7月4日14时57分,经过约7小时的出舱活动,神舟十二号航天员乘组密切协同,圆满完成出舱活动期间全部既定任务,航天员刘伯明、汤洪波安全返回天和核心舱,标志着我国空间站阶段航天员首次出舱活动取得圆满成功。这是继2008年神舟七号载人飞行任务后,中国航天员再次实施的空间出舱活动,也是空间站阶段中国航天员的首次空间出舱活动。
“走出”航天器,到茫茫太空进行活动,具有高风险、高难度的特点。协助“神十二”航天员成功完成出舱任务,这些“利器”不可或缺。
利器1
舱外航天服 具备环境防护、生命保障等五大功能
据中国航天员中心航天服工程研究室主任、载人航天工程航天员系统副总设计师张万欣介绍,舱外服是指航天员离开母船,走入外太空或其他星球时所穿着使用的个体防护装备,根据使用环境又分为轨道出舱舱外服和星际舱外服。
空间站航天员出舱活动属于轨道的出舱活动,所面临的是300-450公里轨道高度的空间环境,真空、失重,以90分钟为周期的±120摄氏度左右的冷热交变,还有微流尘/碎片和空间辐射。为了保证航天员在这样一个环境下能够维持正常生命活动和舱外作业,舱外服需具备环境防护、生命保障、工效保障、通信保障和安全保障五大基本功能。
针对空间站任务出舱活动需求,“神十二”任务航天员穿着的舱外服在“神七”任务研制的基础上,进行了三个方面的重要改进:一是改变了结构布局设计,二是提高了服装的寿命,三是提高了人服能力。较第一代相比,具有使用时间更长、安全可靠性更高、机动灵活性更好、测试维修性更强的特点。
利器2
核心舱机械臂 最多能承载25吨重量,堪称“大力士”
在“神十二”航天员出舱过程中,空间站核心舱机械臂首次托举航天员到指定位置完成出舱操作,抬升天和核心舱舱外全景相机的位置,并验证了机械臂的大范围转移能力,完成了我国空间站工程建造任务的又一重要任务。
空间站核心舱机械臂由中国航天科技集团五院抓总研制,是目前同类航天产品中复杂度最高、规模最大、控制精度最高的空间智能机械系统,主要承担舱段转位、航天员出舱活动、舱外货物搬运、舱外状态检查、舱外大型设备维护等八大类在轨任务。核心舱机械臂展开长度为10.2米,最多能承载25吨的重量,堪称空间站任务中的“大力士”。
据介绍,空间站核心舱机械臂是我国首个可长期在太空轨道运行的机械臂,其肩部设置了三个关节、肘部设置了一个关节、腕部设置了三个关节,一共七个关节,每个关节对应一个自由度,就如同人的手臂一般,具有七自由度的活动能力。通过各个关节的旋转,能够实现自身前后左右任意角度与位置的抓取和操作,为航天员顺利开展出舱任务提供强有力的保证。
利器3
太空通信“天路” 确保航天员与地面通信实时畅通
出舱活动是航天员身着舱外航天服在航天器外进行太空行走和作业的统称。在空间站任务中,航天员将进行多次出舱活动,完成空间站的维修、维护及建造等任务。进行出舱活动时与地面建立高速及时的通信联系尤为重要,出舱活动不仅是对航天员的全方位考验,也是对空间站天和核心舱与地面测控站间通信能力的一大考验。
据介绍,中国航天科技集团五院研制的第三代中继终端产品,通过与中继卫星天链一号和天链二号建立中继链路,实现中继通信,确保航天员与地面通信的实时畅通。这就好比在太空中搭建了地面与中继卫星、中继卫星与航天员之间的“天路”。
此外,空间站中继终端与其他型号在设计上最大的区别在于,为了保证在轨使用的长寿命,需要具备在轨可维修性。空间站中继终端采用了集成化、模块化的设计思路,在保证传输信号质量的同时,方便航天员维修更换。
此外,中国航天科技集团五院研制的出舱通信子系统实现了舱内外航天员之间、舱内外航天员与地面人员之间以及舱外航天员之间的全双工语音通信,在航天员舱外活动范围内实现无线通信全覆盖,支持多名航天员同时出舱活动时的通话功能。
据人民日报客户端
揭秘
“飞天战袍”如何打造
7月4日上午10时,中国空间站航天员首次出舱,全新一代“飞天”舱外航天服也首次亮相。那么,这件比黄金还贵重的“飞天战袍”,是由什么做成的?又是怎么做出来的?
舱外航天服是航天员生命安全的保障。生命安全无小事,体现在工艺上就是复杂且精密。
舱外航天服的软结构,包括上下肢和手套,从里到外是舒适层、备气密层、主气密层、限制层和热防护层等,既能抵抗太空风险,又能穿着舒适、行动灵活,重而不笨。据了解,仅做一副舱外航天服下肢限制层需要260多个小时,而装配一套舱外服需要近4个月……这已经是最快速度了。
舱外服上的头盔面窗,是航天员进行出舱活动时观察外界的窗口。头盔面窗有多层,最里层为双层压力面窗,是整个头盔的承压密封结构,呈曲面型,直接关系到航天员的生命安全,必须做到绝对安全可靠。
“且不说它的承压材料要经过多少轮的选择、测试,光密封加缝合就耗时两个月,一共完成47道工序。”航天员中心研发与总装测试部副部长邓小伟说,就拿面窗除尘来说,先吹洗,再不间断擦拭两小时左右,直到肉眼看不到一丝灰尘。
其中,粘胶要分多轮逐步进行。每次粘胶,都要将其放到恒温恒湿箱里进行胶固化,再进行气密性测试以及低温露点测试,可视区还要进行充分的氮气置换,防止夹层中残留的水汽在低温情况下起雾影响视线。
航天员在舱外活动时会产生热量,需要穿上给身体降温的液冷服。液冷服是由弹性材料制成的,全身上下全是细密的小孔,供42根液冷管路线均匀穿过,每两孔间穿1厘米的线,全身上下铺设100米左右,就得穿20000个孔,尤其是头部的蛇形分布线路,得穿出个太极图。
舱外航天服有个金属结构的硬躯干,外形像是一个铠甲,背后挂有保障生命的通风供氧装置。金属“硬躯干”上有1000多个米粒大的小孔,和配套的各种不同规格的螺丝,航天员中心研发与总装测试部服装车间组长岳跃庆带着组员们用镊子夹着酒精棉一点点仔细擦拭,再用放大镜检查是否彻底擦洗干净。
“一粒浮尘都有可能酿成大祸。”岳跃庆说。
碰到毛刺,岳跃庆就变身整形医生,要给金属表面做“磨皮”手术。多年来,岳跃庆练就了“好手功”。他说,哪怕是0.1毫米的细微毛刺,都能摸出来。