將集中于科研。
天和核心艙與天舟二號貨運飛船組合體
各類(lèi)載人航天器本身也是“空天母艦”，微型的“航天器（航天員）”從這里出發(fā)，也能服務(wù)于載人航天器之外的目標。例如航天飛機時(shí)代多次出現過(guò)回收失效衛星返回地球的場(chǎng)景。大名鼎鼎的“哈勃”太空望遠鏡，它在發(fā)射后出現了一系列技術(shù)問(wèn)題，導致根本沒(méi)法正常工作，通過(guò)后來(lái)的連續5次航天飛機出艙活動(dòng)，才將它完全修好維護、幾乎替換掉了各大科學(xué)儀器，才讓這個(gè)傳奇的望遠鏡重獲新生，一直工作至今，重塑了人類(lèi)天文學(xué)。我國即將發(fā)射的大型巡天望遠鏡，未來(lái)將進(jìn)入與天宮空間站共軌的飛行狀態(tài)，一大原因就是未來(lái)航天員可以通過(guò)出艙活動(dòng)，對它進(jìn)行維修更新，保障它的長(cháng)期工作狀態(tài)。
此外，載人登陸月球，包括未來(lái)預期的載人登陸火星，也可以看作非常復雜的出艙活動(dòng)。我國的第五部航天白皮書(shū)中已經(jīng)明確了“全面建成并運營(yíng)中國空間站、實(shí)施探月工程四期、深化載人登月方案論證”等重要目標，在可預見(jiàn)的將來(lái)，也會(huì )有中國航天員踏上月球，完成一次從嫦娥到現實(shí)的出艙活動(dòng)。
作者｜毛新愿
（來(lái)源：中國的航天）
