憧憬出艙活動?先來了解了解這些知識吧

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熱愛航天的小夥伴們,大概都對出艙活動十分憧憬。想想能夠在浩瀚無垠的宇宙中自由來去,那似乎一定是舒適愜意的。然而,真相是不是這樣的呢?

首先,讓我們來看看出艙活動是什麼?出艙活動也稱為艙外活動,指的是航天員從載人航天器的艙體內出來,依靠自身攜帶的生命保障系統在太空或是其他天體表面進行工作或活動,隨後返回載人航天器的一系列過程。看上去,似乎說的就是大家熟知的太空行走,然而實際上,太空行走只是出艙活動的一種。

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正在進行太空行走的我國航天員翟志剛

按照出艙活動發生場所的不同,出艙活動可以分為在太空中進行的出艙活動和在其他星球表面進行的出艙活動。太空行走,單指在太空中進行的出艙活動。而在其他天體表面進行的出艙活動,一般被稱為“外星球行走”,例如在月面進行出艙活動就被稱為“月球行走”,聽起來是不是更加具有科幻色彩了?

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航天員正在月球行走

除了按照場所,出艙活動還可以按照航天員任務的不同分為驗證類出艙活動、有效載荷操作類出艙活動、維護與維修類出艙活動、空間站裝配類出艙活動;按照是否事先列入計劃和時間的緊迫性分為計劃內出艙活動、計劃外出艙活動和應急出艙活動。

現在的出艙活動精彩紛呈,人類首次出艙活動是什麼樣的呢?1965年3月18日,蘇聯航天員列昂諾夫走出上升2號飛船,實現了人類歷史上第一次出艙活動。他身穿海鷹艙外航天服,利用一根長約15米的管子與飛船連接。這條管子就像胎兒的臍帶,能夠為列昂諾夫提供氧氣、電源和通信等。

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列昂諾夫太空行走示意圖

​當列昂諾夫完成了12分鐘出艙活動,準備返回時,他的航天服充氣膨脹了起來,這使得他整體的體積變大,無法通過艙門回到飛船氣閘艙。同時,膨脹起來的航天服使得列昂諾夫想要做點什麼變得十分困難,一舉一動都要耗費很多精力和體力。經過思考和兩次嘗試,列昂諾夫逐漸調低了生命保障系統的氣壓,使膨脹起來的氣航天服逐漸縮小下來,最終順利回到飛船氣閘艙。儘管從航天服膨脹到返回飛船,飛船氣閘艙艙門關閉,整個過程只花了3分鐘,但列昂諾夫的體重卻減少了5.4公斤,每隻靴子都積聚著3升汗水,可見當時的情況是多麼驚心動魄。

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正在太空行走的列昂諾夫

細心的小夥伴可能注意到了,出艙活動進行時,出艙前與返回飛船時都需要在一個叫氣閘艙的艙室中進行。而我們的神舟飛船隻有軌道艙、返回艙和推進艙三個艙室,那麼神舟七號任務中的太空行走是從哪裡開始進行的呢?

實際上,神舟七號飛船不僅有氣閘艙,更妙的是它的氣閘艙是將原本的軌道艙重新佈局而來,實現了一艙兩用。在這裡,航天員可以完成一系列出艙活動和重返返回艙的準備工作。

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正在進行測試的氣閘艙

例如要進行太空行走時,航天員從返回艙進入氣閘艙。艙門關閉後,氣閘艙就成為了一個密閉的艙室。接著,航天員會在這裡組裝和測試艙外航天服,確認沒有問題後穿上艙外航天服。此時,氣閘艙與返回艙的艙壓是一樣的,都是接近地面環境的約1個大氣壓。但太空環境的氣壓極低,為了保證航天員的安全,氣閘艙會進行洩壓,降低艙內的壓力。

當氣閘艙洩壓至艙壓降到70千帕時,航天員需要完成吸氧排氮。然後,氣閘艙進一步洩壓,直到艙壓與太空中氣壓基本一致。之後,艙門打開,航天員就可以進行太空行走了。太空行走的任務結束後,航天員需要執行與上面相反的程序,最終回到返回艙中。

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航天員太空出艙示意圖

為了進入太空進行洩壓似乎不難理解,但吸氧排氮是什麼呢,它對出艙活動有什麼影響呢?吸氧排氮完全可以按照字面意思來理解,出艙活動前航天員要呼吸純氧,這樣身體中原本隨空氣吸入的氮氣就會被逐漸呼出體外。為什麼要這樣做呢?

當外界環境的壓力下降過快時,人體內的氣體會因壓力降低逸出體外。航天員進行出艙活動時,體內的氣體,如氧氣和氮氣,也會因壓力逸出。氧氣逸出對人體沒有影響,但氮氣逸出會使人體產生皮膚髮癢、關節肌肉疼痛、咳嗽、胸悶等症狀,這些都是減壓病的表現。由於空氣中的氮氣佔總量的約78%,所以,呼吸使人體內存了不少氮氣。所以,在出艙活動前,航天員都需要進行吸氧排氮,以預防減壓病的產生。

隨著我國載人航天的逐漸發展,出艙活動必將成為未來太空探索的重要活動之一。未來,我國自己的空間站也將逐漸升空組建,讓我們共同期待中國航天員常駐中國空間站的那天!

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參考文獻/

[1] 陳善廣,黃偉芬,等.飛天英雄——追蹤航天員飛天足跡[M].北京:中國宇航出版社,2011.

[2] 石磊,左賽春.神舟巡天:中國載人航天新故事[M].北京:中國宇航出版社,2009.

[3] 中國載人航天工程網.美俄的首次艙外活動

[EB/OL].http://www.cmse.gov.cn/art/2008/9/20/art_310_3590.html,2008-09-20/2019-08-28.

審校/楊潔

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