12月21日21時(shí)35分，經(jīng)過(guò)約7.5小時(shí)的出艙活動(dòng),，神舟十七號(hào)航天員乘組在空間站機(jī)械臂和地面科研人員的配合支持下,，完成了天和核心艙太陽(yáng)翼修復(fù)試驗(yàn)等既定任務(wù)，航天員湯洪波,、唐勝杰安全返回問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙,，出艙活動(dòng)取得圓滿(mǎn)成功。航天員湯洪波時(shí)隔兩年再度漫步太空,，航天員唐勝杰成為我國(guó)執(zhí)行出艙任務(wù)年齡最小的航天員,。
航天員唐洪波、唐勝杰執(zhí)行出艙任務(wù)
太空行走與載人天地往返,、交會(huì)對(duì)接一起,，被稱(chēng)為載人航天三大基本技術(shù)之一，對(duì)發(fā)展載人航天事業(yè)有著獨(dú)特而重要的作用,，尤其是在組建空間站,、進(jìn)行太空維護(hù)維修和太空救援等任務(wù)中作用巨大。
下面就讓我們一起走近“太空行走”,。
太空行走是什么,？就是去太空“逛逛”嗎？
太空行走指的是航天員的出艙活動(dòng),。出艙活動(dòng)是航天員脫離載人航天器或建在其他天體上的基地,，依靠自身攜帶的生命保障系統(tǒng)，在太空中或其他天體表面工作和活動(dòng),，然后再返回載人航天器或基地的一系列過(guò)程的總稱(chēng),。這里的載人航天器包括飛船、航天飛機(jī),、空間站和登月艙等,。
空間站在太空中長(zhǎng)期運(yùn)行，為人類(lèi)提供了重要的科研,、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所,。但是空間站規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,，無(wú)法用火箭直接發(fā)射到太空,，只能將各個(gè)部件、設(shè)備逐一發(fā)射，然后在太空中組建起來(lái),，這就需要航天員進(jìn)行艙外作業(yè),。劉伯明、湯洪波的出艙活動(dòng),，完成了相關(guān)設(shè)備組裝,、全景相機(jī)抬升等任務(wù)，就屬于這一類(lèi)活動(dòng),。
航天器在軌維修是出艙活動(dòng)的重要任務(wù),。衛(wèi)星、飛船和空間站的研制,、發(fā)射需要投入大量資金,，進(jìn)入軌道后開(kāi)始面臨種種安全風(fēng)險(xiǎn)，如設(shè)備故障,、儀器失效等,，有時(shí)候一塊幾厘米的空間碎片就可能擊毀價(jià)值數(shù)千萬(wàn)的航天器。而很多時(shí)候只需更換少量部件,，就能讓航天器起死回生,，繼續(xù)工作。
中國(guó)航天員出艙
在美國(guó)航天飛機(jī)時(shí)代,，航天員每次飛行任務(wù)中都有維修維護(hù)任務(wù),。1990年，價(jià)值15億美元的哈勃望遠(yuǎn)鏡升空后,，因故障導(dǎo)致性能下降,，航天員經(jīng)過(guò)7次出艙，近50個(gè)小時(shí)的在軌維修,，成功讓它以更長(zhǎng)壽命和良好精度繼續(xù)工作。國(guó)際空間站從1998年啟動(dòng)建設(shè),，設(shè)計(jì)壽命10~15年,，在航天員們的努力維護(hù)下，一直平穩(wěn)運(yùn)行到今天,。
載人航天風(fēng)險(xiǎn)很高,，當(dāng)載人航天器在太空出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)，就需要航天員脫離故障航天器,，以太空行走的方式進(jìn)入另外的載具,，或者以這種方式對(duì)其他航天員進(jìn)行太空救援。未來(lái)人類(lèi)登上月球,，太空行走的任務(wù)也將大大擴(kuò)充,，甚至成為常態(tài)工作，來(lái)推動(dòng)月球基地建設(shè)、資源探測(cè)開(kāi)采,、科學(xué)考察等重要任務(wù),。
想去太空？要先闖這四關(guān)
太空行走是航天活動(dòng)中最危險(xiǎn)的任務(wù)之一,。航天員離開(kāi)航天器的保護(hù),，只身進(jìn)入茫茫太空，以每秒近8千米的速度漂浮在軌道上,，同時(shí)面臨著真空,、強(qiáng)輻射、失重和驟冷驟熱交替等嚴(yán)酷太空環(huán)境的考驗(yàn),。
航天員在太空行走,，移動(dòng)身體
真空環(huán)境里，航天員如果失去有效防護(hù),，15秒內(nèi)就會(huì)因缺氧喪失意識(shí),，30秒內(nèi)死亡。由于沒(méi)有大氣壓力,，人體血液和體液會(huì)像煮開(kāi)的水一樣“沸騰”,，同時(shí)皮膚、組織和器官向外膨脹,。
太空沒(méi)有地球大氣和磁場(chǎng)的屏障,，航天員將直接面對(duì)各種宇宙輻射，包括太陽(yáng)耀斑爆發(fā)期間噴射出來(lái)的太陽(yáng)射線,，銀河系高能粒子,，以及紫外線、紅外線,、射頻輻射等非電離輻射,。這些輻射會(huì)對(duì)人體造成不同程度的傷害，超過(guò)安全限值,，會(huì)導(dǎo)致航天員患放射病,，甚至危及生命。
在太空失重環(huán)境中,，航天員會(huì)發(fā)生前庭功能障礙,，產(chǎn)生暈眩、惡心,、嘔吐等“航天運(yùn)動(dòng)病”,。長(zhǎng)期失重會(huì)造成人體內(nèi)鈣、磷,、鎂等無(wú)機(jī)鹽的排泄增加,，發(fā)生骨質(zhì)疏松和肌肉萎縮,。
太空中沒(méi)有空氣，對(duì)流消失,，溫度變化非常劇烈,，空間站90分鐘繞地球一圈，一半時(shí)間受太陽(yáng)照射,，一半時(shí)間受地球阻隔,，照射時(shí)溫度超過(guò)100℃，阻隔時(shí)下降到-100℃,。這種驟冷驟熱交替的極端環(huán)境下,，航天員持續(xù)幾個(gè)小時(shí)的太空行走，是對(duì)身體和心理的極大考驗(yàn),。
航天員太空行走需要直面太空環(huán)境4道關(guān)卡,，艙外航天服就是迎接考驗(yàn)的終極保障。
艙外航天服由服裝,、頭盔,、手套和航天靴等組成，其中最復(fù)雜的是服裝,，從內(nèi)到外有6層,。最里層是襯里和尿收集裝置，其次是散熱的液冷通風(fēng)層,；三,、四層分別是保持航天服內(nèi)壓力的加壓氣密層和限制加壓氣密層向外膨脹的限制層；第五層是隔熱層,，應(yīng)對(duì)艙外極端溫差變化,，最外層是保護(hù)層，由多種纖維復(fù)合織物制成,，具有良好的柔軟性,，耐穿透、耐磨損,、耐高溫,、耐燃燒、耐腐蝕,、防輻射，并有其他裝具接口,。
航天員穿戴艙外航天服
除此之外,，艙外航天服提供獨(dú)立的背包式生命保障系統(tǒng)、氣液電保障系統(tǒng),、測(cè)控和通信裝置,，可以說(shuō)是一個(gè)最微型的宇宙飛船。
我國(guó)“飛天”艙外航天服，重100多千克,，采用全數(shù)字電控系統(tǒng),，可支持航天員長(zhǎng)時(shí)間艙外活動(dòng)和多次重復(fù)使用，具有很高的整體效能,，更加可靠舒適,，為航天員太空行走提供最可靠的保障。
太空行走前,，航天員要做哪些準(zhǔn)備工作,？
太空行走之前，出艙準(zhǔn)備工作程序也非常復(fù)雜,，航天員需要操作上百個(gè)設(shè)備,，對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)、操作技能都提出很高要求,。航天員要清楚任何一個(gè)設(shè)備的形狀,、位置、操作方法,、操作要領(lǐng)和關(guān)聯(lián)動(dòng)作,，出艙前要準(zhǔn)備很多天，出艙當(dāng)天要提前準(zhǔn)備數(shù)個(gè)小時(shí),。
出艙活動(dòng)時(shí),，兩位航天員首先穿著艙外服，進(jìn)行艙外服的系統(tǒng)檢查和艙外服艙載對(duì)接系統(tǒng)檢查,，“鉆”進(jìn)服裝,，對(duì)服裝進(jìn)行尺寸調(diào)整、氣密性檢查和全性能測(cè)試,，確保一切正常,。“穿衣”的過(guò)程中,，兩名航天員互相配合,，一人操作，另一人讀操作手冊(cè)確認(rèn),，確保所有步驟萬(wàn)無(wú)一失,。
出艙前準(zhǔn)備
第二步是開(kāi)展在軌訓(xùn)練。穿上艙外服后,，航天員要進(jìn)行移動(dòng)和各種模擬操作,，以體驗(yàn)失重狀態(tài)下移動(dòng)和操作的特點(diǎn)。雖然在地面上有中性浮力水槽提供失重訓(xùn)練,，但與真正的太空環(huán)境還有較大差距,。同時(shí),，航天員要找好開(kāi)艙門(mén)的位置和手腳的著力點(diǎn)。在軌訓(xùn)練過(guò)程中,，航天員要把整個(gè)在軌準(zhǔn)備和艙外活動(dòng)預(yù)演一遍,，以進(jìn)一步熟悉出艙程序，但運(yùn)動(dòng)量不能太大,，以防患上空間運(yùn)動(dòng)病,。這些工作結(jié)束后，航天員將進(jìn)行一段時(shí)間的休息,。
最后是過(guò)閘程序和開(kāi)門(mén),。航天員通過(guò)氣閘艙進(jìn)出空間站，它有兩個(gè)艙門(mén),，一個(gè)是與載人大艙連接的內(nèi)艙門(mén),，另一個(gè)是通向宇宙空間的外艙門(mén)。航天員進(jìn)入氣閘艙后,，關(guān)閉內(nèi)艙門(mén),，給艙外服加壓，同時(shí)進(jìn)行吸氧排氮,，避免減壓病,。氣閘艙慢慢泄壓，泄至３千帕?xí)r,，艙外服與飛船的氣液組合連接器斷開(kāi),，服裝轉(zhuǎn)入完全自主供氧和冷卻。
當(dāng)氣壓降至1千帕左右,，就可以打開(kāi)外艙門(mén),。開(kāi)門(mén)時(shí)先解鎖，等到艙內(nèi)外壓力平衡,，再把門(mén)完全打開(kāi),。出艙之前，航天員還要給艙門(mén)罩上一個(gè)保護(hù)罩,，避免進(jìn)出艙發(fā)生剮蹭,。這個(gè)過(guò)程中，航天員始終要用一只手固定身體,，只靠單手完成所有動(dòng)作,。
經(jīng)歷幾個(gè)小時(shí)的準(zhǔn)備，航天員成功開(kāi)啟外艙門(mén),，正式開(kāi)展艙外活動(dòng),。
為什么太空行走不是自由自在地遨游太空？
航天員出艙進(jìn)行太空行走,，會(huì)嚴(yán)格被物理規(guī)律所支配,，這是極端危險(xiǎn)的工作，稍不注意就會(huì)被空間站彈飛到太空中,，需要遵循一整套的行動(dòng)和技術(shù)規(guī)范,。
根據(jù)國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家計(jì)算和國(guó)際空間站的經(jīng)驗(yàn)，航天員出艙后將與空間站保持?jǐn)?shù)個(gè)不同的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡（和離艙點(diǎn)相關(guān)）,，航天員的運(yùn)動(dòng)軌道通常是呈橢圓形,。航天員離艙時(shí)所用力度、角度,，都將影響他在“太空飛行”時(shí)的軌道,，力度角度稍有偏差，就會(huì)掉入太空中,，所以航天員必須擁有豐富的物理知識(shí)以及經(jīng)過(guò)千百次的訓(xùn)練,，才能進(jìn)行太空行走。
艙外活動(dòng)時(shí),，航天員要扎牢安全繩索,。由于處于失重狀態(tài)，無(wú)法用腳行走,，航天員移動(dòng)身體就要靠手,、機(jī)械臂或載人機(jī)動(dòng)裝置。為了方便航天員移動(dòng),，空間站艙外專(zhuān)門(mén)安裝扶手,，航天員可以像攀巖一樣移動(dòng)身體，這要求臂力和體力都很好,。
通常,，兩位航天員出艙時(shí)，一位通過(guò)傳統(tǒng)方式,，依靠空間站艙外扶手運(yùn)動(dòng),，另外一位通過(guò)機(jī)械臂輔助運(yùn)動(dòng)。與此同時(shí),，地面測(cè)控中心各分系統(tǒng)密切配合,，通過(guò)天鏈系列衛(wèi)星，建立通信連接,，為地面實(shí)時(shí)觀測(cè)航天員出艙狀態(tài),、航天員與地面之間對(duì)話(huà)溝通提供了高速話(huà)音圖像中繼服務(wù)。
為了確保航天員太空行走安全,，出艙活動(dòng)也要選擇最佳時(shí)間,，這就是出艙窗口。時(shí)間選擇要考慮人的安全和設(shè)備安全,，盡可能安排在陽(yáng)照區(qū),?？臻g站在近地軌道運(yùn)行時(shí)，多次穿越南大西洋異常區(qū),，這一區(qū)域的異常輻射對(duì)電子設(shè)備,、儀器有影響，對(duì)人體也有較大危害,，因此出艙活動(dòng)安排必須避開(kāi)該區(qū)域,。
為了在太空“走兩步”，航天員做了哪些訓(xùn)練,？
為圓滿(mǎn)完成出艙任務(wù),，航天員還要進(jìn)行出艙活動(dòng)和出艙維修相關(guān)訓(xùn)練。其中既有基礎(chǔ)理論訓(xùn)練,、體質(zhì)訓(xùn)練,、心理訓(xùn)練、專(zhuān)業(yè)技術(shù)訓(xùn)練等常規(guī)訓(xùn)練項(xiàng)目,，也有出艙程序訓(xùn)練,、失重訓(xùn)練、低壓艙訓(xùn)練及出艙任務(wù)訓(xùn)練等挑戰(zhàn)生理極限的高難度訓(xùn)練項(xiàng)目,。
出艙程序訓(xùn)練是航天員出艙活動(dòng)訓(xùn)練中最重要也是最全面的訓(xùn)練項(xiàng)目,，是在航天員掌握理論知識(shí)和專(zhuān)業(yè)技術(shù)的基礎(chǔ)上開(kāi)展的，在專(zhuān)用設(shè)備——具備氣閘艙的出艙程序模擬器中進(jìn)行,。航天員穿著訓(xùn)練用艙外航天服,，模擬訓(xùn)練出艙過(guò)程及操作特點(diǎn)。
出艙程序訓(xùn)練項(xiàng)目很多,，基本涵蓋從出艙活動(dòng)準(zhǔn)備到出艙活動(dòng)結(jié)束返回,、整理完畢艙外服的全部工作程序，包括開(kāi)關(guān)內(nèi)外艙門(mén),、檢查艙外服和氣閘艙,、大流量氧沖洗艙外服、吸氧排氮,、進(jìn)入航天服,、氣閘艙泄壓和復(fù)壓等訓(xùn)練項(xiàng)目。
航天員出艙活動(dòng)主要進(jìn)行維修,、排除故障,、組裝空間站、航天器的布放和回收等任務(wù),，對(duì)失重狀態(tài)下航天員的工作能力和操作的精確性要求很高,。
這方面訓(xùn)練大部分是在模擬失重水槽里進(jìn)行。模擬失重水槽由槽體、水處理系統(tǒng),、人體生理參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),、高壓氣源系統(tǒng)以及救生與醫(yī)療救護(hù)設(shè)備等組成，水質(zhì)要達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn),，水深10~15米,，有一個(gè)與實(shí)物大小相同的空間站氣閘艙。
訓(xùn)練時(shí),，航天員穿著訓(xùn)練用艙外服進(jìn)入水中，通過(guò)調(diào)整艙外服上的配重器和配浮器,，使航天員在水中受到的浮力和重力相等,，可以懸浮在水中。這時(shí),，航天員處于失重狀態(tài),，與太空失重的感覺(jué)非常相似，再通過(guò)大量反復(fù)訓(xùn)練,，熟練掌握失重狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,，以及太空作業(yè)的方法技巧。
航天員進(jìn)行水下訓(xùn)練
不過(guò)這種方式還不能完全還原失重環(huán)境,，一方面人體的生理反應(yīng)還是處于重力環(huán)境中,，另一方面水下運(yùn)動(dòng)時(shí)受到水的阻力與失重狀態(tài)差別較大，所以航天員進(jìn)入太空后還要開(kāi)展適應(yīng)性訓(xùn)練,。
真空,、低壓環(huán)境訓(xùn)練在專(zhuān)用試驗(yàn)設(shè)備低壓艙里進(jìn)行。低壓艙可以模擬除失重以外的大部分太空環(huán)境,，包括真空,、低壓，冷熱及輻射環(huán)境,，航天員能夠以接近實(shí)戰(zhàn)的狀態(tài)進(jìn)行訓(xùn)練,，真實(shí)體驗(yàn)吸氧排氮、用氧氣沖洗艙外服,、氣閘艙泄壓復(fù)壓等過(guò)程,，并在較真實(shí)的環(huán)境中穿艙外服開(kāi)展操作訓(xùn)練和故障處置訓(xùn)練，如航天服電源故障,、通風(fēng)故障,、溫控故障、航天服泄漏和艙外服通風(fēng),、調(diào)溫,、儀表監(jiān)視等。
