太空出舱的幕后故事

邱晨辉

天上做的每一个动作，都有地上的模拟训练

出舱活动，又被称作“太空行走”，是指航天员或宇航员离开载人航天器乘员舱，进入太空的活动。由于太空环境恶劣，航天员要面临失重、低气压和气温不稳定以及强辐射等诸多挑战。

2008年9月27日，神舟七号航天员翟志刚完成出舱太空行走，成功返回轨道舱，标志着我国历史上第一次太空行走成功完成，更标志着中国成为继美苏之后，第三个独立掌握空间出舱技术的国家。

从2021年开始，我国将有更多的航天员漫步太空。7月4日，刘伯明和汤洪波的出舱活动就是一个开始。

与神舟七号突破出舱技术相比，此次空间站任务，航天员出舱时间将由半小时提升到6小时以上：空间站舱外建造、舱外设备安装、维护、维修、更换和试验样品回收等，都需要出舱活动。

2006年，中国航天员中心的航天员教员赵阳参与完成了神舟七号任务出舱活动训练。从2017年开始，他承担起航天员空间站出舱活动模拟训练的任务。

赵阳说，天上做的每一个动作，地上的模拟训练就必须反复练，直到形成身体的肌肉记忆。在航天员出征前，赵阳经常和他们一起泡在水槽里，每天要按照出舱活动6小时的标准，开展作业技能训练。

为了全面模拟太空的种种特殊环境因素，光模拟训练就分解为出舱活动模拟器、水槽、低压舱等多个训练现场。这些现场中，航天员将处于悬吊、低压和水下等特殊环境，不确定因素多，危险系数大。因此，航天员顾虑的，教员必须先想到；航天员做到的，教员必须先做到。

“要为中国航天探寻舱外活动训练的道路，并形成模拟失重环境舱外活动及作业训练标准，难度之大，可想而知。”赵阳说。因为，无论多努力，地上无法完全模拟天上的实际情况。这一点，他十分清楚。

出舱期间需要应急返回怎么办

航天员在出舱活动期间，需要应急返回怎么办？在7月4日的出舱活动中，就有一场应急返回演练，主角是汤洪波。

在这项工作中，汤洪波需要徒手爬到空间站天和核心舱最远处。接到撤离指令后，他第一时间折回，以最快速度返回舱口，并直接进入节点舱。

舱外活动非常考验航天员的臂力，人在失重环境下很难控制自己，轻轻移动就出去了，可要想停下来就得花很大力气。事实上，这种应急返回场景，航天员在地面时就曾多次在水中演练，为的就是在必要时刻为自己赢得一线生机。

赵阳说，训练就要将各种可能的情况都训练到。“为了确保训练设计能够满足要求，立足最极端的情况——航天员在空间站最远端的工作点，而机械臂万一出现故障，不能转运航天员返回，航天员只能自主应急返回。”

回舱的路拐来拐去，并不顺畅。直线路径约10多米的距离，航天员必须依靠安全系绳，借助舱壁上的固定扶手，绕开太阳翼支座等多个大障碍物，在多次调整身体姿态后才能安全、快速地返回。

在水深10米、直径23米的巨大水槽中，空间站水下训练模型如同一个庞然大物，静静卧在水底，这就是模拟出舱训练的主要现场。

要突破地面的条件限制，尽可能模拟外太空环境。赵阳严格设计训练场景，分解到每个动作，帮助航天员迅速、安全地找到返回的路。每次训练，他与航天员一起，将应急返回的时间一分一秒地缩短。

前期，赵阳穿着水下服一口气在水下练了5小时58分。虽是模拟太空出舱，但由于并非处于失重环境，水的阻力很大，举手投足十分费劲，几个小时下来，浑身酸痛。

事非亲历，不知其因。经过多次反复训练，赵阳总结出了训练的重难点，找到了最佳操作角度。以机械臂状态设置为例，他花了两个半小时才找到了最佳坐标值，正式训练时，按照坐标值，两分钟就可以设置好。

航天员选拔与训练研究室副主任范继荣说：“别看他训练时主要在水下，其实他才是整场水下训练的幕后导演。”

航天员说：“有他在，我们安心。”

47道工序打造太空面窗

“每一起事故的背后，都有9次轻微事故和300起未遂先兆，以及100起事故隐患。”“成功是差一点点失败，失败是差一点点成功。”“质量第一，生命至上。”

这些标语在中国航天员中心的训练大厅、试验厂房、实验室到处可见。载人航天，人命关天，而出舱活动中，最关乎安全的，非舱外服莫属。

有人说，这120千克重的舱外服，就是航天员执行出舱活动的铠甲。它像一个人形飞船，充上一定的压力后，保护航天员的生命安全，抵御外太空的高低温、真空、强辐射等环境因素。

舱外服上的头盔面窗，则是航天员进行出舱活动时观察外界的窗口。在出舱任务中，刘伯明通过面窗看到太空景象，感叹道：“哇，这外面太漂亮了！”

“没有看到满天繁星吗？”之后，聂海胜又忍不住问。

头盔面窗有多层，最里层名为双层压力面窗，它是整个头盔的承压密封结构，呈曲面型，直接关系到航天员的生命安全。要做到绝对安全可靠，且不说它的承压材料要经过多少轮的选择、测试，光密封加缝合就耗时两个月，一共完成47道工序，涉及的工艺规程文件摞起来约10厘米厚。

这些工序包括除尘、粘胶、缝合、密封等，听起来简单，但流程相当复杂、严格、细致。就拿面窗除尘来说，要先吹洗，再不间断擦拭两小时左右，直到肉眼看不到一丝灰尘。

中国航天员中心研装部副部长邓小伟介绍，粘胶要分多轮逐步进行，每次粘胶完，都要将其放到恒温恒湿箱里进行胶固化，再进行气密性测试以及低温露点测试，可视区还要进行充分的氮气置换，防止夹层中残留的水汽在低温情况下起雾影响视线。

这一套严密的工序，是邓小伟带着车间工人花了近一年的时间研制摸索，做了10多套样品后确定的工艺标准。空间站任务中新型舱外服、新型面窗，一切都在摸索中前进。

一次，在对可视区夹层进行氮气吹除时，有两粒胶的碎末进入密封的面窗夹层。

这两个碎末也就沙粒大小，吸附在面窗夹层下沿，理论上对视觉没什么大的影响，却成了技师的“眼中钉”“心头刺”。他们尝试了各种办法，最终只能将碎末扫除到边缘区域，就是无法吸出。

邓小伟说，为了做出完美的面窗，他们从生产流程入手，改变生产工序，采用先预埋空心针再进行内外层面窗粘合的方法，彻底解决了密封胶穿刺产生多余物的问题。

一个面窗尚且如此精益求精，一套由100余个单机产品组成的舱外服，其复杂程度可见一斑。

奋战6年研发太空跑步机

保障航天员在轨生命安全的舱外航天服和环控生保产品固然重要，保障航天员在轨健康的医监医保设备同样重要。比如，在空间站任务中首次亮相的太空跑台。

很多人还记得在神舟十一号飞行任务中，景海鹏和陈冬太空跑步的情形。当时，他们做的就是跑台束缚系统技术验证。景海鹏和陈冬穿上束缚装置，在简易跑步装置上试验了多次以后，终于轻松自如地跑起来。

跑台设计人员说，太空跑台与人们所见的跑步机外观类似，不同的是，由于太空的微重力环境，跑台要有隔振设计、束缚带和力负荷加载装置等。

对于中国航天员中心健康保障工程室的跑台设计团队，横亘在他们面前的“拦路虎”就是隔振设计。

设计人员说，由于跑步时，人体足底需要承受3～6倍自身体重的冲击力，会对空间站产生严重的影响。他们研究后发现，采用隔振设计，将冲击力降到30千克以内，既保持跑台自身的相对稳定性，又不影响空间站上其他设备的运行。

没有任何经验借鉴，太空跑台设备研制整整用了6年，这其中隔振设计从理论研制到工程实现就跨时4年。

如何模拟太空失重环境得到精确的设备参数值？研制团队想方设法将跑台悬吊起来，人躺在坐垫上，将腿部悬空束缚在跑台上，躺着跑步，然后在跑台各个方向测冲击力。他们选取了不同性别、年龄、身高、速度的情况全面科学采集数据。反复测试，反复调整设备参数。

“当时试验就在一个空荡荡的车间里进行，正值冬天，车间没有暖气，门还敞开着，大家在现场被冻得瑟瑟发抖。”设计人员说。就这样持续了一个月，终于获得了正確的设备参数。

此时，他们又碰到下一个“拦路虎”：跑台使用时产生轻微噪声，不符合空间站噪声标准。

项目副总师刘伟波带领团队人员前往厂家。他们用噪声计测，趴在跑台各处用耳朵仔细分辨，最后定位到数十个具体噪声源部件，经过一遍遍调整，一次次拆装，一场场测试后，噪声下降到一定数值后，就不再下降了，但离标准还差一点点。

眼看着山穷水尽了，厂家人员说：“跑台使用时才产生噪声，又不是全天候都有，而且就差一点，大不了戴个防噪声耳罩，影响不大。”

刘伟波坚决表示反对：“不行！”

他的理由很简单，一切上天的设备，都要考虑航天员的身心健康，必须给他们创造舒适的环境，要尽力减少噪声源。

最终，他们采用愚公移山的笨方法，把1 000来个零配件逐一进行审查、完善装配工艺。在将所有的零配件工艺都优化了一遍后，噪声数值终于达标。

2021年6月28日，空间站核心舱的摄像机拍到这样的画面：聂海胜在跑台上迈着“太空步”，汤洪波则取过相机，为他拍下跑步的音像资料。