近日，神舟十四號乘組完成首次出艙活動。從2008年神舟七號航天員翟志剛第一次實現(xiàn)太空出艙活動，到2021年神舟十二號乘組實現(xiàn)空間站階段的首次出艙，再到神舟十三號、神舟十四號乘組連續(xù)進行太空行走……迄今為止，中國已成功實施6次航天員出艙活動。每次出艙都有新看點和新驚喜，為中國航天留下了諸多“名場面”。

　　中國航天員出艙活動經(jīng)歷了怎樣的發(fā)展與變化？新技術的應用如何讓太空行走更安全、更舒適？

　　從19分鐘到6小時

　　時間更久任務更重

　　2008年9月27日，神舟七號航天員翟志剛在劉伯明、景海鵬的密切配合下，完成了中國人的首次太空行走。耗時19分35秒的出艙活動中，翟志剛?cè)』亓孙w船艙外搭載的固體潤滑材料以及太陽能電池基板試樣。

　　首次成功實施空間出艙活動，讓中國成為世界上第三個獨立掌握空間出艙關鍵技術的國家。這一關鍵技術的突破，也為空間站建造奠定了堅實的基礎。

　　時隔13年后，2021年7月4日，神舟十二號航天員劉伯明、湯洪波成功出艙。約7個小時的出艙活動中，艙內(nèi)艙外航天員協(xié)同配合，完成了艙外活動相關設備組裝、全景相機抬升等任務；2021年11月8日，經(jīng)過約6.5小時的出艙活動，神舟十三號航天員安全返回天和核心艙，翟志剛再次上演“太空漫步”，王亞平邁出了中國女性艙外太空行走的第一步；日前，神舟十四號航天員陳冬、劉洋在約6小時的出艙活動中共同完成了問天實驗艙擴展泵組安裝、問天實驗艙全景相機抬升、艙外自主應急返回驗證等任務……

　　航天員出艙活動是中國空間站任務的重中之重，空間站艙外建造以及艙外設備安裝、維護、維修、更換和試驗樣品回收等，都需要出艙活動。出艙人數(shù)更多、出艙時間更長、出艙任務更重……與神舟七號相比，空間站階段的航天員出艙時間由半小時提升到6小時以上，艙外作業(yè)任務量加大、難度提升，連續(xù)的出艙活動，展現(xiàn)了中國航天事業(yè)的奮進步伐。

　　從節(jié)點艙到氣閘艙

　　出艙行走更從容

　　神舟十二號、神舟十三號乘組出艙時，均通過天和核心艙前方的節(jié)點艙出艙。此次神舟十四號乘組出艙，則首次通過問天實驗艙氣閘艙“出門”。與節(jié)點艙相比，氣閘艙的艙門口徑從85厘米增加到了1米。航天員在身著艙外航天服的情況下，能夠更從容地攜帶設備出艙工作。

　　看似簡單的尺寸增大，其實是一項“剛”與“柔”的平衡。此次出艙的艙門作為航天器機構(gòu)中的復雜產(chǎn)品，涵蓋密封、傳動、鎖緊、導向、潤滑、人機工效等學科。艙門設計團隊將這些復雜的功能落實到產(chǎn)品的操作細節(jié)中。例如，為了保障問天實驗艙“大門”的安全使用，艙門配套了量身定制的艙門保護罩，并將艙門檢漏儀作為密封的檢測手段，將艙門壓點開關作為狀態(tài)輔助判斷。

　　問天實驗艙氣閘艙的研制，離不開神舟七號的開拓先行——為了突破出艙技術，科研人員重新為神舟七號飛船軌道艙增加了氣閘艙功能，并在太空成功應用，為空間站氣閘艙研制奠定了基礎。如今，航天員出艙前，只需使用艙門門體上配套的操作手柄旋轉(zhuǎn)解鎖，使用助力機構(gòu)消除殘壓，拉動艙門把手即可完成打開艙門的動作。

　　未來，問天實驗艙氣閘艙將成為航天員出艙的主要“通道”。而一旦氣閘艙在出艙過程中出現(xiàn)問題，航天員仍可通過作為備份的節(jié)點艙回到艙內(nèi)，保證出艙活動安全可靠。

　　保障生命安全和支持艙外活動的艙外航天服，也在歷次出艙活動中不斷升級。神舟七號任務時，科研人員在短期內(nèi)研制出中國第一件艙外航天服。13年后的神舟十二號出艙任務時，新一代艙外航天服已有了很多改進，改變了結(jié)構(gòu)設計、提高了服裝使用壽命及人服能力，具有使用時間更長、安全可靠性更高、機動靈活性更好、測試維修性更強等特點。通過空間站階段的太空行走，充分驗證了新一代艙外航天服的性能。

　　從1米到10米

　　“一繩之力”讓航天員走得更遠

　　在太空行走過程中，安全繩是連接出艙航天員與空間站的“生命線”——空間站的可伸縮安全系繩機構(gòu)，為航天員順利出艙活動助“一繩之力”。

　　神舟七號任務時，翟志剛所使用的安全系繩為固定長度，其有效長度僅有1米多，活動范圍有限。而在空間站建設任務中，航天員要完成空間站設備安裝、檢修等出艙任務，出艙范圍更大、操作難度更高、安全要求更嚴格，需研發(fā)一種長度更長且可伸縮的安全系繩機構(gòu)——既要保證航天員與空間站艙體間超過10米的安全連接，又不會對航天服產(chǎn)生勾掛或干涉航天員的運動，還要經(jīng)受住太空中近200攝氏度的大溫差、空間輻照、空間粒子等惡劣環(huán)境的考驗。

　　為此，中國航天科技集團五院529廠研制團隊憑借豐富的空間機構(gòu)產(chǎn)品設計能力，針對長距離以及空間環(huán)境適應性的設計需求，創(chuàng)新設計方案，實現(xiàn)了鋼絲繩的恒力收放，無需電機提供回轉(zhuǎn)力矩，避免了電纜的引入，保證了航天員攜帶的便捷性和機動性。

　　同時，為減小纏繞過程中的阻力、避免空間輻照環(huán)境對鋼絲繩產(chǎn)生影響以及防止鋼絲繩對航天服產(chǎn)生勾掛，設計人員選用耐空間輻照的特殊包覆材料對鋼絲繩進行保護，確保機構(gòu)的使用安全。為滿足長壽命使用的要求，還采用了輔助排繩滑輪組引導鋼絲繩排繩的設計方案，并通過大量試驗驗證，確保10余米長鋼絲繩在機構(gòu)的狹小空間里上萬次、重復性的有序纏繞。

　　從大臂到組合臂

　　機械臂分工合作更給力

　　與神舟七號任務相比，空間站階段出艙活動的一大特點是航天員與艙外機械臂的配合?？臻g站機械臂承擔將航天員及相關設備工具運送至作業(yè)點，并支持航天員完成后續(xù)操作任務的職責。

　　在神舟十二號和神舟十三號任務的4次出艙活動中，航天員通過與核心艙的大機械臂配合，完成了一系列艙外任務。而在神舟十四號首次出艙任務中，問天實驗艙上搭載的小機械臂首次亮相，將航天員準確、穩(wěn)定轉(zhuǎn)運至作業(yè)點。

　　機械臂是中國空間站的明星部件之一。作為中國航天事業(yè)發(fā)展的新領域，機械臂融合了機、電、熱、控制、光學等多項技術。小機械臂的主要功能和大機械臂類似，它能真實模擬人手臂的靈活轉(zhuǎn)動，通過旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)在任何角度和部位抓取物體，也能夠在問天實驗艙表面進行爬行。

　　與大機械臂相比，小機械臂有不少新特點。形態(tài)上更加精巧，重量和長度均約為大臂的一半，負載能力約為大臂的1/8，運動和操控靈活；操作上更加精準，小臂的末端定位精度更高，位置精度、姿態(tài)精度優(yōu)于大臂，能夠完成精度要求更高的精細操作。大小兩個機械臂分工各有側(cè)重，又相互配合，可滿足空間站任務的需求。

　　按照規(guī)劃，在后續(xù)任務中，問天實驗艙機械臂將在太空中與核心艙機械臂完成“大小臂在軌組合”的亮眼操作。屆時，小臂可被大臂抓取形成組合機械臂，可達范圍將拓展至14.5米，活動范圍覆蓋空間站3個艙段。如后續(xù)需要在艙外安裝設備，可以通過貨運飛船上行至夢天實驗艙的貨物氣閘艙，通過組合臂的抓取和轉(zhuǎn)移，完成在艙外載荷平臺上的安裝。此外，大小機械臂還可協(xié)同開展艙外操作任務，完成互巡互檢的自身維護工作，有效提高機械臂系統(tǒng)的可靠性。（劉 峣）