[科普中國(guó)]-太空漫步

太空漫步有兩種定義，按狹義的來(lái)說(shuō)，即指航天員離開(kāi)載人航天器乘員艙，只身進(jìn)入太空的出艙活動(dòng)，按廣義的看，航天員在月球和行星等其他天體上完成各種任務(wù)的過(guò)程也可以稱(chēng)為太空漫步。

航天員在艙外漫步有兩種方式：一種是用早期研制的臍帶式的生命保障系統(tǒng)與乘員艙連接，航天員身穿航天服，航天員所需要的氧氣、壓力、冷卻工質(zhì)、電源和通訊等都是通過(guò)臍帶由“母”載人航天器提供的。由于臍帶不能過(guò)長(zhǎng)，所以航天員只能在“母”航天器附近活動(dòng)，如果航天器走遠(yuǎn)了則容易使臍帶纏繞，像嬰兒那樣“窒息”而死。另一種是后期發(fā)明的裝在航天服背后的便攜式環(huán)控生保系統(tǒng)。航天員出艙后與“母”航天器分離，由于身穿艙外用的航天服，背著便攜式環(huán)控生保裝置，以及太空機(jī)動(dòng)裝置，航天員可到離“母”載人航天器100米遠(yuǎn)處活動(dòng)。實(shí)際上，艙外航天服及便攜式環(huán)控與生保系統(tǒng)是一個(gè)微型載人航天器，它保證人的周?chē)羞m合的壓力，有通風(fēng)供氧，有溫濕度調(diào)節(jié)，使航天員在服裝內(nèi)正常生存，并能進(jìn)行太空作業(yè)。

有人稱(chēng)載人機(jī)動(dòng)裝置是太空“摩托艇”，因?yàn)樗b有推進(jìn)系統(tǒng)，并能“自由”機(jī)動(dòng)飛行。例如，美國(guó)航天飛機(jī)第10次飛行時(shí)，航天員使用的機(jī)動(dòng)裝置有24個(gè)氮推力器，利用推力器工作，航天員可以進(jìn)行6個(gè)自由度的飛行。載人機(jī)動(dòng)裝置外形像一個(gè)背包，航天員通過(guò)手控器控制其高壓氮?dú)鈴陌惭b在不同部位的推力器噴出，就能改變飛行的速度、方向和姿態(tài)，成為名副其實(shí)的人體地球衛(wèi)星。

太空漫步不同歷史時(shí)期其目的是不一樣的。當(dāng)1965年3月蘇聯(lián)航天員阿里克謝·列昂諾夫第一次由“上升”2號(hào)飛船飛出艙外時(shí)，其目的有兩個(gè)：一是在載人航天活動(dòng)中進(jìn)行一次技術(shù)性的突破，二是使蘇聯(lián)在航天技術(shù)方面走到了美國(guó)前邊，在全世界產(chǎn)生重大影響。1美國(guó)也不甘示弱，同年6月，美國(guó)人懷特在乘雙子星座4號(hào)飛船飛行時(shí)也飛出艙外。從此，出艙活動(dòng)的技術(shù)就為兩家所共有，在這時(shí)人們才談到太空漫步的實(shí)用意義。從多次出艙和登月過(guò)程中的月面活動(dòng)看來(lái)，太空漫步的作用和意義是巨大的。其意義與作用是完成太空作業(yè)。例如，修復(fù)載人航天器或其它航天器上的受損部件。美國(guó)人曾通過(guò)太空漫步修復(fù)了天空實(shí)驗(yàn)室、太陽(yáng)峰年衛(wèi)星和哈勃空間望遠(yuǎn)鏡。組建空間站。蘇聯(lián)航天員則通過(guò)太空漫步修復(fù)過(guò)禮炮號(hào)空間站和組裝、維修和平號(hào)空間站。當(dāng)前正在建造的國(guó)際空間站，更是需要航天員進(jìn)行多次出艙活動(dòng)，才能在軌組裝建成。登月活動(dòng)更是體現(xiàn)了航天員在太空漫步和太空作業(yè)的巨大作用，為人類(lèi)進(jìn)入外層空間和其它星球打下了良好的基礎(chǔ)。

1965年3月18日，蘇聯(lián)發(fā)射載有別列亞耶夫、阿里克謝·列昂諾夫的“上升”2號(hào)飛船。飛行中，阿里克謝·列昂諾夫進(jìn)行了世界航天史上第一次太空漫步，他在離飛船5米處活動(dòng)了12分鐘， 他離開(kāi)“上升”2號(hào)飛船密封艙，系著安全帶實(shí)現(xiàn)了到茫茫太空中漫步。后來(lái)由于空間活動(dòng)的需要，阿里克謝·列昂諾夫穿著一種新型宇宙服，內(nèi)衣是由通心粉狀的管子盤(pán)成的，管子總長(zhǎng)100米。管內(nèi)流過(guò)的冷水能吸去航天員身上散發(fā)的熱量，并排放到宇宙空間去。在這種內(nèi)衣外再罩上一層一層外套，套上同樣多層的手套，穿上金屬網(wǎng)眼靴子，戴上增強(qiáng)樹(shù)脂盔帽，就能保證到密封艙外安全活動(dòng)了。1965年，蘇聯(lián)航天員阿里克謝·列昂諾夫走出了“上升”2號(hào)飛船，從而成功實(shí)現(xiàn)了人類(lèi)第一次在太空的出艙活動(dòng)。這次太空出艙活動(dòng)使理論付諸實(shí)踐，從此真正打開(kāi)了太空的大門(mén)。2

這是一次非同尋常的航行。雖說(shuō)飛船從升空到返回地面不過(guò)26小時(shí)，阿里克謝·列昂諾夫和他的指揮長(zhǎng)別利亞耶夫卻多次在生與死的邊緣徘徊。萬(wàn)無(wú)一失向來(lái)是人類(lèi)探索太空時(shí)的基本準(zhǔn)則，而此次航行遇到的意外之多足以載入吉尼斯世界紀(jì)錄。

蘇聯(lián)太空漫步的計(jì)劃實(shí)施得確實(shí)匆忙，因?yàn)槊绹?guó)同時(shí)也在進(jìn)行這方面的研究。出于安全考慮，蘇聯(lián)率先向軌道上發(fā)射了一艘不載人的偵察飛船，以收集太陽(yáng)輻射、高能量粒子流等各種因素將對(duì)航天員身體造成的影響的數(shù)據(jù)。然而飛船在返回地面過(guò)程中卻意想不到地啟動(dòng)了自爆程序，關(guān)乎航天員生命的珍貴數(shù)據(jù)就這樣消逝得無(wú)影無(wú)蹤。

兩位航天員很清楚期待他們做出怎樣的選擇：美國(guó)幾乎已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，雖說(shuō)他們的航天員只是準(zhǔn)備把手伸到飛船外面，但這也將被宣傳為人類(lèi)首次進(jìn)入太空。

飛船剛一起飛就遇到了麻煩，本來(lái)預(yù)定進(jìn)入距地球30萬(wàn)米的軌道，實(shí)際高度卻達(dá)到了50萬(wàn)米。不過(guò)，真正的險(xiǎn)情還在后面。列昂諾夫穿的是一套多層特制宇航服，它不僅能保持恒溫，還有可以支持航天員在太空工作一個(gè)小時(shí)的生命保障系統(tǒng)。地面氣壓訓(xùn)練室只能模擬相當(dāng)于距地球9萬(wàn)米高空的氣壓，而航天員走出飛船時(shí)周?chē)鷦t是真空狀態(tài)。

為了防止宇航服膨脹變形，阿里克謝·列昂諾夫特地在上面系上了許多條帶子。完成太空漫步后，他突然發(fā)現(xiàn)因?yàn)橛詈椒l(fā)生膨脹自己已經(jīng)無(wú)法返回飛船了。列昂諾夫果斷地調(diào)低了生命保障系統(tǒng)的氣壓。

阿里克謝·列昂諾夫是頭朝前進(jìn)入飛船的，他這樣做是為確保手中的攝像機(jī)萬(wàn)無(wú)一失，可是關(guān)閉艙門(mén)卻成了一件難事。該艙斷面直徑只有120厘米，而宇航服的高度是190厘米。阿里克謝·列昂諾夫拼命旋轉(zhuǎn)著身體。雖說(shuō)從發(fā)現(xiàn)宇航服膨脹到關(guān)閉飛船艙門(mén)前后不過(guò)210秒鐘，阿里克謝·列昂諾夫所承受的心理和生理壓力卻是難以想象的：他的體重減少了數(shù)公斤，每只靴子里積聚了3升汗水。2

1965年6月3日，美國(guó)發(fā)射載有航天員麥克迪維特上尉和懷特上尉的“雙子星座”4號(hào)飛船，繞地球飛行62圈。懷特到艙外行走21分鐘，用噴氣裝置使自己在太空中機(jī)動(dòng)飛行。這是美國(guó)第一次太空漫步。懷特乘坐的是雙子星座4號(hào)飛船，該飛船上沒(méi)有安裝氣閘艙，因此是直接打開(kāi)艙門(mén)出艙的。由于雙子星座飛船是乘載兩名航天員，兩名航天員同在一個(gè)座艙內(nèi)，因此當(dāng)懷特打開(kāi)艙門(mén)后，坐在艙內(nèi)的另一名航天員麥克迪維也暴露在宇宙真空環(huán)境中。如果按照蘇聯(lián)的定義，只要航天員暴露在宇宙真空環(huán)境中就算進(jìn)行了太空漫步，因此麥克迪維就是“沒(méi)有出艙坐在座椅上進(jìn)行的太空漫步”?？上绹?guó)不承認(rèn)這種定義，因此麥克迪維仍然不能排列在太空漫步的航天員名單之內(nèi)。

1984年7月17日，蘇聯(lián)發(fā)射“聯(lián)盟”T12號(hào)飛船升空。船上載有扎尼拜科夫、沃爾克和女航天員薩維茨卡婭，與“禮炮”7號(hào)空間站-“聯(lián)盟”T10號(hào)飛船聯(lián)合體對(duì)接。她于1984年7月25日從禮炮7號(hào)空間站上進(jìn)行了太空漫步，她與另一名男航天員一起出艙，25日，薩維茨卡婭和扎尼拜科夫一起進(jìn)行了3小時(shí)35分鐘的艙外活動(dòng)。薩維茨卡婭成為世界上第一位在太空漫步的女性。

自從載人航天以來(lái)，宇航員已實(shí)現(xiàn)了近百次太空漫步。但在1984年以前的60多次太空漫步中，宇航員不僅必須穿上特制的宇宙服，而且還要使用安全帶和供給氧、電的“臍帶”與航天器連接在一起，以防在太空中飄走。

美國(guó)的阿波羅航天員阿姆斯特朗，他于1969年7月20日乘坐阿波羅11號(hào)飛船在月面上著陸，第一個(gè)走出登月艙登上月球。他在月面上停留了2小時(shí)31分鐘，與阿姆斯特朗一起的另一名航天員奧爾德林也跟隨其后登上月球，在月球上也待了2小時(shí)31分鐘。3

2007年11月3日，美國(guó)航天員帕拉金斯基完成歷時(shí)7個(gè)多小時(shí)的太空漫步，成功修補(bǔ)了一塊太陽(yáng)能電池板。由于電池板依然帶電，而且破損點(diǎn)距離工作艙足有半個(gè)足球場(chǎng)遠(yuǎn)，帕拉金斯基要“走”上近一個(gè)小時(shí)，英國(guó)《泰晤士報(bào)》曾評(píng)論說(shuō)這次任務(wù)是美國(guó)航天史上最危險(xiǎn)的太空漫步。3

太空漫步比較危險(xiǎn)，有5個(gè)影響因素，一個(gè)是太空的環(huán)境因素，第二個(gè)是氣閘艙的因素，第三個(gè)是艙外航天服因素，第四個(gè)是機(jī)動(dòng)裝置的因素，第五個(gè)是人為的因素。4

太空漫步過(guò)程太空處于真空狀態(tài)，沒(méi)有大氣層的保護(hù)，溫度變化很大，太陽(yáng)照射時(shí)溫度可高于100℃，無(wú)陽(yáng)光時(shí)溫度可低于-200℃，同時(shí)存在各種能傷害人體的輻射。為保障航天員在出艙活動(dòng)中能安全、健康和有效地完成任務(wù)，需要有出艙航天服、航天員在艙外乘坐的機(jī)動(dòng)裝置、完成任務(wù)所需的工具、固定航天員身體的設(shè)備及安全帶等裝備。艙外航天服是出艙活動(dòng)中最重要的裝備，相當(dāng)于一個(gè)微型航天器。它將航天員的身體與太空的惡劣環(huán)境隔開(kāi)，并向航天員提供大氣壓力和氧氣等維持生命所需的各種條件。由于宇宙飛船、空間站、航天飛機(jī)這些載人航天器密閉艙內(nèi)的人造氣壓、空氣組成基本與地面相同，因此人體內(nèi)吸有一定量的氮?dú)猓教旆?nèi)的氣壓較低，僅為大氣壓的27.5%，航天員如果猛然出艙，遇到低氣壓后血液供應(yīng)不上，溶解在脂肪組織中的氮?dú)庥坞x出來(lái)卻不能通過(guò)血液帶到肺部排出而形成氣泡，可能造成氣栓堵塞血管，引發(fā)嚴(yán)重疾病。所以航天員出艙前需要吸取純氧將體內(nèi)氮?dú)馀懦觯耘懦[患。

在太空漫步的航天員由于沒(méi)有參照物，無(wú)法分清物體的遠(yuǎn)近大小，并判斷其速度快慢，如無(wú)保險(xiǎn)措施，很容易丟失在茫茫太空中而成為人體衛(wèi)星。所以太空漫步需要采取保險(xiǎn)措施——用安全帶將航天員與航天器連接起來(lái)，防止航天員在太空中走失。

為了防止減壓病，航天員在出艙活動(dòng)之前還要進(jìn)行吸氧排氮。生活在地球表面時(shí)，人體受到大氣層的壓力為一個(gè)大氣壓，人體在這樣的壓力下不僅生活正常，與外界氣體交換也正常。但是，如果外界氣壓下降過(guò)大，人體組織內(nèi)的氣體因外界壓力低往外逸出。氧氣是人體需要的，逸到哪里都可以。但氮?dú)馔梭w組織外逸出就會(huì)使人體產(chǎn)生皮膚發(fā)癢、關(guān)節(jié)與肌肉疼痛、咳嗽和胸悶等癥狀。這種從高壓變成的低壓所引發(fā)的病就是減壓病。如果所設(shè)計(jì)的載人航天器乘員艙采用的是接近地面大氣的壓力制度，航天員進(jìn)入航天器內(nèi)時(shí)就不必進(jìn)行吸氧排氮。如果所采用的是半個(gè)大氣的壓力制度（60%氮，40%氧）時(shí)，航天員在進(jìn)入載人航天器之前，就得把體內(nèi)多余的氮?dú)馀懦?，用氧氣代替它。這是因?yàn)樵谝粋€(gè)大氣壓的普通空氣中生活時(shí)，人體中氧氣只占21%左右，而氮?dú)饧s占79%。

航天員到艙外活動(dòng)時(shí)，他身穿的航天服系統(tǒng)中的壓力比艙內(nèi)的壓力要低，目前載人航天中使用的航天服只有低壓航天服，還沒(méi)有研制出實(shí)用的高壓服裝（航天服中的壓力太高，不僅在工程實(shí)現(xiàn)上難度很大，還會(huì)使航天員的運(yùn)動(dòng)和工作操作發(fā)生困難）。所以航天員在出艙（艙內(nèi)采用一個(gè)大氣壓的壓力制度）準(zhǔn)備，穿低壓航天服之前必須把體內(nèi)多余的氮?dú)馀懦觯醚鯕鈦?lái)代替它，其方法就是吸入純氧。這一過(guò)程則簡(jiǎn)稱(chēng)為吸氧排氮。吸氧排氮還涉及到時(shí)間問(wèn)題，如果航天服內(nèi)的壓力相對(duì)較大，或者說(shuō)它與艙內(nèi)壓力水平接近，而且艙內(nèi)的含氧量大，則吸氧排氮的時(shí)間就短，反之則長(zhǎng)。4

1993年12月，航天飛機(jī)STS-61上的艙門(mén)出現(xiàn)關(guān)閉障礙，影響航天員的太空漫步。

1996年11月，航天飛機(jī)STS-80上氣閘艙的艙門(mén)也出現(xiàn)問(wèn)題，由于艙門(mén)閂啟動(dòng)器被一顆松動(dòng)的螺釘卡住，氣閘艙門(mén)不能打開(kāi)，航天員出不了艙。4

1982年11月，在航天飛機(jī)STS-5飛行中，一名航天員由于出艙航天服故障，太空行走被取消。

1984年4月，航天飛機(jī)STS-41C上的航天員遇到“尿污染問(wèn)題”。這次太空漫步的主要任務(wù)是維修衛(wèi)星，但由于載人機(jī)動(dòng)裝置?？课恢貌划?dāng)，未能固定住需要維修的衛(wèi)星，維修任務(wù)失敗。4

國(guó)際空間站的第53次太空漫步由于出現(xiàn)設(shè)備問(wèn)題提前結(jié)束。此次出艙活動(dòng)是國(guó)際空間站第九長(zhǎng)期考察團(tuán)的第一次出艙，開(kāi)始時(shí)間是格林尼治時(shí)間2004年6月24日21：56（北京時(shí)間6月25日凌晨5：56），結(jié)束時(shí)間是22：10（北京時(shí)間6月25日凌晨6：10），整個(gè)出艙過(guò)程僅耗時(shí)14分鐘22秒。故障原因是航天員麥克·芬克的主氧氣瓶泄壓速度過(guò)快。這是時(shí)間最短的國(guó)際空間站太空漫步。4

1985年4月，航天飛機(jī)STS-51D上的一名航天員，在太空漫步中出現(xiàn)人為失誤，他不小心走過(guò)航天飛機(jī)的機(jī)翼，差一點(diǎn)兒不能返回座艙。4

人類(lèi)歷史上最著名的五次太空漫步：

1984年2月7日，美國(guó)“挑戰(zhàn)者”號(hào)航天飛機(jī)宇航員麥坎德列斯和斯圖爾特不系安全索離開(kāi)航天飛機(jī)實(shí)現(xiàn)在太空漫步，成為人類(lèi)探索太空奧秘的第一批“人體地球衛(wèi)星”。美國(guó)宇航局測(cè)試 “載人機(jī)動(dòng)裝置”(Manned Maneuvering Uni)。通過(guò)載人機(jī)動(dòng)裝置，宇航員得以在空中自由地飛翔。雖然這種裝置僅僅在三個(gè)太空飛船上使用過(guò)，但這一標(biāo)志性照片是最著名的太空漫步照片之一。5

蘇聯(lián)人列昂諾夫完成歷史性的太空漫步三個(gè)月后，即1965年6月3日，美國(guó)宇航員愛(ài)德華-懷特也實(shí)現(xiàn)了太空漫步這一壯舉。在懷特的太空漫步任務(wù)中，他還帶有一個(gè)特別的太空手套。該手套漂浮于太空艙外，用于搜撈某些有趣的太空碎片。懷特認(rèn)為他一生中最悲哀的時(shí)刻就是被命令返回太空艙的那一刻。懷特1930年11月14日生于美國(guó)德克薩斯州，1962年被選拔為美國(guó)宇航局第二批宇航員。1965年他參加了雙子星座4號(hào)的飛行，完成了美國(guó)首次太空行走。此后，他被選為雙子星座7號(hào)的替補(bǔ)指令長(zhǎng)，但沒(méi)有參加飛行。1967年，他被指定了阿波羅飛船首次飛行的宇航員。但在1967年1月27日的一次地面飛船封閉訓(xùn)練時(shí)，阿羅波飛船內(nèi)部起火，懷特不幸犧牲，年僅36歲。5

首位太空漫步的美國(guó)女性：女性宇航員凱瑟琳-莎麗文。1984年10月，凱瑟琳-莎麗文將音樂(lè)磁帶和隨身聽(tīng)?zhēng)肓颂铡．?dāng)被起在太空飛行時(shí)聽(tīng)何音樂(lè)時(shí)，莎麗文回答：“經(jīng)典音樂(lè)和打擊樂(lè)。當(dāng)你在太空艙中漂浮狀態(tài)下準(zhǔn)備入睡時(shí)，不要指望任何抒情歌曲能夠有效果?！鄙愇倪€認(rèn)為，太空電影《IMAX藍(lán)色星球》中的音樂(lè)最能讓她找回太空行走的感覺(jué)。5

“哈勃”維修任務(wù)中的太空漫步：美國(guó)宇航員斯托里-馬斯格雷夫。也許，在所有太空漫步的宇航員中，斯托里-馬斯格雷夫是最具個(gè)性的一位。為了能夠圓滿(mǎn)完成太空任務(wù)，他愿意頭下腳上地像蝙蝠一樣倒掛睡覺(jué)。他興趣廣泛，擁有六個(gè)學(xué)位，如醫(yī)學(xué)、數(shù)學(xué)以及文學(xué)等。作為歷史上最優(yōu)秀的宇航員之一，馬斯格雷夫于1993年完成了首次“哈勃”首次維修任務(wù)五次太空漫步中的三次。他將這種太空漫步形象地比喻為“太空芭蕾”。實(shí)際上，“哈勃”維修任務(wù)中的太空漫步最能體現(xiàn)太空動(dòng)作的奇妙之處。300多種不同的維修工具和巨型器械，雖然都處于一種無(wú)重力狀態(tài)，但仍然還有一些慣性。在最后一次飛行中，馬斯格雷夫一直呆在飛行甲板上，竟然還站立起來(lái)并面朝前窗而不系任何安全帶。在執(zhí)行了6次太空飛行任務(wù)后，馬斯格雷夫最終離開(kāi)了美國(guó)宇航局。5

經(jīng)歷三年多的準(zhǔn)備工作，肩負(fù)中國(guó)航天員首次出艙活動(dòng)任務(wù)的神舟七號(hào)（神七）飛船，2008年9月25日晚9點(diǎn)10分由長(zhǎng)征二號(hào)F遙七運(yùn)載火箭點(diǎn)火發(fā)射，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功升空；27日下午4點(diǎn)40分，航天員翟志剛出艙漫游；晚上7點(diǎn)24分裝置在神七飛船的伴飛衛(wèi)星成功釋放；28日傍晚5點(diǎn)37分，神七安全返回地面。6