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A03:大事件
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我国空间站阶段航天员首次出舱

中国航天员圆满完成全部既定任务

2021年07月05日 星期一 北京青年报
在北京航天飞行控制中心大屏拍摄的舱内航天员聂海胜配合支持两名出舱航天员开展舱外操作供图/新华社
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    本报讯(记者 雷嘉)北京时间7月4日14点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,中国航天员时隔13年再次实施空间出舱活动,也是空间站阶段中国航天员的首次空间出舱活动。

    8时11分,航天员刘伯明成功开启天和核心舱节点舱出舱舱门。之后航天员汤洪波也成功出舱,并完成在机械臂上安装脚限位器和舱外工作台等工作。之后二人在机械臂支持下,相互配合开展空间站舱外有关设备组装等作业。其间,在舱内的航天员聂海胜配合支持两名出舱航天员开展舱外操作。

    此次出舱活动,天地间大力协同、舱内外密切配合,圆满完成了舱外活动相关设备组装、全景相机抬升等任务,首次检验了我国新一代舱外航天服的功能性能,首次检验了航天员与机械臂协同工作的能力及出舱活动相关支持设备的可靠性与安全性,为空间站后续出舱活动的顺利实施奠定了重要基础。

    神舟十二号航天员乘组自6月17日进驻天和核心舱以来,按计划开展了各项工作,目前3名航天员状态良好,后续在轨飞行期间还将进行一次出舱活动。

    揭秘

    空间站首次出舱

    三名航天员各有任务

    中国空间站首次航天员出舱任务过程中,三名航天员都有自己的任务,且要充分协同合作。

    据中国航天员科研训练中心选训室主任王焰磊介绍,出舱的两名航天员刘伯明和汤洪波,一人要为关键出舱作业工具——机械臂安装上臂支架,包括脚限位器、工具台等,随后借助机械臂进行移动。另一人要借助舱壁上安装的扶手,爬行一段距离到作业点进行辅助工作,其间还要进行一次应急返回验证,以确保航天员在舱外作业的过程中一旦出现紧急情况,能够快速、紧急地返回到气闸舱内,并用舱载应急供氧来保证生命安全。

    留在舱内的航天员聂海胜则要对机械臂进行操作——虽然地面人员也可以对机械臂进行大范围转移,但在有航天员站在机械臂上的时候,舱内航天员可更直观地观察到机械臂的位置,更方便与舱外航天员进行直接交流,舱内航天员和舱外航天员都有急停装置,舱外航天员在运动过程中一旦发现有碰撞的可能,舱内航天员可以立即按下急停装置,机械臂就会停止工作,以保证安全。

    此外,出舱航天员此次还有一个重要任务:抬升舱外全景摄像机的位置。此前全景摄像机由于发射过程中外暴露的限制,被安装在一个比较低的位置,导致其视场角有限。入轨之后,航天员根据任务需要,需要扩展摄像机的视角来监视整个舱外的情况,因此需要航天员去把这些摄像机安装一个支架,架得更高一点。

    中国自主研制

    舱外航天服“飞天”

    据了解,此次出舱任务中航天员身着的新一代舱外航天服代号为“飞天”,从原材料到设计制造都是中国自主研制的,比中国第一代出舱航天服支持舱外活动时间更久,使用寿命更长。

    这套舱外航天服从里到外先是出舱内衣,然后要套一层液冷服,再套上舱外的航天服。穿上航天服之后,还要进行大流量的冲洗及吸氧、排氮等过程。

    据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,这款新一代舱外航天服由中国自主研制,高度在2米左右,能根据航天员的身高体型进行调整,可满足身高1.6米到1.8米的人穿着。虽然重量达130公斤左右,却穿脱方便快捷,穿上、脱下各只需要5分钟。舱外航天服可以把航天员的身体与太空的恶劣环境隔离开来,并向航天员提供一个安全有效的环境防护、密闭空间的环境控制和生命保障,还能为航天员提供饮食——舱外航天服中饮水管的旁边,有一个放置食物棒的长孔,航天员只要一伸嘴,就可吃到美味可口的棒状食品,以补充能量。

    “从功能上说,二代舱外航天服就是相当于一个微型的载人航天器。”张万欣介绍说,以头盔部分的面窗为例,就有四层结构:两层是压力面窗;中间充氮起到防结雾和隔热作用;再外一层是防护面窗,防止航天员作业过程中发生磕碰和划伤,所以这个防护面窗能在轨更换;最外层是滤光面窗,航天员能根据在阳照区和阴影区来决定放下和打开,在阳照区时它相当于太阳镜,防止光线伤害航天员眼睛。

    航天员在太空面临200多摄氏度温差、空间辐射等一系列环境考验,“飞天”舱外航天服有多层设计,实现了真空防护、高低温防护和辐射防护。相比于第一代翟志刚的出舱舱外服,“飞天”的安全可靠性更高,使用寿命也更长,支持舱外活动的时间更久,自主工作时间可以长达八个小时,穿在身上也更加舒适。

    空间站机械臂

    有7个关节加“触手”

    空间站核心舱机械臂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,是空间站任务中的“大力士”,由中国航天科技集团五院抓总研制。

    空间站核心舱机械臂是我国首个可长期在轨运行的机械臂,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。七个关节每个都对应一个自由度,如同人的手臂一样,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与操作,为航天员顺利开展出舱任务提供强有力的保证。

    为扩大任务触及范围,空间站核心舱机械臂还具备“爬行”功能。由于机械臂采用了“肩3+肘1+腕3”的关节设置方案,肩部和腕部关节配置相同,意味着机械臂两端活动功能是一样的。同时肩部与腕部各安装了一个末端执行器,作为机械臂的触手,末端执行器可以对接舱体表面安装的目标适配器,机械臂通过末端执行器与目标适配器对接与分离,同时配合各关节的联合运动,从而实现在舱体上的爬行转移。

    空间站机械臂是我国航天事业发展的新领域之一,五院在抓总研制过程中在关键技术、原材料选用、制造工艺、适应空间站环境的长寿命设计等方面均做出了巨大突破和创新。尤其重要的是,机械臂的全部核心部件实现了国产化,并形成了多项国家空间机器人行业标准,引领空间智能装备的中国制造之路。

    本组文/本报记者 雷嘉

    声音

    杨利伟:三位航天员表现非常优秀!

    7月4日,神舟十二号三名航天员协同配合进行中国空间站首次出舱活动。活动历时约7小时,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,我国空间站阶段航天员首次出舱活动取得圆满成功。

    对于我国空间站首次出舱活动,中国首位进入太空的宇航员、中国载人航天工程副总设计师杨利伟给予队员很高评价。

    杨利伟表示,三位航天员从上午的整个过程来讲,表现还是非常优秀的,从动作的完成,到出舱,上机械臂,工作台的安装,基本上是按照计划往前推进。他介绍称,这次的出舱除了一些设备的检验以外,更多的还是航天员出舱的工作,对我们两个舱外的航天员来讲,初始设备比较多,是对我们前期航天员训练的一个很好的验证,也是为下一步工作提供了一个很好的经验和依据。“这里特别提一下,我们舱内的航天员,在里面发挥了非常好的指挥作用,三个人的团队能力发挥得非常好。”

    就这一次出舱活动的意义,杨利伟表示,此次活动对我们整个的装备,包括航天服、机械臂,包括出舱的系统支持,是一个很好的验证。其中,包括相机A的抬高、仪器设备的安装,也都对后续的出舱任务起到很关键的作用。

    文/本报记者 李岩