近日，神舟十四號乘組完成首次出艙活動(dòng)。從2008年神舟七號航天員翟志剛第一次實(shí)現太空出艙活動(dòng)，到2021年神舟十二號乘組實(shí)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(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(chǎng)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，翟志剛取回了飛船艙外搭載的固體潤滑材料以及太陽(yáng)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實(shí)的基礎。

　　時(shí)隔13年后，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(gè)小時(shí)的出艙活動(dòng)中，艙內艙外航天員協(xié)同配合，完成了艙外活動(dòng)相關(guān)設備組裝、全景相機抬升等任務(wù)；2021年11月8日，經(jīng)過(guò)約6.5小時(shí)的出艙活動(dòng)，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(shí)的出艙活動(dòng)中共同完成了問(wèn)天實(shí)驗艙擴展泵組安裝、問(wèn)天實(shí)驗艙全景相機抬升、艙外自主應急返回驗證等任務(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備安裝、維護、維修、更換和試驗樣品回收等，都需要出艙活動(dòng)。出艙人數更多、出艙時(shí)間更長(cháng)、出艙任務(wù)更重……與神舟七號相比，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，連續的出艙活動(dòng)，展現了中國航天事業(yè)的奮進(jìn)步伐。

　　從節點(diǎn)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(shí)，均通過(guò)天和核心艙前方的節點(diǎn)艙出艙。此次神舟十四號乘組出艙，則首次通過(guò)問(wèn)天實(shí)驗艙氣閘艙“出門(mén)”。與節點(diǎn)艙相比，氣閘艙的艙門(mén)口徑從85厘米增加到了1米。航天員在身著(zhù)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(jiǎn)單的尺寸增大，其實(shí)是一項“剛”與“柔”的平衡。此次出艙的艙門(mén)作為航天器機構中的復雜產(chǎn)品，涵蓋密封、傳動(dòng)、鎖緊、導向、潤滑、人機工效等學(xué)科。艙門(mén)設計團隊將這些復雜的功能落實(shí)到產(chǎn)品的操作細節中。例如，為了保障問(wèn)天實(shí)驗艙“大門(mén)”的安全使用，艙門(mén)配套了量身定制的艙門(mén)保護罩，并將艙門(mén)檢漏儀作為密封的檢測手段，將艙門(mén)壓點(diǎn)開(kāi)關(guān)作為狀態(tài)輔助判斷。

　　問(wèn)天實(shí)驗艙氣閘艙的研制，離不開(kāi)神舟七號的開(kāi)拓先行——為了突破出艙技術(shù)，科研人員重新為神舟七號飛船軌道艙增加了氣閘艙功能，并在太空成功應用，為空間站氣閘艙研制奠定了基礎。如今，航天員出艙前，只需使用艙門(mén)門(mén)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(dòng)艙門(mén)把手即可完成打開(kāi)艙門(mén)的動(dòng)作。

　　未來(lái)，問(wèn)天實(shí)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(guò)程中出現問(wèn)題，航天員仍可通過(guò)作為備份的節點(diǎn)艙回到艙內，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。神舟七號任務(wù)時(shí)，科研人員在短期內研制出中國第一件艙外航天服。13年后的神舟十二號出艙任務(wù)時(shí)，新一代艙外航天服已有了很多改進(jìn)，改變了結構設計、提高了服裝使用壽命及人服能力，具有使用時(shí)間更長(cháng)、安全可靠性更高、機動(dòng)靈活性更好、測試維修性更強等特點(diǎn)。通過(guò)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(guò)程中，安全繩是連接出艙航天員與空間站的“生命線(xiàn)”——空間站的可伸縮安全系繩機構，為航天員順利出艙活動(dòng)助“一繩之力”。

　　神舟七號任務(wù)時(shí)，翟志剛所使用的安全系繩為固定長(cháng)度，其有效長(cháng)度僅有1米多，活動(dòng)范圍有限。而在空間站建設任務(wù)中，航天員要完成空間站設備安裝、檢修等出艙任務(wù)，出艙范圍更大、操作難度更高、安全要求更嚴格，需研發(fā)一種長(cháng)度更長(cháng)且可伸縮的安全系繩機構——既要保證航天員與空間站艙體間超過(guò)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。

　　為此，中國航天科技集團五院529廠(chǎng)研制團隊憑借豐富的空間機構產(chǎn)品設計能力，針對長(cháng)距離以及空間環(huán)境適應性的設計需求，創(chuàng )新設計方案，實(shí)現了鋼絲繩的恒力收放，無(wú)需電機提供回轉力矩，避免了電纜的引入，保證了航天員攜帶的便捷性和機動(dòng)性。

　　同時(shí)，為減小纏繞過(guò)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，設計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，確保機構的使用安全。為滿(mǎn)足長(cháng)壽命使用的要求，還采用了輔助排繩滑輪組引導鋼絲繩排繩的設計方案，并通過(guò)大量試驗驗證，確保10余米長(cháng)鋼絲繩在機構的狹小空間里上萬(wàn)次、重復性的有序纏繞。

　　從大臂到組合臂

　　機械臂分工合作更給力

　　與神舟七號任務(wù)相比，空間站階段出艙活動(dòng)的一大特點(diǎn)是航天員與艙外機械臂的配合。空間站機械臂承擔將航天員及相關(guān)設備工具運送至作業(yè)點(diǎn)，并支持航天員完成后續操作任務(wù)的職責。

　　在神舟十二號和神舟十三號任務(wù)的4次出艙活動(dòng)中，航天員通過(guò)與核心艙的大機械臂配合，完成了一系列艙外任務(wù)。而在神舟十四號首次出艙任務(wù)中，問(wèn)天實(shí)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(yè)點(diǎn)。

　　機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，機械臂融合了機、電、熱、控制、光學(xué)等多項技術(shù)。小機械臂的主要功能和大機械臂類(lèi)似，它能真實(shí)模擬人手臂的靈活轉動(dòng)，通過(guò)旋轉結構在任何角度和部位抓取物體，也能夠在問(wèn)天實(shí)驗艙表面進(jìn)行爬行。

　　與大機械臂相比，小機械臂有不少新特點(diǎn)。形態(tài)上更加精巧，重量和長(cháng)度均約為大臂的一半，負載能力約為大臂的1/8，運動(dòng)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(tài)精度優(yōu)于大臂，能夠完成精度要求更高的精細操作。大小兩個(gè)機械臂分工各有側重，又相互配合，可滿(mǎn)足空間站任務(wù)的需求。

　　按照規劃，在后續任務(wù)中，問(wèn)天實(shí)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(shí)，小臂可被大臂抓取形成組合機械臂，可達范圍將拓展至14.5米，活動(dòng)范圍覆蓋空間站3個(gè)艙段。如后續需要在艙外安裝設備，可以通過(guò)貨運飛船上行至夢(mèng)天實(shí)驗艙的貨物氣閘艙，通過(guò)組合臂的抓取和轉移，完成在艙外載荷平臺上的安裝。此外，大小機械臂還可協(xié)同開(kāi)展艙外操作任務(wù)，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。（劉 峣）