太空出艙幕后故事
“天上做的每一個(gè)動作，都有地上的模擬訓(xùn)練”
7月4日，在中國空間站天和核心艙內(nèi)外，神舟十二號航天員聶海勝、劉伯明和湯洪波攜手打贏了一場約7個(gè)小時(shí)的太空出艙配合戰(zhàn)。
這是繼2008年神舟七號載人飛行任務(wù)后，中國航天員再次實(shí)施的空間出艙活動，也是我國空間站階段航天員首次出艙活動。
太空出艙在“天宮”上演期間，中國航天員中心的航天員教員趙陽實(shí)時(shí)盯著屏幕上的出艙畫面，為地面作后續(xù)任務(wù)的航天員同步解讀出艙程序。為了這次出艙活動，他曾和航天員一起在水下訓(xùn)練4個(gè)月，忙起來一天只睡4小時(shí)。
出艙任務(wù)成功的消息讓他長舒一口氣。他想起來航天員常說的那句話：“縱然腳下沒有土地，但我依然能夠堅(jiān)定地邁出每一步；縱然飛行沒有翅膀，但我依然能夠勇敢地張開雙手?！倍诤教靻T出征宇宙的道路上，他們這些航天員教員始終在身邊。
天上做的每一個(gè)動作，都有地上的模擬訓(xùn)練
2008年9月27日，神舟七號航天員翟志剛完成出艙太空行走，成功返回軌道艙，標(biāo)志著我國歷史上第一次太空行走成功完成，更標(biāo)志著中國成為繼美蘇之后，第三個(gè)獨(dú)立掌握空間出艙技術(shù)的國家。
而從今年開始，我國將有更多的航天員漫步太空。7月4日，劉伯明和湯洪波的出艙活動，就是一個(gè)開始。
與神舟七號突破出艙技術(shù)相比，此次空間站任務(wù)，航天員出艙時(shí)間將由半小時(shí)提升到6小時(shí)以上：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。
2006年，趙陽就被任命為航天員出艙活動主教員，參與完成了神舟七號任務(wù)出艙活動訓(xùn)練。從2017年開始，他承擔(dān)起航天員空間站出艙活動模擬訓(xùn)練的任務(wù)。
他告訴記者，天上做的每一個(gè)動作，地上的模擬訓(xùn)練就必須反復(fù)練，直到形成身體的肌肉記憶。
在航天員出征前，趙陽經(jīng)常和他們一起泡在水槽里，每天要按照出艙活動6小時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)，開展作業(yè)技能訓(xùn)練。
趙陽介紹，為了全面模擬太空的種種特殊環(huán)境因素，光模擬訓(xùn)練就分解為出艙活動模擬器、水槽、低壓艙等多個(gè)訓(xùn)練現(xiàn)場。
這些現(xiàn)場中，航天員將處于懸吊、低壓和水下等特殊環(huán)境，不確定因素多，危險(xiǎn)系數(shù)大。因此，航天員顧慮的，教員必須先想到；航天員做到的，教員必須先做到。
“要為中國航天探尋艙外活動訓(xùn)練的道路，并形成模擬失重環(huán)境艙外活動及作業(yè)訓(xùn)練標(biāo)準(zhǔn)，難度之大，可想而知?！壁w陽說。因?yàn)椋瑹o論有多努力，地上是無法完全模擬天上的實(shí)際情況。這一點(diǎn)，他十分清楚。
出艙期間需要應(yīng)急返回怎么辦
航天員在出艙活動期間，需要應(yīng)急返回怎么辦？
在7月4日的出艙活動中，就有一場應(yīng)急返回演練，主角是湯洪波。
在這項(xiàng)工作中，湯洪波要徒手爬到空間站天和核心艙最遠(yuǎn)處。接到撤離指令后，他第一時(shí)間折回，以最快速度返回艙口，并直接進(jìn)入節(jié)點(diǎn)艙。
中國航天科技集團(tuán)五院空間站系統(tǒng)總體副主任設(shè)計(jì)師湯溢說，艙外活動非常考驗(yàn)航天員的臂力，人在失重環(huán)境下很難控制自己，輕輕移動就出去了，可要想停下來就得花很大力氣。
事實(shí)上，這種應(yīng)急返回場景，航天員在地面時(shí)就曾多次在水中演練，為的就是必要時(shí)刻為自己贏得一線生機(jī)。
趙陽說，訓(xùn)練，就要將各種可能的情況都得訓(xùn)練到。
“為了確保訓(xùn)練設(shè)計(jì)能夠滿足要求，立足最極端的情況——航天員在空間站最遠(yuǎn)端的工作點(diǎn)，而機(jī)械臂萬一出現(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。”趙陽說。
回艙的路拐來拐去，并不順暢。
直線路徑約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。
在水深10米、直徑23米的巨大水槽中，空間站水下訓(xùn)練模型如同一個(gè)龐然大物，靜靜臥在水底。
這就是模擬出艙訓(xùn)練的主要現(xiàn)場。
要突破地面的條件限制，盡可能模擬外太空環(huán)境。趙陽嚴(yán)格設(shè)計(jì)訓(xùn)練場景，分解到每個(gè)動作，幫助航天員迅速、安全地找到返回的路。
每次訓(xùn)練，他與航天員一起，將應(yīng)急返回的時(shí)間一分一秒地縮短。
前期，趙陽穿著水下服一口氣在水下練了5小時(shí)58分。雖是模擬太空出艙，但由于并非處于失重環(huán)境，水的阻力很大，舉手投足十分費(fèi)勁，幾個(gè)小時(shí)下來，渾身酸痛。
事非親歷，不知其因。經(jīng)過多次反復(fù)訓(xùn)練，趙陽總結(jié)出了訓(xùn)練的重難點(diǎn)，找到了最佳操作角度。以機(jī)械臂狀態(tài)設(shè)置為例，他花了兩個(gè)半小時(shí)找到了最佳坐標(biāo)值，正式訓(xùn)練時(shí)，按照坐標(biāo)值，兩分鐘就可以設(shè)置好。
作為出艙活動訓(xùn)練組組長，趙陽參與編寫的《航天員出艙活動訓(xùn)練實(shí)施方案》，包括水下訓(xùn)練方案細(xì)則、指揮程序等6個(gè)文件共80多頁。訓(xùn)練涉及的數(shù)百類上千個(gè)產(chǎn)品，大到艙外服的訓(xùn)練次數(shù)，小到一個(gè)電極的型號數(shù)量，他都了然于胸。
航天員選拔與訓(xùn)練研究室副主任范繼榮說：“別看他訓(xùn)練時(shí)主要在水下，其實(shí)他才是整場水下訓(xùn)練的幕后導(dǎo)演?！?/p>
航天員說：“有他在，我們安心?！?/p>
47道工序打造太空面窗
“每一起事故的背后，都有9次輕微事故和300起未遂先兆，以及100起事故隱患?！薄俺晒κ遣钜稽c(diǎn)點(diǎn)失敗，失敗是差一點(diǎn)點(diǎn)成功?！薄百|(zhì)量第一，生命至上?！?/p>
這些標(biāo)語在中國航天員中心的訓(xùn)練大廳、試驗(yàn)廠房、實(shí)驗(yàn)室到處可見。載人航天，人命關(guān)天，而出艙活動中，最關(guān)乎安全的，非艙外服莫屬。
有人說，這120公斤重的艙外服，就是航天員執(zhí)行出艙活動的鎧甲。它像一個(gè)人形飛船，充上一定的壓力后，保護(hù)航天員的生命安全，抵御外太空的高低溫、真空、強(qiáng)輻射等環(huán)境因素。
艙外服上的頭盔面窗，則是航天員進(jìn)行出艙活動時(shí)觀察外界的窗口。
在7月4日的出艙任務(wù)中，劉伯明通過面窗看到太空景象，感嘆道：“哇，這外面太漂亮了！”
“沒有看到滿天繁星嗎？”之后，聶海勝又忍不住問。
趙陽告訴記者，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)，呈曲面型，直接關(guān)系到航天員的生命安全。要做到絕對安全可靠，且不說它的承壓材料要經(jīng)過多少輪的選擇、測試，光密封加縫合就耗時(shí)兩個(gè)月，一共完成47道工序，涉及的工藝規(guī)程文件摞起來約10厘米厚。
這些工序包括除塵、粘膠、縫合、密封等，聽起來簡單，但流程相當(dāng)復(fù)雜、嚴(yán)格、細(xì)致。就拿面窗除塵來說，要先吹洗，再不間斷擦拭兩小時(shí)左右，直到肉眼看不到一絲灰塵。
中國航天員中心研裝部副部長鄧小偉介紹，粘膠要分多輪逐步進(jìn)行，每次粘膠完，都要將其放到恒溫恒濕箱里進(jìn)行膠固化，再進(jìn)行氣密性測試以及低溫露點(diǎn)測試，可視區(qū)還要進(jìn)行充分的氮?dú)庵脫Q，防止夾層中殘留的水汽在低溫情況下起霧影響視線。
這一套嚴(yán)密的工序，是鄧小偉帶著車間工人花了近一年的時(shí)間研制摸索，做了10多套樣品后確定的工藝標(biāo)準(zhǔn)?？臻g站任務(wù)中新型艙外服、新型面窗，一切都在摸索中前進(jìn)。
一次，在對可視區(qū)夾層進(jìn)行氮?dú)獯党龝r(shí)，有兩粒膠的碎末，進(jìn)入密封的面窗夾層。
這兩個(gè)碎末也就沙粒大小，吸附在面窗夾層下沿，理論上對視覺沒什么大的影響，卻成了技師的“眼中釘”“心頭刺”。他們嘗試了各種辦法，最終只能將碎末掃除到邊緣區(qū)域，就是無法吸出。
鄧小偉說，為了做出完美的面窗，他們從生產(chǎn)流程入手，改變生產(chǎn)工序，采用先預(yù)埋空心針再進(jìn)行內(nèi)外層面窗粘合的方法，徹底解決了密封膠穿刺產(chǎn)生多余物的這個(gè)問題。
一個(gè)面窗尚且如此精益求精，一套由100余個(gè)單機(jī)產(chǎn)品組成的艙外服，其復(fù)雜程度可見一斑。
奮戰(zhàn)6年研發(fā)太空跑步機(jī)
保障航天員在軌生命安全的艙外航天服和環(huán)控生保產(chǎn)品固然重要，保障航天員在軌健康的醫(yī)監(jiān)醫(yī)保設(shè)備同樣重要。比如，在空間站任務(wù)中首次亮相的太空跑臺。
很多人還記得在神舟十一號飛行任務(wù)中，景海鵬和陳冬太空跑步的情形。當(dāng)時(shí)，他們做的就是跑臺束縛系統(tǒng)技術(shù)驗(yàn)證。景海鵬和陳冬穿上束縛裝置，在簡易跑步裝置上試驗(yàn)了多次以后，終于輕松自如地跑起來。
研究表明，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、骨流失等問題，長期下去會影響航天員的健康和在軌工作能力。太空跑臺就是針對這些不利影響而采取的一項(xiàng)防護(hù)手段。在神舟十二號任務(wù)中，航天員每天運(yùn)動時(shí)間一般不少于兩小時(shí)。
跑臺設(shè)計(jì)人員余新明告訴記者，太空跑臺與人們所見的跑步機(jī)外觀類似，不同的是，由于太空的微重力環(huán)境，跑臺要有隔振設(shè)計(jì)、束縛帶和力負(fù)荷加載裝置等。
對于中國航天員中心健康保障工程室的跑臺設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，橫亙在他們面前的“攔路虎”就是隔振設(shè)計(jì)。
余新明說，由于跑步時(shí)，人體足底需要承受3到6倍自身體重的沖擊力，會對空間站產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。他們研究后發(fā)現(xiàn)，采用隔振設(shè)計(jì)，將沖擊力降到30公斤以內(nèi)，既保持跑臺自身的相對穩(wěn)定性，又不影響空間站上其他設(shè)備的運(yùn)行。
沒有任何經(jīng)驗(yàn)借鑒，太空跑臺設(shè)備研制整整用了6年，這其中隔振設(shè)計(jì)從理論研制到工程實(shí)現(xiàn)就跨時(shí)4年。
如何模擬太空失重環(huán)境得到精確的設(shè)備參數(shù)值？研制團(tuán)隊(duì)想方設(shè)法將跑臺懸吊起來，人躺在坐墊上，將腿部懸空束縛在跑臺上，躺著跑步，然后在跑臺各個(gè)方向測沖擊力。他們選取了不同性別、年齡、身高、速度的情況全面科學(xué)采集數(shù)據(jù)。反復(fù)測試，反復(fù)調(diào)整設(shè)備參數(shù)。
“當(dāng)時(shí)試驗(yàn)就在一個(gè)空蕩蕩的車間里進(jìn)行，正值冬天，車間沒有暖氣，門還敞開著，大家在現(xiàn)場被凍得瑟瑟發(fā)抖?！庇嘈旅髡f。就這樣持續(xù)了一個(gè)月，終于獲得了正確的設(shè)備參數(shù)。
此時(shí)，他們又碰到下一個(gè)“攔路虎”：跑臺使用時(shí)產(chǎn)生輕微噪聲，不符合空間站噪聲標(biāo)準(zhǔn)。
項(xiàng)目副總師劉偉波帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)人員前往廠家。他們用噪聲計(jì)測，趴在跑臺各處用耳朵仔細(xì)分辨，最后定位到數(shù)十個(gè)具體噪聲源部件，經(jīng)過一遍遍調(diào)整，一次次拆裝，一場場測試后，噪音下降到一定數(shù)值后，就不再下降了，但離標(biāo)準(zhǔn)還差一點(diǎn)點(diǎn)。
眼看著山窮水盡了，廠家人員說：“跑臺使用時(shí)才產(chǎn)生噪音，又不是全天候都有，而且就差一點(diǎn)，大不了戴個(gè)防噪音耳罩，影響不大?！?/p>
劉偉波堅(jiān)決表示反對：“不行！”
他的理由很簡單，一切上天的設(shè)備，都要考慮航天員的身心健康，必須給他們創(chuàng)造舒適的環(huán)境，要盡力減少噪聲源。
最終，他們采用愚公移山的笨方法，把1000來個(gè)零配件逐一進(jìn)行審查、完善裝配工藝。在所有的零配件工藝都優(yōu)化了一遍后，噪音數(shù)值終于達(dá)標(biāo)。
6月28日，空間站核心艙的攝像機(jī)拍到這樣的畫面：聶海勝在跑臺上邁著“太空步”，湯洪波則取過相機(jī)，為他拍下跑步的音像資料。
航天員時(shí)刻保持良好的身心狀態(tài)，這是為了7月4日的首次出艙任務(wù)，也是為了下一次的太空出艙作準(zhǔn)備。
記者邱晨輝
來源：中國青年報(bào)
