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航天員太空漫步有“神器”

2024-08-13 00:00:00李忠東
科學大眾·小諾貝爾 2024年8期

2024 年4 月30 日,神舟十七號載人飛船飛行任務取得圓滿成功,返回艙在東風著陸場成功著陸。在此次飛行任務中,航天員湯洪波、唐勝杰、江新林圓滿完成兩次出艙活動。

艙外航天服保駕護航

航天員離開空間站進入太空,要面臨200℃以上的溫差、強烈的空間輻射等一系列考驗。因此,艙外航天服成為艙外作業(yè)必須穿戴的防護裝備。它相當于一個微型載人航天器,能夠將航天員的身體與太空的惡劣環(huán)境隔離開來,既能滿足航天員生命保障需求,又能幫航天員實現艙外移動。

中國空間站現有3 套“飛天”第二代艙外航天服,飾帶分別為紅色、藍色、黃色。多層設計,實現了真空防護、高低溫防護和輻射防護,具有每次8 小時艙外工作的能力,重復使用次數也提高到了15 次。而第一代艙外航天服最多只能支持航天員重復5 次艙外活動,每次4 小時。

艙外航天服遵照“一套服裝、多人穿用”的原則進行設計,采用輪換使用的方式支持航天員開展出艙活動。通過調節(jié)型號和尺寸,艙外航天服可以適應不同航天員的身高和體重。經過不斷優(yōu)化,第二代艙外航天服目前在軌操作的精細度和靈活性等都有所提高。以手套為例,航天員戴著它去拿東西,最小抓握直徑僅5 毫米。

每套艙外航天服重 130 千克,雖然不輕,但是穿脫非常方便,只要從服裝背后的“大背包”門進去,關好并鎖緊就可以了?!按蟊嘲笨梢灾苯咏o艙外航天服通風、供氧、去除二氧化碳及有害氣體,還能夠控制艙外航天服的溫度、濕度等,創(chuàng)造舒適的艙外航天服內部環(huán)境。

艙外航天服最上面為頭盔,是一個4 層結構的面窗:中間兩層是壓力面窗,其間充氮,起到隔熱和防結霧的作用;外層為可更換防護面窗,在軌可更換;最外層為濾光面窗,鍍的是一層純黃金膜,可以保證陽照區(qū)的光線強度不會對航天員的眼睛造成危害。

機械臂成專有“坐騎”

航天員在艙外處于失重狀態(tài),再加上艙外航天服的加壓,活動起來十分不便。這時,被譽為航天員太空行走專有“坐騎”的空間機械臂就大顯神通了。它長10 米,直徑0.35 米,重0.8噸,具有7 個自由度,能夠實現類似人類手臂的靈活運動。它還具備自主控制、自主規(guī)劃和自主學習等強大能力,能夠根據不同任務需求,自動或協(xié)同地完成各種復雜操作。

機械臂具備爬行能力,能夠在艙外表面移動,支持航天員的出艙活動。在空間站各艙段表面,有很多凹進去的小圓圈,這是目標適配器,也是機械臂落“腳”的地方。行走時,一只機械臂踩在目標適配器上,另一只向前移動,踩上另一個目標適配器后,前一只再移動。有了機械臂的輔助, 航天員免去了攀爬環(huán)節(jié),節(jié)省了不少體力,可以更輕松地進行科學實驗等。通過末端執(zhí)行器的多功能夾具與航天員的出艙服相連,機械臂能夠提供對航天員的輔助和保護,實現對飛行器的捕獲和釋放,這使得它可以方便地與其他飛行器對接,完成艙段轉位和貨物運輸等任務。機械臂還能夠完成對空間站上大型設備的維護、更換和拆卸任務,從而使得空間站的維護更加靈活、高效。通過末端執(zhí)行器的攝像頭和傳感器對空間站外部情況進行監(jiān)視和檢查,它能夠及時發(fā)現并報告異常情況,提高了空間站的安全性和穩(wěn)定性。

太空“眼睛”眼觀六路

空間站組合體在距地面400 千米處的茫茫太空中飛行,航天員出艙從準備到打開艙門,再到漫步太空,每一步都離不開同伴的緊密配合。

例如,留在艙內的航天員要緊盯艙內屏幕,密切關注艙外航天員的一舉一動,同時精準、從容地進行機械臂的操作,確保將他們運送到正確的位置。再如,在航天員出艙活動時,身處飛控大廳的地面科研人員必須及時發(fā)現和迅速處理事故隱患,通過與航天員通話和電視圖像,時刻了解他們的操作過程,并提供必要的引導,實現天地間通力協(xié)同。由于面臨200℃以上的溫差、真空失重和強輻射環(huán)境等挑戰(zhàn), 24 小時不間斷監(jiān)視將在必要時刻為航天員贏得一線生機。因此,太空“眼睛”尤為重要。

在航天員出艙活動中,除了艙外航天服自帶的攝像機,空間站上也配備了多種相機,確保他們無論何時、身處何處都能被“看”到。僅在出艙過程中,就有3 種攝像機充當地面科研人員的太空“眼睛”——節(jié)點艙高清攝像機、艙外定向相機和安裝在小柱段的全景攝像機。其中,節(jié)點艙高清攝像機記錄了航天員從艙內到艙外的行走過程,通過全景攝像機可以看到航天員剛出艙時的狀態(tài)。全景攝像機擁有4 只“眼”,它的水平方向有4 個鏡頭,可以水平360°、垂直100°全景成像,并且能實時拼接輸出高清壓縮視頻畫面。天和核心艙共配有4 臺全景攝像機,布局在柱段和小柱段的不同位置。它們配合默契,能夠同時拍攝4 個方向的畫面并拼接為“全景”,多角度監(jiān)視太陽翼帆板的展開和航天員的艙外活動。

(責任編輯:陸艷)

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