近日，神舟十四號(hào)乘組完成首次出艙活動(dòng)。從2008年神舟七號(hào)航天員翟志剛第一次實(shí)現(xiàn)太空出艙活動(dòng)，到2021年神舟十二號(hào)乘組實(shí)現(xiàn)空間站階段的首次出艙，再到神舟十三號(hào)、神舟十四號(hào)乘組連續(xù)進(jìn)行太空行走……迄今為止，中國已成功實(shí)施6次航天員出艙活動(dòng)。每次出艙都有新看點(diǎn)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(dòng)經(jīng)歷了怎樣的發(fā)展與變化？新技術(shù)的應(yīng)用如何讓太空行走更安全、更舒適？

　　從19分鐘到6小時(shí)

　　時(shí)間更久任務(wù)更重

　　2008年9月27日，神舟七號(hào)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(shí)19分35秒的出艙活動(dòng)中，翟志剛?cè)』亓孙w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(shí)施空間出艙活動(dòng)，讓中國成為世界上第三個(gè)獨(dú)立掌握空間出艙關(guān)鍵技術(shù)的國家。這一關(guān)鍵技術(shù)的突破，也為空間站建造奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　時(shí)隔13年后，2021年7月4日，神舟十二號(hào)航天員劉伯明、湯洪波成功出艙。約7個(gè)小時(shí)的出艙活動(dòng)中，艙內(nèi)艙外航天員協(xié)同配合，完成了艙外活動(dòng)相關(guān)設(shè)備組裝、全景相機(jī)抬升等任務(wù)；2021年11月8日，經(jīng)過約6.5小時(shí)的出艙活動(dòng)，神舟十三號(hào)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(hào)航天員陳冬、劉洋在約6小時(shí)的出艙活動(dòng)中共同完成了問天實(shí)驗(yàn)艙擴(kuò)展泵組安裝、問天實(shí)驗(yàn)艙全景相機(jī)抬升、艙外自主應(yīng)急返回驗(yàn)證等任務(wù)……

　　航天員出艙活動(dòng)是中國空間站任務(wù)的重中之重，空間站艙外建造以及艙外設(shè)備安裝、維護(hù)、維修、更換和試驗(yàn)樣品回收等，都需要出艙活動(dòng)。出艙人數(shù)更多、出艙時(shí)間更長、出艙任務(wù)更重……與神舟七號(hào)相比，空間站階段的航天員出艙時(shí)間由半小時(shí)提升到6小時(shí)以上，艙外作業(yè)任務(wù)量加大、難度提升，連續(xù)的出艙活動(dòng)，展現(xiàn)了中國航天事業(yè)的奮進(jìn)步伐。

　　從節(jié)點(diǎn)艙到氣閘艙

　　出艙行走更從容

　　神舟十二號(hào)、神舟十三號(hào)乘組出艙時(shí)，均通過天和核心艙前方的節(jié)點(diǎn)艙出艙。此次神舟十四號(hào)乘組出艙，則首次通過問天實(shí)驗(yàn)艙氣閘艙“出門”。與節(jié)點(diǎn)艙相比，氣閘艙的艙門口徑從85厘米增加到了1米。航天員在身著艙外航天服的情況下，能夠更從容地?cái)y帶設(shè)備出艙工作。

　　看似簡單的尺寸增大，其實(shí)是一項(xiàng)“剛”與“柔”的平衡。此次出艙的艙門作為航天器機(jī)構(gòu)中的復(fù)雜產(chǎn)品，涵蓋密封、傳動(dòng)、鎖緊、導(dǎo)向、潤滑、人機(jī)工效等學(xué)科。艙門設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)將這些復(fù)雜的功能落實(shí)到產(chǎn)品的操作細(xì)節(jié)中。例如，為了保障問天實(shí)驗(yàn)艙“大門”的安全使用，艙門配套了量身定制的艙門保護(hù)罩，并將艙門檢漏儀作為密封的檢測手段，將艙門壓點(diǎn)開關(guān)作為狀態(tài)輔助判斷。

　　問天實(shí)驗(yàn)艙氣閘艙的研制，離不開神舟七號(hào)的開拓先行——為了突破出艙技術(shù)，科研人員重新為神舟七號(hào)飛船軌道艙增加了氣閘艙功能，并在太空成功應(yīng)用，為空間站氣閘艙研制奠定了基礎(chǔ)。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(zhuǎn)解鎖，使用助力機(jī)構(gòu)消除殘壓，拉動(dòng)艙門把手即可完成打開艙門的動(dòng)作。

　　未來，問天實(shí)驗(yàn)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(xiàn)問題，航天員仍可通過作為備份的節(jié)點(diǎn)艙回到艙內(nèi)，保證出艙活動(dòng)安全可靠。

　　保障生命安全和支持艙外活動(dòng)的艙外航天服，也在歷次出艙活動(dòng)中不斷升級(jí)。神舟七號(hào)任務(wù)時(shí)，科研人員在短期內(nèi)研制出中國第一件艙外航天服。13年后的神舟十二號(hào)出艙任務(wù)時(shí)，新一代艙外航天服已有了很多改進(jìn)，改變了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、提高了服裝使用壽命及人服能力，具有使用時(shí)間更長、安全可靠性更高、機(jī)動(dòng)靈活性更好、測試維修性更強(qiáng)等特點(diǎn)。通過空間站階段的太空行走，充分驗(yàn)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(yuǎn)

　　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系繩機(jī)構(gòu)，為航天員順利出艙活動(dòng)助“一繩之力”。

　　神舟七號(hào)任務(wù)時(shí)，翟志剛所使用的安全系繩為固定長度，其有效長度僅有1米多，活動(dòng)范圍有限。而在空間站建設(shè)任務(wù)中，航天員要完成空間站設(shè)備安裝、檢修等出艙任務(wù)，出艙范圍更大、操作難度更高、安全要求更嚴(yán)格，需研發(fā)一種長度更長且可伸縮的安全系繩機(jī)構(gòu)——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(huì)對航天服產(chǎn)生勾掛或干涉航天員的運(yùn)動(dòng)，還要經(jīng)受住太空中近200攝氏度的大溫差、空間輻照、空間粒子等惡劣環(huán)境的考驗(yàn)。

　　為此，中國航天科技集團(tuán)五院529廠研制團(tuán)隊(duì)?wèi){借豐富的空間機(jī)構(gòu)產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力，針對長距離以及空間環(huán)境適應(yīng)性的設(shè)計(jì)需求，創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了鋼絲繩的恒力收放，無需電機(jī)提供回轉(zhuǎn)力矩，避免了電纜的引入，保證了航天員攜帶的便捷性和機(jī)動(dòng)性。

　　同時(shí)，為減小纏繞過程中的阻力、避免空間輻照環(huán)境對鋼絲繩產(chǎn)生影響以及防止鋼絲繩對航天服產(chǎn)生勾掛，設(shè)計(jì)人員選用耐空間輻照的特殊包覆材料對鋼絲繩進(jìn)行保護(hù)，確保機(jī)構(gòu)的使用安全。為滿足長壽命使用的要求，還采用了輔助排繩滑輪組引導(dǎo)鋼絲繩排繩的設(shè)計(jì)方案，并通過大量試驗(yàn)驗(yàn)證，確保10余米長鋼絲繩在機(jī)構(gòu)的狹小空間里上萬次、重復(fù)性的有序纏繞。

　　從大臂到組合臂

　　機(jī)械臂分工合作更給力

　　與神舟七號(hào)任務(wù)相比，空間站階段出艙活動(dòng)的一大特點(diǎn)是航天員與艙外機(jī)械臂的配合?？臻g站機(jī)械臂承擔(dān)將航天員及相關(guān)設(shè)備工具運(yùn)送至作業(yè)點(diǎn)，并支持航天員完成后續(xù)操作任務(wù)的職責(zé)。

　　在神舟十二號(hào)和神舟十三號(hào)任務(wù)的4次出艙活動(dòng)中，航天員通過與核心艙的大機(jī)械臂配合，完成了一系列艙外任務(wù)。而在神舟十四號(hào)首次出艙任務(wù)中，問天實(shí)驗(yàn)艙上搭載的小機(jī)械臂首次亮相，將航天員準(zhǔn)確、穩(wěn)定轉(zhuǎn)運(yùn)至作業(yè)點(diǎn)。

　　機(jī)械臂是中國空間站的明星部件之一。作為中國航天事業(yè)發(fā)展的新領(lǐng)域，機(jī)械臂融合了機(jī)、電、熱、控制、光學(xué)等多項(xiàng)技術(shù)。小機(jī)械臂的主要功能和大機(jī)械臂類似，它能真實(shí)模擬人手臂的靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，通過旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)在任何角度和部位抓取物體，也能夠在問天實(shí)驗(yàn)艙表面進(jìn)行爬行。

　　與大機(jī)械臂相比，小機(jī)械臂有不少新特點(diǎn)。形態(tài)上更加精巧，重量和長度均約為大臂的一半，負(fù)載能力約為大臂的1/8，運(yùn)動(dòng)和操控靈活；操作上更加精準(zhǔn)，小臂的末端定位精度更高，位置精度、姿態(tài)精度優(yōu)于大臂，能夠完成精度要求更高的精細(xì)操作。大小兩個(gè)機(jī)械臂分工各有側(cè)重，又相互配合，可滿足空間站任務(wù)的需求。

　　按照規(guī)劃，在后續(xù)任務(wù)中，問天實(shí)驗(yàn)艙機(jī)械臂將在太空中與核心艙機(jī)械臂完成“大小臂在軌組合”的亮眼操作。屆時(shí)，小臂可被大臂抓取形成組合機(jī)械臂，可達(dá)范圍將拓展至14.5米，活動(dòng)范圍覆蓋空間站3個(gè)艙段。如后續(xù)需要在艙外安裝設(shè)備，可以通過貨運(yùn)飛船上行至夢天實(shí)驗(yàn)艙的貨物氣閘艙，通過組合臂的抓取和轉(zhuǎn)移，完成在艙外載荷平臺(tái)上的安裝。此外，大小機(jī)械臂還可協(xié)同開展艙外操作任務(wù)，完成互巡互檢的自身維護(hù)工作，有效提高機(jī)械臂系統(tǒng)的可靠性。（劉 峣）