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危险的太空行走

时间:2022-11-26 16:50:03 来源:网友投稿

在航天技术飞速发展的今天,太空行走已不算什么新鲜事了,尤其是美国和俄罗斯航天员,为了建造和修理空间站,经常出舱漫步,进行各种试验和维修工作,一呆就是几个小时,如履平地。

其实,太空行走是风险很大的一项航天活动,因为太空环境非常恶劣:没有气压,没有氧气,阳光下温度高达120℃,背阴处温度低于零下100℃,还有大量的宇宙辐射。因此,在太空行走时必须使用复杂的出舱活动设备,它包括气闸舱、舱外航天服、微型生命保障系统和载人机动装置等,以便将航天员的身体与太空恶劣环境隔离开来,并向航天员提供一个能工作的环境。然而,出舱活动设备不仅复杂、昂贵,有时也出现故障,任何一个出现“生病”都可能威胁到航天员的生命安全。

无论是宇宙飞船、空间站的航天员,还是航天飞机的航天员,在太空行走时都发生过形形色色的故障,有的还很危险,差点使出舱的航天员有去无回。

就拿航天飞机的航天员出舱为例,他们曾发生过以下故障:

1982年11月,在航天飞机STS-5飞行中,一名航天员由于出舱活动航天服出现故障,太空行走被取消。

1984年4月,航天飞机STS-41C上的航天员遇到“尿污染问题”。这名航天员在太空行走时撤尿,当时他穿着的液冷服成了“海绵”,吸收了大部分的尿液,而且头盔面窗上出现了雾。飞行后的检查发现,并没有尿液通过空气循环系统进入头盔,雾气的出现是因为航天员觉得太冷,他降低了液冷服中冷却水的流速,同时又降低了通风速度,从而使水汽凝结在面窗内。这次太空行走的主要任务是维修卫星,但由于载人机动装置停靠位置不当,未能固定住需要维修的卫星,维修任务失败。

1985年4月,航天飞机STS-51D上的一名航天员,在太空行走中出现人为失误。他不小心走过航天飞机的机翼,差一点儿不能返回座舱。

1993年12月,航天飞机STS-61上的舱门出现关闭障碍,影响航天员的太空行走。

1996年11月,航天飞机STS-80上气闸舱的舱门也出现问题,由于舱门闩启动器被一颗松动的螺钉卡住,气闸舱门不能打开,航天员出不了舱。

2003~2004年,国际空间站第8和第9长期考察组在太空行走时,都曾因温控系统失灵或氧气瓶气压急剧下降等故障而紧急提前返回舱内。

所以,早期出舱时航天员均系有与航天器连接的安全带。此安全带类似孕妇生小孩时的“脐带”。它有两个作用:一是提供生命保障功能,航天员在舱外所需要的氧气、压力、冷却工质、电源和通讯等都是通过“脐带”由“母”载人航天器提供,二是起保险绳的作用,以免航天员飘走。苏联的列昂诺夫就是通过它成为世界太空行走第一人的,但这次行走来之不易,有许多鲜为人知的内幕。

惊险绝伦第一走

至今,最危险的一次太空行走是人类进行的第一次太空行走。因为当时对舱外活动所要遇到的各种情况还知之甚少,但正因如此,它也成为当时美苏争夺“航天第一”的重要目标之一,谁能成为太空行走第一人,谁就将在太空竞赛中增加筹码。结果苏联获胜,苏联航天员列昂诺夫在1965年3月18日乘“上升2号”飞船遨游太空时,冒险出舱活动了24分钟,成为太空行走第一人。此过程说来话长。

1965年3月18日莫斯科时间上午10时,“上升2号”飞船在火箭的轰鸣声中,载着两名航天员从拜科努尔发射场升空,其中别列亚耶夫为指令长,列昂诺夫是驾驶员。他们乘飞船进入了高497.7千米×173.5千米,倾角64.79°的预定轨道。入轨后,他们便为太空行走做准备。在别列亚耶夫的帮助下,列昂诺夫将一个生命保障系统背包套在他的压力服外边,开始吸纯氧,吸了1个多小时后便出舱了。在舱内,航天员呼吸的是氧氮混合气体。处在没有压力的太空时,人体血液中的氮可能会形成致命的气泡,使人患减压病。因此,列昂诺夫出舱前须清除他血中的氮。其生保背包用于调节航天员的温度。为保持与飞船的联络及安全,列昂诺夫身上系着一根与飞船相连的绳链,它长5.35米,内有一根电话线,很像孕妇的脐带。

当飞船绕地飞行第2圈时,列昂诺夫在确认座舱密封完好后打开了向内开的舱门,随着别列亚耶夫的一声“祝你走运”,列昂诺夫浮游进入密封气闸舱。

该气闸舱设计的十分简单而巧妙,它由一个通道和两个舱门组成,很像一个手风琴,内闸门与飞船的两个舱门中的一个相连,通向太空的外闸门是可移动环形盖。在发射时该舱保持压缩状态,入轨抛掉减阻装置后,气闸舱立即展开并充压。

列昂诺夫进入气闸舱后,便给自己的航天服充压,并检查气闸舱的密封性,调整头盔。此后,别列亚耶夫关上座舱盖,并给气闸舱减压。最后,列昂诺夫打开外闸门,于11点34分51秒进入茫茫太空,成为世界上第一个在太空漫步的人。事后他说,当我准备好出去时,轻轻地推了一下舱盖,于是就像一个软木塞一样“呼”的一下冲出舱口。

出舱后,列昂诺夫在太空不仅浮游,还翻筋斗,并从舱外卸掉1个相机,移动了几件舱外物体。事实证明,太空并不那么可怕,人只要穿上航天服和生保系统背包,就能在舱外工作和存活。

10分钟后,别列亚耶夫提醒列昂诺夫准备返回座舱,可此时出现了麻烦。起先,列昂诺夫报告说取回舱外相机有困难,每次把相机放进气闸舱时它都漂走。最后,列昂诺夫硬把相机推进通道,并用脚踩住,这才将它放入。这时列昂诺夫已筋疲力竭,出汗量超出了他的航天服所能吸收的量。接着,又遇到了新问题,他的脚先过到气闸舱里,可身子怎么也回不来,他卡在了舱门口。这是由于太空是真空的,无法从外部对航天服施压,使航天服比想象的要鼓得多,如气球一样。此外,因戴头盔不能擦汗,汗水流到了眼睛上,汗气也使面罩模糊。这时,列昂诺夫除了能听到自己的心在“咚咚”地急促跳动外,什么也看不清,听不见。突然他灵机一动,给航天服放气降压。一次不行两次,两次不行三次,直到将压力降到了极危险的低限,即从0.4降至0.25个大气压。他终于穿着瘪下来的航天服活着爬进了舱门。列昂诺夫在太空行走了10分钟,但为了挤进舱门他又拼力花了14分钟。返回舱内后,不能重复使用的气闸舱便被抛掉。

首次漫步机腹下

2005年8月3日,“发现号”航天飞机的任务专家罗宾逊完成了一次史无前例的太空行走:他站在国际空间站17.4米长的机械臂末端到达航天飞机的下腹部,对航天飞机成功进行了一次非常重要而十分危险的“外科手术”。此举不仅使航天飞机转危为安,还创造了一项新奇迹。因为,此前从未尝试过在飞行中对航天飞机的防热系统进行修复,而且航天员们也从没有到航天飞机的机腹下行走。另外,这一任务

是临时加上去的,事先没在地面进行过这种训练,此前进行的2次太空行走事前都在地面的水池里模拟练习了至少60次。基于这3个原因,人们格外担心,此举搞不好会碰坏航天飞机,带来非常严重的后果。

2005年7月31日,美国航天工程师们在分析航天员对“发现号”全身摄像和激光扫描后获得的图像发现,在位于机腹下部靠近机头的位置有2个像“肿瘤”一样的凸起物。它们是防热瓦缝隙之间的填充材料,类似家庭装修中铺砖时用的填缝剂,以使航天飞机表面光滑,减少返回时因阻力加大而产生更高的温度。

但根据过去的经验,这些填充材料不能伸出0.5厘米以上,而这次2个凸起物分别伸出了1.5厘米和2.5厘米,所以它们成为很大的不安全因素,因为谁也无法在这样的高度和这样的速度下,很好地完成对这两个凸起的气动分析。而如果不解决这个问题,专家们就不知道“发现号”在重返大气层时会面临什么样的后果,热量有可能增生10%到30%,并很可能在“发现号”返航进入大气层时因机腹温度过高,从而酿成另一起类似“哥伦比亚号”的灾难。

经过一番激烈的争论,美国航空航天局决定:8月3日让航天员铤而走险,到航天飞机腹部进行修理。之所以说是铤而走险,是因为航天飞机腹部被视为无人区,以前没人去过,那里无任何航天员可以扶的地方,而且也不能扶任何地方,所以不知道会发生什么事情,完全是一次全新的尝试。

美国航空航天局经研究后,派美国航天员罗宾逊完成这项光荣而艰巨的任务;由日本航天员野口聪一站在国际空间站外的有利位置,密切注视罗宾逊的维修操作;“发现号”乘员组其他成员及地面控制专家都将全程参与整个维修过程,并提供相关指导。不过,事前地面专家还不能断定罗宾逊头盔上的摄像头是否能将整个过程拍摄下来,并瞬时发送到地面控制中心。

之所以选罗宾逊完成这项任务,可能有两个原因:一是他是太空行走的高手,在这次上天前他已多次进入太空,很有经验;二是罗宾逊热衷冒险,智商极高,再加上此举将开创美国航天飞行历史的新篇章,所以美国肯定愿意让美国人来创造这项新记录。

对于这次至为关键的太空维修,罗宾逊准备的非常认真。罗宾逊称,他清楚自己面临的挑战。他和和野口都曾在名叫“中性浮力实验室”的室内水槽里进行了300多个小时的训练。

罗宾逊本可以站在航天飞机机械臂去进行修理,因为该机械臂可以伸到机身腹部两个凸起处,但“发现号”的机械臂上面装有用来检查热防护层的15米长的轨道吊杆传感系统。所以,罗宾逊是站在国际空间站机械臂上工作的。这台机械臂可以弯曲,并可围绕“发现号”机体侧面旋转,能够让罗宾逊到达机体下部所有位置。为此,8月2日,航天员凯利和劳伦斯先登上了国际空间站,检查如何操纵国际空间站的机械臂,以便让罗宾逊的手臂能够触摸到需要修复的地方,而他的脚又必须与航天飞机保持足够远的距离,以免造成其他的损坏。托马斯也在“发现号”航天飞机上为罗宾逊和野口聪作准备——8月3日一大早,他就为出舱活动准备舱外航天服,还协助这2名准备太空行走的航天员打造了一个临时使用的钢锯。

其实,罗宾逊的整个维修过程,要在地面上实施是很简单的,不过是带上镊子、剪子和锯子,由机械臂将他“举”到航天飞机腹部进行维修。首先,罗宾逊会试着用手直接把凸出物拔掉;如果不成功,他会再用镊子将伸出部分夹住,用小锯子把它锯断;如果还不行,再用剪子将伸出部分剪掉。

但是,罗宾逊在机身腹部维修时就完全不同了,因为他要距离航天飞机外围的防热瓦只有1英尺(等于0.3048米)的地方高空作业,而防热瓦是航天飞机机身上非常精细的关键性部位,而且特别“娇气”,一般不允许航天员靠近它,所以必须十分谨慎。另外,由于航天员在舱外工作是身穿加压航天服,所带的手套也是加压的,因此航天员身体臃肿了30%,这也为太空维修增加了难度。尤其是罗宾逊必须时刻注意自己所带的硬式头盔,这是最容易与航天飞机隔热瓦发生碰撞的部位。如果他在维修时注意力太集中,导致头盔撞到防热瓦上,把防热瓦碰坏了可就麻烦大了。另外,罗宾逊手中的工具一旦滑落,碰到“发现号”的防热瓦上也很危险。

幸运的是,这次航天员穿的是美国舱外航天服,其工作压力比俄罗斯舱外航天服的工作压力低,所以不仅使手部活动比较灵活,而且由于关节部位保持恒定的容积,允许身体能在航天服内很容易地活动,从而给航天员提供了较大的活动自由度。其航天手套的触觉敏感性极好,带着它可以很容易地拾起1枚硬币,能够完成的任务种类比较多。另外,修理航天飞机时有几盏巨大的照明灯把外面照亮,所以航天员的视线会非常好。

原定计划是,航天员在国际空间站机械臂上的定位先要耗时90分钟,然后机械臂移动到“发现号”腹部需用45分钟,最终对两处问题部位的维修总共可能不超过30分钟。不过,实际上整个过程出奇地顺利:

8月3日20:06,航天员出发开始进行航天飞机的腹部维修。他把工具包挂在航天服外,里面只有修复工作所需要的最基本的工具。而为了防止对航天飞机造成损害,罗宾逊还把系在身上的安全索放在两腿之间。而另一名正在进行太空行走的野口聪一则留在可以用肉眼看到罗宾逊的地方。如果罗宾逊的通讯装置出现故障,野口聪一将能够及时同国际空间站内的航天员取得联系。

20:44,罗宾逊成功地去掉了第一处凸起物,整个过程简单得出人意料,他用几秒钟就完成了操作。他边工作边向地面说:“我现在正在往外拽,它很轻易地出来了。”他头盔上的摄像头拍摄了整个“清障”过程。地面飞行控制人员激动不已,他们对航天员们说:“我们正在享受这一切!”

20:57分,罗宾逊又成功地清除了第二处凸起物。他说:“与第一处凸起物相比,清除这一处凸起物几乎没有用什么力气它就出来了。似乎这架大飞机已经治愈了。”

罗宾逊干得干净利索,只用10分钟左右时间就成功地将“发现号”航天飞机腹部下的两块不规则凸起物除掉,比预计提前了50分钟,并且未对航天飞机腹部防热瓦造成损坏。

现在太空行走的意义与作用是完成太空作业。例如,修复载人航天器或其它航天器上的受损部件。在未来的月球基地建设中,最能体现航天员在太空行走和太空作业的巨大作用,为人类进入外层空间和其他星球打下了良好的基础。所以,尽管太空行走有一定危险,但随着科学技术的不断提高,人类在太空会更加闲庭信步。

责任编辑 兆然

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