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标题: 出舱“名场面”背后的航天气力 [打印本页]

作者: 徐正清 时间: 2022-12-14 04:24
标题: 出舱“名场面”背后的航天气力
来源：人民网－人民日报海外版

实行神舟七号载人航天飞行出舱活动任务的航天员翟志刚出舱后摆荡中国国旗。新华社发

神舟十二号乘组航天员聂海胜、刘伯明在出舱任务结束后挥手表现。新华社发

神舟十三号航天员王亚平(右)结束出舱任务。新华社发

神舟十四号航天员刘洋(左)结束出舱任务返回。新华社发
近日，神舟十四号乘组完成首次出舱活动。从2008年神舟七号航天员翟志刚第一次实现太空出舱活动，到2021年神舟十二号乘组实现空间站阶段的首次出舱，再到神舟十三号、神舟十四号乘组连续进行太空行走……迄今为止，中国已乐成实施6次航天员出舱活动。每次出舱都有新看点和新惊喜，为中国航天留下了诸多“名场面”。
中国航天员出舱活动履历了怎样的发展与变化？新技能的应用如何让太空行走更安全、更惬意？
从19分钟到6小时
时间更久任务更重
2008年9月27日，神舟七号航天员翟志刚在刘伯明、景海鹏的密切共同下，完成了中国人的首次太空行走。耗时19分35秒的出舱活动中，翟志刚取回了飞船舱外搭载的固体润滑材料以及太阳能电池基板试样。
首次乐成实施空间出舱活动，让中国成为天下上第三个独立把握空间出舱关键技能的国家。这一关键技能的突破，也为空间站建造奠基了坚固的基础。
时隔13年后，2021年7月4日，神舟十二号航天员刘伯明、汤洪波乐成出舱。约7个小时的出舱活动中，舱内舱外航天员协同共同，完成了舱外活动相关设备组装、全景相机抬升等任务；2021年11月8日，颠末约6.5小时的出舱活动，神舟十三号航天员安全返回天和核心舱，翟志刚再次上演“太空闲步”，王亚平迈出了中国女性舱外太空行走的第一步；日前，神舟十四号航天员陈冬、刘洋在约6小时的出舱活动中共同完成了问天实验舱扩展泵组安装、问天实验舱全景相机抬升、舱外自主应急返回验证等任务……
航天员出舱活动是中国空间站任务的重中之重，空间站舱外建造以及舱外设备安装、维护、维修、更换和试验样品接纳等，都需要出舱活动。出舱人数更多、出舱时间更长、出舱任务更重……与神舟七号相比，空间站阶段的航天员出舱时间由半小时提升到6小时以上，舱外作业任务量加大、难度提升，连续的出舱活动，显现了中国航天事业的奋进步伐。
从节点舱到气闸舱
出舱行走更从容
神舟十二号、神舟十三号乘组出舱时，均通过天和核心舱前方的节点舱出舱。此次神舟十四号乘组出舱，则首次通过问天实验舱气闸舱“出门”。与节点舱相比，气闸舱的舱门口径从85厘米增长到了1米。航天员在身着舱外航天服的环境下，可以或许更从容地携带设备出舱工作。
看似简单的尺寸增大，其实是一项“刚”与“柔”的均衡。此次出舱的舱门作为航天器机构中的复杂产物，涵盖密封、传动、锁紧、导向、润滑、人机工效等学科。舱门设计团队将这些复杂的功能落实到产物的利用细节中。例如，为了保障问天实验舱“大门”的安全利用，舱门配套了量身定制的舱门保护罩，并将舱门检漏仪作为密封的检测本领，将舱门压点开关作为状态辅助判定。
问天实验舱气闸舱的研制，离不开神舟七号的开拓先行——为了突破出舱技能，科研职员重新为神舟七号飞船轨道舱增长了气闸舱功能，并在太空乐成应用，为空间站气闸舱研制奠基了基础。如今，航天员出舱前，只需利用舱门门体上配套的利用手柄旋转解锁，利用助力机构消除残压，拉动舱门把手即可完成打开舱门的动作。
将来，问天实验舱气闸舱将成为航天员出舱的紧张“通道”。而一旦气闸舱在出舱过程中出现问题，航天员仍可通过作为备份的节点舱回到舱内，包管出舱活动安全可靠。
保障生命安全和支持舱外活动的舱外航天服，也在历次出舱活动中不断升级。神舟七号任务时，科研职员在短期内研制出中国第一件舱外航天服。13年后的神舟十二号出舱任务时，新一代舱外航天服已有了许多改进，改变了结构设计、提高了服装利用寿命及人服本领，具有利用时间更长、安全可靠性更高、机动机动性更好、测试维修性更强等特点。通过空间站阶段的太空行走，充实验证了新一代舱外航天服的性能。
从1米到10米
“一绳之力”让航天员走得更远
在太空行走过程中，安全绳是毗连出舱航天员与空间站的“生命线”——空间站的可伸缩安全系绳机构，为航天员顺遂出舱活动助“一绳之力”。
神舟七号任务时，翟志刚所利用的安全系绳为固定长度，其有效长度仅有1米多，活动范围有限。而在空间站建立任务中，航天员要完成空间站设备安装、查验等出舱任务，出舱范围更大、利用难度更高、安全要求更严格，需研发一种长度更长且可伸缩的安全系绳机构——既要包管航天员与空间站舱体间凌驾10米的安全毗连，又不会对航天服产生勾挂或干涉航天员的活动，还要经受住太空中近200摄氏度的大温差、空间辐照、空间粒子等恶劣环境的考验。
为此，中国航天科技集团五院529厂研制团队凭借丰富的空间机构产物设计本领，针对长距离以及空间环境顺应性的设计需求，创新设计方案，实现了钢丝绳的恒力收放，无需电机提供回转力矩，制止了电缆的引入，包管了航天员携带的便捷性和机动性。
同时，为减小缠绕过程中的阻力、制止空间辐照环境对钢丝绳产生影响以及防止钢丝绳对航天服产生勾挂，设计职员选用耐空间辐照的特殊包覆材料对钢丝绳进行保护，确保机构的利用安全。为满足长命命利用的要求，还接纳烈?助排绳滑轮组引导钢丝绳排绳的设计方案，并通过大量试验验证，确保10余米长钢丝绳在机构的狭小空间里上万次、重复性的有序缠绕。
从大臂到组合臂
机械臂分工互助更给力
与神舟七号任务相比，空间站阶段出舱活动的一大特点是航天员与舱外机械臂的共同。空间站机械臂负担将航天员及相关设备工具运送至作业点，并支持航天员完成后续利用任务的职责。
在神舟十二号和神舟十三号任务的4次出舱活动中，航天员通过与核心舱的大机械臂共同，完成了一系列舱外任务。而在神舟十四号首次出舱任务中，问天实验舱上搭载的小机械臂首次亮相，将航天员准确、稳定转运至作业点。
机械臂是中国空间站的明星部件之一。作为中国航天事业发展的新领域，机械臂融合了机、电、热、控制、光学等多项技能。小机械臂的紧张功能和大机械臂雷同，它能真实模拟人手臂的机动转动，通过旋转结构在任何角度和部位抓取物体，也可以或许在问天实验舱外貌进行爬行。
与大机械臂相比，小机械臂有不少新特点。形态上更加精良，重量和长度均约为大臂的一半，负载本领约为大臂的1/8，活动和操控机动；利用上更加精准，小臂的末端定位精度更高，位置精度、姿态精度优于大臂，可以或许完成精度要求更高的精致利用。大小两个机械臂分工各有偏重，又相互共同，可满足空间站任务的需求。
按照规划，在后续任务中，问天实验舱机械臂将在太空中与核心舱机械臂完成“大小臂在轨组合”的亮眼利用。届时，小臂可被大臂抓取形成组合机械臂，可达范围将拓展至14.5米，活动范围覆盖空间站3个舱段。如后续需要在舱外安装设备，可以通过货运飞船上行至梦天实验舱的货物气闸舱，通过组合臂的抓取和转移，完成在舱外载荷平台上的安装。此外，大小机械臂还可协同开展舱外利用任务，完成互巡互检的自身维护工作，有效提高机械臂系统的可靠性。

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