出艙“名場面”背後的航天力量

近日，神舟十四號乘組完成首次出艙活動。從2008年神舟七號航天員翟志剛第一次實現太空出艙活動，到2021年神舟十二號乘組實現空間站階段的首次出艙，再到神舟十三號、神舟十四號乘組連續進行太空行走……迄今為止，中國已成功實施6次航天員出艙活動。每次出艙都有新看點和新驚喜，為中國航天留下了諸多“名場面”。

中國航天員出艙活動經歷了怎樣的發展與變化？新技術的應用如何讓太空行走更安全、更舒適？

從19分鐘到6小時

時間更久任務更重

2008年9月27日，神舟七號航天員翟志剛在劉伯明、景海鵬的密切配合下，完成了中國人的首次太空行走。耗時19分35秒的出艙活動中，翟志剛取回了飛船艙外搭載的固體潤滑材料以及太陽能電池基板試樣。

首次成功實施空間出艙活動，讓中國成為世界上第三個獨立掌握空間出艙關鍵技術的國家。這一關鍵技術的突破，也為空間站建造奠定了堅實的基礎。

時隔13年後，2021年7月4日，神舟十二號航天員劉伯明、湯洪波成功出艙。約7個小時的出艙活動中，艙內艙外航天員協同配合，完成了艙外活動相關設備組裝、全景相機抬升等任務；2021年11月8日，經過約6.5小時的出艙活動，神舟十三號航天員安全返回天和核心艙，翟志剛再次上演“太空漫步”，王亞平邁出了中國女性艙外太空行走的第一步；日前，神舟十四號航天員陳冬、劉洋在約6小時的出艙活動中共同完成了問天實驗艙擴展泵組安裝、問天實驗艙全景相機抬升、艙外自主應急返回驗證等任務……

航天員出艙活動是中國空間站任務的重中之重，空間站艙外建造以及艙外設備安裝、維護、維修、更換和試驗樣品回收等，都需要出艙活動。出艙人數更多、出艙時間更長、出艙任務更重……與神舟七號相比，空間站階段的航天員出艙時間由半小時提升到6小時以上，艙外作業任務量加大、難度提升，連續的出艙活動，展現了中國航天事業的奮進步伐。

從節點艙到氣閘艙

出艙行走更從容

神舟十二號、神舟十三號乘組出艙時，均通過天和核心艙前方的節點艙出艙。此次神舟十四號乘組出艙，則首次通過問天實驗艙氣閘艙“出門”。與節點艙相比，氣閘艙的艙門口徑從85釐米增加到了1米。航天員在身着艙外航天服的情況下，能夠更從容地攜帶設備出艙工作。

看似簡單的尺寸增大，其實是一項“剛”與“柔”的平衡。此次出艙的艙門作為航天器機構中的複雜產品，涵蓋密封、傳動、鎖緊、導向、潤滑、人機工效等學科。艙門設計團隊將這些複雜的功能落實到產品的操作細節中。例如，為了保障問天實驗艙“大門”的安全使用，艙門配套了量身定製的艙門保護罩，並將艙門檢漏儀作為密封的檢測手段，將艙門壓點開關作為狀態輔助判斷。

問天實驗艙氣閘艙的研製，離不開神舟七號的開拓先行——為了突破出艙技術，科研人員重新為神舟七號飛船軌道艙增加了氣閘艙功能，並在太空成功應用，為空間站氣閘艙研製奠定了基礎。如今，航天員出艙前，只需使用艙門門體上配套的操作手柄旋轉解鎖，使用助力機構消除殘壓，拉動艙門把手即可完成打開艙門的動作。

未來，問天實驗艙氣閘艙將成為航天員出艙的主要“通道”。而一旦氣閘艙在出艙過程中出現問題，航天員仍可通過作為備份的節點艙回到艙內，保證出艙活動安全可靠。

保障生命安全和支持艙外活動的艙外航天服，也在歷次出艙活動中不斷升級。神舟七號任務時，科研人員在短期內研製出中國第一件艙外航天服。13年後的神舟十二號出艙任務時，新一代艙外航天服已有了很多改進，改變了結構設計、提高了服裝使用壽命及人服能力，具有使用時間更長、安全可靠性更高、機動靈活性更好、測試維修性更強等特點。通過空間站階段的太空行走，充分驗證了新一代艙外航天服的性能。

從1米到10米

“一繩之力”讓航天員走得更遠

在太空行走過程中，安全繩是連接出艙航天員與空間站的“生命線”——空間站的可伸縮安全繫繩機構，為航天員順利出艙活動助“一繩之力”。

神舟七號任務時，翟志剛所使用的安全繫繩為固定長度，其有效長度僅有1米多，活動範圍有限。而在空間站建設任務中，航天員要完成空間站設備安裝、檢修等出艙任務，出艙範圍更大、操作難度更高、安全要求更嚴格，需研發一種長度更長且可伸縮的安全繫繩機構——既要保證航天員與空間站艙體間超過10米的安全連接，又不會對航天服產生勾掛或干涉航天員的運動，還要經受住太空中近200攝氏度的大温差、空間輻照、空間粒子等惡劣環境的考驗。

為此，中國航天科技集團五院529廠研製團隊憑藉豐富的空間機構產品設計能力，針對長距離以及空間環境適應性的設計需求，創新設計方案，實現了鋼絲繩的恆力收放，無需電機提供迴轉力矩，避免了電纜的引入，保證了航天員攜帶的便捷性和機動性。

同時，為減小纏繞過程中的阻力、避免空間輻照環境對鋼絲繩產生影響以及防止鋼絲繩對航天服產生勾掛，設計人員選用耐空間輻照的特殊包覆材料對鋼絲繩進行保護，確保機構的使用安全。為滿足長壽命使用的要求，還採用了輔助排繩滑輪組引導鋼絲繩排繩的設計方案，並通過大量試驗驗證，確保10餘米長鋼絲繩在機構的狹小空間裏上萬次、重複性的有序纏繞。

從大臂到組合臂

機械臂分工合作更給力

與神舟七號任務相比，空間站階段出艙活動的一大特點是航天員與艙外機械臂的配合。空間站機械臂承擔將航天員及相關設備工具運送至作業點，並支持航天員完成後續操作任務的職責。

在神舟十二號和神舟十三號任務的4次出艙活動中，航天員通過與核心艙的大機械臂配合，完成了一系列艙外任務。而在神舟十四號首次出艙任務中，問天實驗艙上搭載的小機械臂首次亮相，將航天員準確、穩定轉運至作業點。

機械臂是中國空間站的明星部件之一。作為中國航天事業發展的新領域，機械臂融合了機、電、熱、控制、光學等多項技術。小機械臂的主要功能和大機械臂類似，它能真實模擬人手臂的靈活轉動，通過旋轉結構在任何角度和部位抓取物體，也能夠在問天實驗艙表面進行爬行。

與大機械臂相比，小機械臂有不少新特點。形態上更加精巧，重量和長度均約為大臂的一半，負載能力約為大臂的1/8，運動和操控靈活；操作上更加精準，小臂的末端定位精度更高，位置精度、姿態精度優於大臂，能夠完成精度要求更高的精細操作。大小兩個機械臂分工各有側重，又相互配合，可滿足空間站任務的需求。

按照規劃，在後續任務中，問天實驗艙機械臂將在太空中與核心艙機械臂完成“大小臂在軌組合”的亮眼操作。屆時，小臂可被大臂抓取形成組合機械臂，可達範圍將拓展至14.5米，活動範圍覆蓋空間站3個艙段。如後續需要在艙外安裝設備，可以通過貨運飛船上行至夢天實驗艙的貨物氣閘艙，通過組合臂的抓取和轉移，完成在艙外載荷平台上的安裝。此外，大小機械臂還可協同開展艙外操作任務，完成互巡互檢的自身維護工作，有效提高機械臂系統的可靠性。