航天員進(jìn)行空間站任務(wù)水下訓(xùn)練。

　　孔方舟攝

　　中國(guó)航天員中心飛控試驗(yàn)隊(duì)執(zhí)行神舟十二號(hào)飛控任務(wù)。

　　孫 偉攝

　　從6月17日進(jìn)入空間站天和核心艙，神舟十二號(hào)航天員乘組在400公里左右高度的地球軌道已駐留1個(gè)多月，創(chuàng)造了新的中國(guó)航天紀(jì)錄。

　　自進(jìn)入天和核心艙的那一刻起，航天員就把地球的生活搬上太空，生活越來(lái)越自如：不用靠地面運(yùn)送，就可以在太空呼吸新鮮的空氣，飲用清潔的循環(huán)水；在太空廚房，他們喝著自產(chǎn)的酸奶，吃著口味豐富的熱飯菜；他們可以在核心艙內(nèi)自如地跑步、舒暢地睡覺(jué)，走出艙外安全地進(jìn)行太空行走……

　　航天員在太空順利度過(guò)的每一天，其實(shí)都有著地面的24小時(shí)陪伴和守護(hù)。

　　一切為了出艙

　　涉及生理極限、危險(xiǎn)的訓(xùn)練，航天員教員都是第一個(gè)“吃螃蟹”的人

　　北京時(shí)間2021年7月4日14時(shí)57分，經(jīng)過(guò)約7小時(shí)的出艙活動(dòng)，神舟十二號(hào)航天員乘組密切協(xié)同，圓滿完成全部既定任務(wù)，標(biāo)志著我國(guó)空間站階段航天員第一次出艙活動(dòng)取得圓滿成功。

　　整個(gè)出艙活動(dòng)中，在中國(guó)航天員中心航天員支持室內(nèi)，結(jié)合實(shí)時(shí)顯示的出艙畫面，航天員教員趙陽(yáng)同步解讀著出艙程序。任務(wù)成功，航天員劉伯明、湯洪波安全返回天和核心艙，趙陽(yáng)長(zhǎng)舒了口氣。

　　航天員出艙活動(dòng)是我國(guó)空間站任務(wù)的重中之重。空間站艙外建造、艙外設(shè)備安裝、維護(hù)、維修、更換和試驗(yàn)樣品回收等等，都需要出艙活動(dòng)。

　　與神舟七號(hào)突破出艙技術(shù)相比，神舟十二號(hào)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，困難和挑戰(zhàn)前所未有。從2017年開始，趙陽(yáng)承擔(dān)起航天員空間站出艙活動(dòng)模擬訓(xùn)練的任務(wù)。隨著任務(wù)臨近，趙陽(yáng)天天泡在水槽里，每天按照出艙活動(dòng)6小時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)，與航天員一起開展訓(xùn)練。連續(xù)水下訓(xùn)練4個(gè)月，忙起來(lái)一天只睡4個(gè)小時(shí)，只吃一頓飯。

　　訓(xùn)練，要把各種可能的情況都訓(xùn)練到。比如，航天員在出艙活動(dòng)期間，如果需要應(yīng)急返回怎么辦？

　　為了確保訓(xùn)練設(shè)計(jì)能夠滿足要求，趙陽(yáng)和團(tuán)隊(duì)考慮了最極端的情況：航天員在空間站最遠(yuǎn)端的工作點(diǎn)，機(jī)械臂萬(wàn)一出現(xiàn)故障、不能轉(zhuǎn)運(yùn)航天員返回，航天員只能自主應(yīng)急返回。但回艙的路拐來(lái)拐去，并不順暢。直線路徑10多米的距離，航天員必須依靠安全系繩，借助艙壁上的固定扶手，繞開太陽(yáng)翼支座等多個(gè)大障礙物，在多次調(diào)整身體姿態(tài)后才能安全、快速地返回。

　　為了盡可能模擬外太空環(huán)境，趙陽(yáng)嚴(yán)格設(shè)計(jì)訓(xùn)練場(chǎng)景，分解到每個(gè)動(dòng)作，細(xì)化到每個(gè)姿態(tài)，幫助航天員迅速、安全地找到返回的路。每次訓(xùn)練，他都與航天員一起，將應(yīng)急返回的時(shí)間一分一秒地縮短。

　　對(duì)航天員教員來(lái)說(shuō)，航天員顧慮的，他們必須先想到；航天員做到的，他們必須先做到。超重耐力訓(xùn)練、低壓訓(xùn)練、模擬失重訓(xùn)練、野外生存訓(xùn)練等凡是涉及生理極限、危險(xiǎn)的訓(xùn)練，航天員教員都是第一個(gè)“吃螃蟹”的人。

　　救生訓(xùn)練，是為了訓(xùn)練飛船降落在應(yīng)急著陸區(qū)、救援人員不能按時(shí)到達(dá)的情況下，航天員必須完成自主出艙和野外生存的任務(wù)，繼而進(jìn)行惡劣自然條件下的野外探險(xiǎn)。為了選取合適的訓(xùn)練場(chǎng)景，航天員教員團(tuán)隊(duì)曾在熱帶叢林中，冒著野象踩踏和毒蟲攻擊的危險(xiǎn)勘察選址。

　　在巴丹吉林沙漠，航天員教員團(tuán)隊(duì)開展48小時(shí)的預(yù)訓(xùn)練。晝夜溫差高達(dá)39攝氏度，夜里，大家擠在沙漠掩體里，雖然用火烤著，但后背還是一片冰涼。就這樣，他們驗(yàn)證了航天員沙漠生存訓(xùn)練科目設(shè)計(jì)的合理性和可行性。

　　讓“太空鎧甲”更堅(jiān)固

　　承壓材料要經(jīng)過(guò)多輪選擇、測(cè)試，除塵、粘膠、縫合、密封等47道工序足足花了兩個(gè)月

　　航天員在空間站執(zhí)行出艙活動(dòng)，面對(duì)的是300—450公里軌道高度的空間環(huán)境，也就是真空、失重和以90分鐘為周期的±12攝氏度左右的冷熱交變、微流塵/碎片和空間輻射。100多公斤重的艙外服，好比航天員執(zhí)行出艙活動(dòng)的鎧甲。它像一個(gè)人形飛船，充上一定壓力后，抵御外太空的高低溫、真空、強(qiáng)輻射等，保護(hù)著航天員的生命安全。

　　中國(guó)航天員中心航天服工程研究室主任、載人航天工程航天員系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師張萬(wàn)欣介紹說(shuō)，比起首次岀艙的“神七”任務(wù)，空間站任務(wù)中航天員要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的艙外操作，對(duì)艙外服性能提出的要求更高，需要具備使用時(shí)間更長(zhǎng)、安全可靠性更高、機(jī)動(dòng)靈活性更好、測(cè)試維修性更強(qiáng)的特點(diǎn)。

　　艙外服上的頭盔面窗，是航天員進(jìn)行出艙活動(dòng)時(shí)觀察外界的窗口，由中國(guó)航天員中心研裝部服裝車間生產(chǎn)。頭盔面窗有多層，最里層名為雙層壓力面窗，它是整個(gè)頭盔的承壓密封結(jié)構(gòu)，直接關(guān)系到航天員的生命安全。為做到絕對(duì)安全可靠，承壓材料要經(jīng)過(guò)多輪選擇、測(cè)試，除塵、粘膠、縫合、密封等47道工序足足花了兩個(gè)月。

　　中國(guó)航天員中心研裝部副部長(zhǎng)鄧小偉說(shuō)，這些工序聽(tīng)起來(lái)簡(jiǎn)單，但流程相當(dāng)復(fù)雜、嚴(yán)格、細(xì)致。在雙層壓力面窗制作過(guò)程中，有一次，有兩粒密封膠的碎末進(jìn)入了密封的面窗夾層。

　　這兩個(gè)碎末也就沙粒大小，吸附在面窗夾層下沿，理論上對(duì)視覺(jué)沒(méi)什么大的影響，卻成了技術(shù)人員的“眼中釘”。他們嘗試了各種辦法，最終只能將碎末掃除到邊緣區(qū)域，就是無(wú)法吸出。為了做出完美的面窗，技術(shù)人員改變生產(chǎn)工序，徹底解決了密封膠穿刺產(chǎn)生多余物這個(gè)問(wèn)題。

　　艙外航天服完工后，在航天員穿上它之前，還有最后一項(xiàng)關(guān)鍵試驗(yàn)——艙外服載人低壓試驗(yàn)。

　　這需要志愿者穿著全新艙外服進(jìn)入低壓艙進(jìn)行試驗(yàn)。這項(xiàng)試驗(yàn)的危險(xiǎn)之處在于，當(dāng)艙內(nèi)泄壓到近乎真空狀態(tài)，一旦艙外航天服出現(xiàn)某個(gè)細(xì)微的故障，將直接威脅到志愿者的生命安全。

　　2020年9月，航天員中心在艙外服試驗(yàn)艙大廳內(nèi)再次啟動(dòng)艙外服載人低壓試驗(yàn)，這距離首次艙外服載人低壓試驗(yàn)已是12年又4個(gè)月。

　　“報(bào)告，任務(wù)完成，身體狀態(tài)感覺(jué)良好！”歷經(jīng)17小時(shí)，兩名志愿者從模擬在軌真空環(huán)境的艙外服試驗(yàn)艙中，經(jīng)歷了出艙活動(dòng)任務(wù)中實(shí)際泄復(fù)壓過(guò)程，順利執(zhí)行了出艙活動(dòng)程序后成功出艙。所有人一直懸著的心終于放了下來(lái)，現(xiàn)場(chǎng)響起了熱烈的掌聲。

　　保障航天員健康生活

　　環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)通過(guò)應(yīng)用再生生命保障技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)艙內(nèi)的氧氣和水循環(huán)使用

　　在以往的載人飛行任務(wù)中，航天員在太空生存所需的氧氣和水都從地面攜帶，也就是非再生式環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)。而在空間站上，航天員在軌時(shí)長(zhǎng)超過(guò)3個(gè)月，僅靠地面補(bǔ)給不僅代價(jià)高昂，而且也不能滿足任務(wù)需要。因此，在空間站天和核心艙內(nèi)，環(huán)控生保系統(tǒng)通過(guò)應(yīng)用再生生命保障技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)艙內(nèi)的氧氣和水循環(huán)使用。

　　在密閉狹小的空間站艙內(nèi)制造一個(gè)類似地球環(huán)境的可循環(huán)生命保障系統(tǒng)，且長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，難度可想而知。這個(gè)空間站任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)，由中國(guó)航天員中心環(huán)控生保室來(lái)攻克。

　　微重力條件下，水氣分離是個(gè)難題。無(wú)論是電解制氧、水處理、尿處理，還是冷凝水收集、尿液收集，都要用到水氣分離裝置。太空中的水氣分離裝置，沒(méi)有現(xiàn)成產(chǎn)品。研制團(tuán)隊(duì)走訪了國(guó)內(nèi)十幾家大學(xué)和科研院所，做了數(shù)千次的試驗(yàn)，直到裝置滿足壽命、可靠性和穩(wěn)定性等要求。實(shí)際上，水氣分離裝置的研制從設(shè)計(jì)、研發(fā)、測(cè)試到正式應(yīng)用，花了近10年時(shí)間。

　　再生生命保障技術(shù)的運(yùn)用，大幅減輕了地面的補(bǔ)給壓力。按照3人在軌飛行計(jì)算，每年可以節(jié)省消耗性物資達(dá)6噸。

　　此次在空間站任務(wù)中首次亮相的太空跑臺(tái)，屬于保障航天員在軌健康的醫(yī)監(jiān)醫(yī)保設(shè)備，格外引人注目。

　　航天員在太空失重環(huán)境中容易產(chǎn)生心肺功能減弱、血量減少、下肢肌肉萎縮、骨流失等問(wèn)題，長(zhǎng)期下去會(huì)影響航天員的健康和在軌工作能力。太空跑臺(tái)就是針對(duì)這些不利影響采取的一項(xiàng)防護(hù)手段。

　　太空跑臺(tái)與人們常見(jiàn)的跑步機(jī)外觀類似，但由于太空的微重力環(huán)境，太空跑臺(tái)的設(shè)計(jì)和地面截然不同。

　　對(duì)于航天員中心航天員健康保障工程室的跑臺(tái)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，隔振設(shè)計(jì)是個(gè)“攔路虎”。航天員跑步時(shí)，人體足底需要承受3—6倍自身體重的沖擊力，會(huì)對(duì)空間站產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。最終，跑臺(tái)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)通過(guò)巧妙設(shè)計(jì)，將沖擊力降到30公斤以內(nèi)，既保持跑臺(tái)自身的相對(duì)穩(wěn)定性又不影響空間站上其他設(shè)備的運(yùn)行。為了讓航天員在太空輕松“跑”起來(lái)，太空跑臺(tái)設(shè)備研制花了6年，隔振設(shè)計(jì)從理論研制到工程實(shí)現(xiàn)則用了4年左右時(shí)間。

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