北京時(shí)間9月1日18時(shí)26分，在軌工作近三個(gè)月的神舟十四號(hào)航天員乘組首次實(shí)施出艙活動(dòng)。陳冬、劉洋、蔡旭哲密切協(xié)同，經(jīng)過(guò)約6個(gè)小時(shí)的作業(yè)，在2日凌晨完成全部既定任務(wù)。陳冬、劉洋已順利返回問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙。
神舟十四號(hào)航天員乘組的首次出艙活動(dòng)取得圓滿(mǎn)成功，這也是我國(guó)航天員首次從問(wèn)天艙出艙并安全返回。
一年多來(lái)已有八名航天員成功出艙，
每次任務(wù)耗時(shí)67小時(shí)
據(jù)南都大數(shù)據(jù)研究院統(tǒng)計(jì)，這是自2021年7月以來(lái)，我國(guó)空間站階段航天員的第五次出艙。
在這五次出艙活動(dòng)中，四次集中在2021年下半年，分別由神舟十二號(hào)和神舟十三號(hào)的航天員執(zhí)行。出艙時(shí)間主要分布在兩個(gè)時(shí)段，前兩次為14時(shí)至15時(shí)之間，后三次則集中在18時(shí)到19時(shí)。出艙都持續(xù)了67小時(shí)，均采用兩人出艙、一人留在艙內(nèi)支援與協(xié)助的工作模式。一年多來(lái)，先后已有八名航天員成功出艙，其中劉伯明和翟志剛分別與隊(duì)友兩度完成艙外作業(yè)任務(wù)。
抬升全景相機(jī)是航天員出艙的最高頻任務(wù)。神舟十二號(hào)和神舟十三號(hào)航天員乘組的出艙活動(dòng)均需要抬升天和核心艙外的不同相機(jī)，這次也不例外。陳冬、劉洋兩位航天員在空間站機(jī)械臂和留守的蔡旭哲、地面工作人員的協(xié)同下，成功抬升、調(diào)整了問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙的多臺(tái)全景相機(jī)。據(jù)央視新聞透露，隨著設(shè)備和工具的升級(jí)，再加上有了全新的移動(dòng)路徑，本次任務(wù)的完成效率也比以往更高。此外，艙外擴(kuò)展泵組安裝、機(jī)械臂調(diào)整測(cè)試、返回演練等任務(wù)同樣需要由航天員親自出艙完成。最終，這五次出艙任務(wù)都獲得圓滿(mǎn)成功。
不得不說(shuō)，每次出艙都有其特殊意義。2021年7月，劉伯明和湯洪波不僅圓滿(mǎn)完成既定任務(wù)，還成功測(cè)試了中國(guó)新一代“飛天”艙外航天服的性能。而2021年11月的任務(wù)，則令王亞平成為中國(guó)首位進(jìn)行出艙活動(dòng)的女航天員，邁出了中國(guó)女性艙外太空行走第一步。而在今天，陳冬和劉洋不僅完成了自己的第一次“太空漫步”，也檢驗(yàn)了航天員與小機(jī)械臂協(xié)同工作的能力，驗(yàn)證了問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙氣閘艙和出艙活動(dòng)相關(guān)支持設(shè)備的功能性能，更宣告空間站建造階段的首次出艙任務(wù)勝利畫(huà)上句號(hào)。
氣閘艙的容積大一半，
“問(wèn)天”出艙條件更優(yōu)越
這是航天員首次從問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙出艙。“問(wèn)天”發(fā)射前，神舟十二號(hào)、十三號(hào)航天員都是從天和核心艙的氣閘艙（節(jié)點(diǎn)艙）實(shí)施出艙，究竟這兩個(gè)艙段的出艙條件有什么不同？
南都大數(shù)據(jù)研究院進(jìn)行了對(duì)比，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙的出艙條件無(wú)疑更優(yōu)越。首先是出艙口，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙的直徑為一米，比天和核心艙寬了150毫米，令身穿艙外航天服的航天員在出艙活動(dòng)和返回過(guò)程中更加輕松。
另一方面，“問(wèn)天”氣閘艙可供出艙的容積也更大。航天科技集團(tuán)五院?jiǎn)柼鞂?shí)驗(yàn)艙責(zé)任總設(shè)計(jì)師羅文成表示，核心艙是將節(jié)點(diǎn)艙兼做氣閘艙，但實(shí)際只是一個(gè)通道，由于其中安裝了4個(gè)對(duì)接口，計(jì)算下來(lái)用以出艙的容積大概只有6個(gè)立方米。而問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙擁有專(zhuān)用的氣閘艙，出艙的容積達(dá)到約10個(gè)立方米，相當(dāng)于空間體積增大了50%以上。“兩名航天員穿上出艙服以后，在專(zhuān)用氣閘艙里面轉(zhuǎn)身活動(dòng)的空間就不再受限。”
此外，據(jù)航天科技集團(tuán)五院空間站系統(tǒng)主管調(diào)度魏邦友介紹，從整個(gè)空間站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之初，氣閘艙就一直是出艙的一個(gè)主份艙，擁有更好的條件，能讓航天員更方便地?cái)y帶不同設(shè)備進(jìn)行出艙活動(dòng)。
值得注意的是，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙外還配備了2臺(tái)云臺(tái)燈、4臺(tái)高清攝像機(jī)，能實(shí)現(xiàn)打光拍攝，使地面測(cè)控人員能多角度清晰觀察航天員的出艙活動(dòng)情況，提供更及時(shí)、有力的安全保障。
重了10公斤且單次工作時(shí)長(zhǎng)翻倍，
新“飛天”航天服科技含量更高
和之前四次一樣，本次神舟十四號(hào)的兩位航天員同樣身穿我國(guó)自主研發(fā)的新一代“飛天”航天服執(zhí)行出艙任務(wù)。相比其“前輩”，升級(jí)版的航天服有了哪些變化？南都大數(shù)據(jù)研究院選取了幾個(gè)維度進(jìn)行比較。
在整體造價(jià)和安全系數(shù)基本一致的前提下，新一代“飛天”航天服在多個(gè)參數(shù)和功能上都實(shí)現(xiàn)了蛻變。單件重量從120公斤增加到130公斤，據(jù)中國(guó)載人航天工程辦公室介紹，這是因?yàn)楣δ茉黾恿嗽S多，例如多了攝像設(shè)備，能記錄和備份航天員在艙外的活動(dòng)情況。還加設(shè)了調(diào)節(jié)帶，四肢的長(zhǎng)短可以自由調(diào)節(jié)。關(guān)節(jié)部位更加裝了可以靈活轉(zhuǎn)動(dòng)的軸承，能夠滿(mǎn)足160cm180cm不同身高航天員的穿著需求，而且穿脫僅需5分鐘左右。
雖然整體高度都在2米左右，但新一代艙外航天服的材料更講究，科技含量更高。全新的航天服一共由6層組成，從內(nèi)到外包括由特殊防靜電處理過(guò)的舒適層、合成橡膠質(zhì)地的備份氣密層、主氣密層、滌綸面料的限制層、隔熱層以及外防護(hù)層。材料、工藝的革新不僅讓航天員實(shí)現(xiàn)了更好的保護(hù)，也令使用壽命大幅提升，從1年4次延長(zhǎng)到3年15次。據(jù)央視新聞透露，本次劉洋所穿的，正是王亞平和葉光富出艙時(shí)曾使用的同一件艙外航天服。
此外，單次出艙作業(yè)時(shí)間也由原來(lái)的最多4個(gè)小時(shí)提升到現(xiàn)在的8個(gè)小時(shí)。航天員能在艙外長(zhǎng)時(shí)間一次性完成相關(guān)任務(wù)，壓縮了進(jìn)倉(cāng)出艙的次數(shù)，減少體力消耗，提升艙外作業(yè)的效率，更降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。
更重要的一點(diǎn)，新一代“飛天”艙外航天服已完全實(shí)現(xiàn)自主供氧以及溫度、濕度、壓力、液冷服等控制。另一方面，該航天服也支持航天員與艙體之間不再連接電臍帶，這既減輕了航天員艙外活動(dòng)的負(fù)擔(dān)，而且沒(méi)有了“束縛”后他們工作起來(lái)更靈活、艙外活動(dòng)范圍也更廣。
出艙前需進(jìn)行長(zhǎng)期、細(xì)密的準(zhǔn)備，
吸氧排氮不可或缺
航天員出艙活動(dòng)可不是“想出就出”，還需在地面工作人員的監(jiān)測(cè)與配合下，進(jìn)行一系列精心準(zhǔn)備和實(shí)施多次演練。南都大數(shù)據(jù)研究院整理了航天員出艙前的主要準(zhǔn)備工作。
根據(jù)央視新聞和中國(guó)載人航天工程辦公室《天宮TV》等報(bào)道，出艙前，航天員們都要準(zhǔn)備好相關(guān)工具，如組裝腳限定器，準(zhǔn)備好安全繩，還有電動(dòng)螺絲刀這個(gè)“大家伙”。此外，神舟十四號(hào)航天員乘組還調(diào)試了兩套機(jī)械臂，確保其工作性能和配合協(xié)調(diào)程度。
要出艙，當(dāng)然還少不了試穿艙外航天服，并對(duì)其進(jìn)行多次檢查。視頻顯示，早在7月初，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙還沒(méi)發(fā)射升空的時(shí)候，航天員們已開(kāi)始巡檢，并測(cè)試、試穿艙外航天服，為出艙活動(dòng)做好準(zhǔn)備。太空站組合體組建完成后，航天員更早已將航天服放置在“問(wèn)天”的氣閘艙內(nèi)。
堅(jiān)持鍛煉身體也是重中之重。出艙作業(yè)一般持續(xù)6個(gè)小時(shí)以上，航天員在艙外真空環(huán)境下活動(dòng)，體能消耗巨大。為此，堅(jiān)持運(yùn)動(dòng)鍛煉就成了三名航天員保持肌肉強(qiáng)度與充沛體能的必要手段。
神舟十四號(hào)航天員在問(wèn)天艙內(nèi)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。圖片來(lái)源：中國(guó)載人航天工程辦公室
在正式出艙的23小時(shí)前，航天員還要最后核查一次艙外航天服與身體狀況，更要確認(rèn)通話與攝像設(shè)備工作正常。此外，航天員在氣閘艙內(nèi)進(jìn)行吸氧排氮更是一項(xiàng)極為重要的準(zhǔn)備工作。這是因?yàn)楹教旆䞍?nèi)的壓力比飛行器密封艙內(nèi)的壓力低，可一旦航天服的密封性喪失，發(fā)生快速減壓時(shí)，溶解在人體組織中的氮被釋放出來(lái)，就會(huì)在血管內(nèi)形成氣體栓塞，導(dǎo)致減壓玻為了預(yù)防減壓病的發(fā)生，航天員在艙外活動(dòng)前必須進(jìn)行預(yù)吸氧，用氧替換氮，以降低溶解在人體組織中氮的含量。
溫差近300攝氏度并伴有高輻射，
航天員出艙環(huán)境挑戰(zhàn)大
雖然有艙外航天服的保護(hù)，但正式出艙前，各方還要密切監(jiān)測(cè)艙外環(huán)境的變化，確認(rèn)相關(guān)條件能讓航天員安全地進(jìn)行活動(dòng)。最常見(jiàn)的環(huán)境考驗(yàn)就是太空中近300攝氏度的溫差和高輻射。
首先是溫差。太空平均溫度接近絕對(duì)零度，太空站面向太陽(yáng)的一面溫度高達(dá)120℃130℃，而背離太陽(yáng)的一面溫度則達(dá)到零下150℃170℃，溫差接近300攝氏度。
其次是輻射。雖然航天員可以在艙外宇航服的幫助下進(jìn)行各種太空出艙任務(wù)，但出艙時(shí)間仍有著嚴(yán)格的限制。另一方面，身體不同部位所受到的輻射量也有著嚴(yán)格限制。南都大數(shù)據(jù)研究院整理了NASA對(duì)航天員在不同階段的不同輻射極限規(guī)定。
用來(lái)計(jì)算輻射量大小的單位是毫西弗（millisievert，mSv）。根據(jù)NASA規(guī)定，航天員在其整個(gè)職業(yè)生涯中，皮膚可以接受輻射的限制是6000 mSv，眼睛則是4000，而心臟只有1000。這是什么概念？在地球上每一年我們受到自然界的輻射大約是1mSv，而1mSv的輻射量相當(dāng)于拍三次X光片。阿波羅14號(hào)項(xiàng)目中宇航員9天任務(wù)的輻射量是11.4mSv。如果在國(guó)際空間站待上6個(gè)月，輻射量更會(huì)達(dá)到160mSv，約等于在半年內(nèi)拍了480次X光，也就是每天至少需承受拍2.6次X光的輻射量。航天員出艙活動(dòng)后，沒(méi)有了空間站外壁特殊材質(zhì)的保護(hù)，所受的輻射量必然更高。
為了確保航天員在艙外高輻射環(huán)境下的安全，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙裝配了能量粒子探測(cè)器這一“黑科技”。據(jù)央視新聞揭秘，這個(gè)能量粒子探測(cè)器主要用于測(cè)量空間站軌道中各類(lèi)粒子的能量、方向、輻射劑量率等，從而為空間站安全、航天員出艙、空間材料和生物實(shí)驗(yàn)提供關(guān)鍵參考數(shù)據(jù)。此外，它也是國(guó)際首臺(tái)粒子種類(lèi)最多、能譜范圍最全最廣的探測(cè)器，具有4個(gè)探測(cè)模塊，可分別利用不同的原理實(shí)現(xiàn)多粒子種類(lèi)、寬能譜覆蓋。
問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙的能量粒子探測(cè)器。圖片來(lái)源：中國(guó)載人航天工程辦公室
中國(guó)空間站運(yùn)行在低地球軌道，不同尺寸的太空灰塵、太空碎片和太空垃圾會(huì)以數(shù)十倍音速飛速運(yùn)動(dòng)，同樣可能成為航天員艙外作業(yè)時(shí)的危險(xiǎn)因素。
按計(jì)劃，陳冬、劉洋、蔡旭哲這三名航天員仍將實(shí)施1到2次出艙活動(dòng)，進(jìn)行艙外載荷安裝、測(cè)試等工作。他們也將在一個(gè)多月后迎來(lái)夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙，見(jiàn)證、推動(dòng)中國(guó)空間站完成建造并轉(zhuǎn)入在軌運(yùn)營(yíng)階段。
出品：南都大數(shù)據(jù)研究院
數(shù)據(jù)采集分析：陳澤然
制圖：何欣
數(shù)據(jù)來(lái)源：中國(guó)載人航天工程辦公室、NASA、新華社、央視新聞等媒體報(bào)道
圖片來(lái)源：中國(guó)載人航天工程辦公室、新華社
統(tǒng)計(jì)截止時(shí)間：2022年9月2日
