太空出艙幕後故事
中青報·中青網記者 邱晨輝 來源：中國青年報 （ 2021年07月13日 12 版）
7月4日，在中國空間站天和核心艙內外，神舟十二號航天員聶海勝、劉伯明和湯洪波攜手打贏了一場約7個小時的太空出艙配合戰。
這是繼2008年神舟七號載人飛行任務後，中國航天員再次實施的空間出艙活動，也是我國空間站階段航天員首次出艙活動。
太空出艙在“天宮”上演期間，中國航天員中心的航天員教員趙陽即時盯着屏幕上的出艙畫面，為地面作後續任務的航天員同步解讀出艙程序。為了這次出艙活動，他曾和航天員一起在水下訓練4個月，忙起來一天只睡4小時。
出艙任務成功的消息讓他長舒一口氣。他想起來航天員常説的那句話：“縱然腳下沒有土地，但我依然能夠堅定地邁出每一步；縱然飛行沒有翅膀，但我依然能夠勇敢地張開雙手。”而在航天員出征宇宙的道路上，他們這些航天員教員始終在身邊。
天上做的每一個動作，都有地上的模擬訓練
2008年9月27日，神舟七號航天員翟志剛完成出艙太空行走，成功返回軌道艙，標誌着我國曆史上第一次太空行走成功完成，更標誌着中國成為繼美蘇之後，第三個獨立掌握空間出艙技術的國家。
而從今年開始，我國將有更多的航天員漫步太空。7月4日，劉伯明和湯洪波的出艙活動，就是一個開始。
與神舟七號突破出艙技術相比，此次空間站任務，航天員出艙時間將由半小時提升到6小時以上：空間站艙外建造、艙外設備安裝、維護、維修、更換和試驗樣品回收等等，都需要出艙活動。
2006年，趙陽就被任命為航天員出艙活動主教員，參與完成了神舟七號任務出艙活動訓練。從2017年開始，他承擔起航天員空間站出艙活動模擬訓練的任務。
他告訴記者，天上做的每一個動作，地上的模擬訓練就必須反覆練，直到形成身體的肌肉記憶。
在航天員出征前，趙陽經常和他們一起泡在水槽裏，每天要按照出艙活動6小時的標準，開展作業技能訓練。
趙陽介紹，為了全面模擬太空的種種特殊環境因素，光模擬訓練就分解為出艙活動模擬器、水槽、低壓艙等多個訓練現場。
這些現場中，航天員將處於懸吊、低壓和水下等特殊環境，不確定因素多，危險係數大。因此，航天員顧慮的，教員必須先想到；航天員做到的，教員必須先做到。
“要為中國航天探尋艙外活動訓練的道路，並形成模擬失重環境艙外活動及作業訓練標準，難度之大，可想而知。”趙陽説。因為，無論有多努力，地上是無法完全模擬天上的實際情況。這一點，他十分清楚。
出艙期間需要應急返回怎麼辦
航天員在出艙活動期間，需要應急返回怎麼辦？
在7月4日的出艙活動中，就有一場應急返回演練，主角是湯洪波。
在這項工作中，湯洪波要徒手爬到空間站天和核心艙最遠處。接到撤離指令後，他第一時間折回，以最快速度返回艙口，並直接進入節點艙。
中國航天科技集團五院空間站系統總體副主任設計師湯溢説，艙外活動非常考驗航天員的臂力，人在失重環境下很難控制自己，輕輕移動就出去了，可要想停下來就得花很大力氣。
事實上，這種應急返回場景，航天員在地面時就曾多次在水中演練，為的就是必要時刻為自己贏得一線生機。
趙陽説，訓練，就要將各種可能的情況都得訓練到。
“為了確保訓練設計能夠滿足要求，立足最極端的情況——航天員在空間站最遠端的工作點，而機械臂萬一出現故障，不能轉運航天員返回，航天員只能自主應急返回。”趙陽説。
回艙的路拐來拐去，並不順暢。
直線路徑約10多米的距離，航天員必須依靠安全繫繩，藉助艙壁上的固定扶手，繞開太陽翼支座等多個大障礙物，在多次調整身體姿態後才能安全、快速地返回。
在水深10米、直徑23米的巨大水槽中，空間站水下訓練模型如同一個龐然大物，靜靜卧在水底。
這就是模擬出艙訓練的主要現場。
要突破地面的條件限制，儘可能模擬外太空環境。趙陽嚴格設計訓練場景，分解到每個動作，幫助航天員迅速、安全地找到返回的路。
每次訓練，他與航天員一起，將應急返回的時間一分一秒地縮短。
前期，趙陽穿着水下服一口氣在水下練了5小時58分。雖是模擬太空出艙，但由於並非處於失重環境，水的阻力很大，舉手投足十分費勁，幾個小時下來，渾身痠痛。
事非親歷，不知其因。經過多次反覆訓練，趙陽總結出了訓練的重難點，找到了最佳操作角度。以機械臂狀態設置為例，他花了兩個半小時找到了最佳座標值，正式訓練時，按照座標值，兩分鐘就可以設置好。
作為出艙活動訓練組組長，趙陽參與編寫的《航天員出艙活動訓練實施方案》，包括水下訓練方案細則、指揮程序等6個文件共80多頁。訓練涉及的數百類上千個產品，大到艙外服的訓練次數，小到一個電極的型號數量，他都瞭然於胸。
航天員選拔與訓練研究室副主任範繼榮説：“別看他訓練時主要在水下，其實他才是整場水下訓練的幕後導演。”
航天員説：“有他在，我們安心。”
47道工序打造太空面窗
“每一起事故的背後，都有9次輕微事故和300起未遂先兆，以及100起事故隱患。”“成功是差一點點失敗，失敗是差一點點成功。”“質量第一，生命至上。”
這些標語在中國航天員中心的訓練大廳、試驗廠房、實驗室到處可見。載人航天，人命關天，而出艙活動中，最關乎安全的，非艙外服莫屬。
有人説，這120公斤重的艙外服，就是航天員執行出艙活動的鎧甲。它像一個人形飛船，充上一定的壓力後，保護航天員的生命安全，抵禦外太空的高低温、真空、強輻射等環境因素。
艙外服上的頭盔面窗，則是航天員進行出艙活動時觀察外界的窗口。
在7月4日的出艙任務中，劉伯明通過面窗看到太空景象，感嘆道：“哇，這外面太漂亮了！”
“沒有看到滿天繁星嗎？”之後，聶海勝又忍不住問。
趙陽告訴記者，頭盔面窗有多層，最裏層名為雙層壓力面窗，它是整個頭盔的承壓密封結構，呈曲面型，直接關係到航天員的生命安全。要做到絕對安全可靠，且不説它的承壓材料要經過多少輪的選擇、測試，光密封加縫合就耗時兩個月，一共完成47道工序，涉及的工藝規程文件摞起來約10釐米厚。
這些工序包括除塵、粘膠、縫合、密封等，聽起來簡單，但流程相當複雜、嚴格、細緻。就拿面窗除塵來説，要先吹洗，再不間斷擦拭兩小時左右，直到肉眼看不到一絲灰塵。
中國航天員中心研裝部副部長鄧小偉介紹，粘膠要分多輪逐步進行，每次粘膠完，都要將其放到恆温恆濕箱裏進行膠固化，再進行氣密性測試以及低温露點測試，可視區還要進行充分的氮氣置換，防止夾層中殘留的水汽在低温情況下起霧影響視線。
這一套嚴密的工序，是鄧小偉帶着車間工人花了近一年的時間研製摸索，做了10多套樣品後確定的工藝標準。空間站任務中新型艙外服、新型面窗，一切都在摸索中前進。
一次，在對可視區夾層進行氮氣吹除時，有兩粒膠的碎末，進入密封的面窗夾層。
這兩個碎末也就沙粒大小，吸附在面窗夾層下沿，理論上對視覺沒什麼大的影響，卻成了技師的“眼中釘”“心頭刺”。他們嘗試了各種辦法，最終只能將碎末掃除到邊緣區域，就是無法吸出。
鄧小偉説，為了做出完美的面窗，他們從生產流程入手，改變生產工序，採用先預埋空心針再進行內外層面窗粘合的方法，徹底解決了密封膠穿刺產生多餘物的這個問題。
一個面窗尚且如此精益求精，一套由100餘個單機產品組成的艙外服，其複雜程度可見一斑。
奮戰6年研發太空跑步機
保障航天員在軌生命安全的艙外航天服和環控生保產品固然重要，保障航天員在軌健康的醫監醫保設備同樣重要。比如，在空間站任務中首次亮相的太空跑台。
很多人還記得在神舟十一號飛行任務中，景海鵬和陳冬太空跑步的情形。當時，他們做的就是跑台束縛系統技術驗證。景海鵬和陳冬穿上束縛裝置，在簡易跑步裝置上試驗了多次以後，終於輕鬆自如地跑起來。
研究表明，航天員在太空失重環境中容易產生心肺功能減弱、血量減少、下肢肌肉萎縮、骨流失等問題，長期下去會影響航天員的健康和在軌工作能力。太空跑台就是針對這些不利影響而採取的一項防護手段。在神舟十二號任務中，航天員每天運動時間一般不少於兩小時。
跑台設計人員餘新明告訴記者，太空跑台與人們所見的跑步機外觀類似，不同的是，由於太空的微重力環境，跑台要有隔振設計、束縛帶和力負荷加載裝置等。
對於中國航天員中心健康保障工程室的跑台設計團隊，橫亙在他們面前的“攔路虎”就是隔振設計。
餘新明説，由於跑步時，人體足底需要承受3到6倍自身體重的衝擊力，會對空間站產生嚴重的影響。他們研究後發現，採用隔振設計，將衝擊力降到30公斤以內，既保持跑台自身的相對穩定性，又不影響空間站上其他設備的運行。
沒有任何經驗借鑑，太空跑台設備研製整整用了6年，這其中隔振設計從理論研製到工程實現就跨時4年。
如何模擬太空失重環境得到精確的設備參數值？研製團隊想方設法將跑台懸吊起來，人躺在坐墊上，將腿部懸空束縛在跑台上，躺着跑步，然後在跑台各個方向測衝擊力。他們選取了不同性別、年齡、身高、速度的情況全面科學採集數據。反覆測試，反覆調整設備參數。
“當時試驗就在一個空蕩蕩的車間裏進行，正值冬天，車間沒有暖氣，門還敞開着，大家在現場被凍得瑟瑟發抖。”餘新明説。就這樣持續了一個月，終於獲得了正確的設備參數。
此時，他們又碰到下一個“攔路虎”：跑台使用時產生輕微噪聲，不符合空間站噪聲標準。
項目副總師劉偉波帶領團隊人員前往廠家。他們用噪聲計測，趴在跑台各處用耳朵仔細分辨，最後定位到數十個具體噪聲源部件，經過一遍遍調整，一次次拆裝，一場場測試後，噪音下降到一定數值後，就不再下降了，但離標準還差一點點。
眼看着山窮水盡了，廠家人員説：“跑台使用時才產生噪音，又不是全天候都有，而且就差一點，大不了戴個防噪音耳罩，影響不大。”
劉偉波堅決表示反對：“不行！”
他的理由很簡單，一切上天的設備，都要考慮航天員的身心健康，必須給他們創造舒適的環境，要盡力減少噪聲源。
最終，他們採用愚公移山的笨方法，把1000來個零配件逐一進行審查、完善裝配工藝。在所有的零配件工藝都優化了一遍後，噪音數值終於達標。
6月28日，空間站核心艙的攝像機拍到這樣的畫面：聶海勝在跑台上邁着“太空步”，湯洪波則取過相機，為他拍下跑步的音像資料。
航天員時刻保持良好的身心狀態，這是為了7月4日的首次出艙任務，也是為了下一次的太空出艙作準備。
2021年07月13日 12 版