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              開局“臨時工”,氣閘艙是如何華麗變身“業務精英”的?
              來源:科普中國
              發布時間:2023-10-18
              瀏覽次數:831

              當前,中國航天員通過問天實驗艙氣閘艙進行出艙活動。你知道嗎?過去,中國航天員曾使用天和核心艙節點艙和神舟飛船軌道艙改裝的臨時氣閘艙進行太空行走,收獲了不少經驗。而專用氣閘艙對比其他方案,出艙位置和條件都有所不同,別具優勢。展望未來,相信航天員出艙還會有更完善和高效的新方案。


              陳冬、劉洋出艙合影


              “急就章”改裝起點高

              說起空間出艙,就不能不提中國人的首次太空行走。


              2008年,神舟七號飛船航天員進行了中國人首次空間出艙活動,翟志剛那句“我已出艙,感覺良好”給大家留下了深刻印象。


              翟志剛從神舟七號飛船出艙


              當時,神舟七號飛船的氣閘艙是充分利用現有技術基礎,將軌道艙改進設計而成,既是創舉,又是中國航天科研人員為掌握出艙技術而采取的臨時性舉措,此后神舟飛船再也沒用過這種方法。


              大家不要小看這個“急就章”改裝的臨時氣閘艙。它幫我國突破了氣閘艙的關鍵技術,使我國成為第三個獨立掌握太空出艙技術的國家,可以說技術起點相當高。


              據公開資料顯示,神舟七號飛船氣閘艙直接利用了原有軌道艙的基本結構,通過系統化重新設計,增加了氣閘艙功能。而氣閘艙有兩個核心功能:一是密封能力;二是泄壓/復壓功能。密封是軌道艙固有能力,而為支持航天員出艙活動,這個艙段專門安裝了管道閥門組成的泄壓裝置和5個高壓氣瓶支持的復壓裝置,滿足2次泄壓/復壓的用氣需求,還提供了艙外航天服貯存、運輸、供給以及出艙活動、攝像、照明等一系列功能。


              不過,神舟七號飛船軌道艙改作氣閘艙只是權宜之計,細節難免會有紕漏,這從翟志剛出艙時遇到艙門打不開的尷尬就能看出。經分析發現,當時軌道艙內存放著不少生活和工作物資,氣閘艙泄壓后,這些物資、設備還在向外排氣,導致泄壓進度不如預期,艙門被翟志剛拉開一些后,又被艙內氣壓“頂”回去。


              即使如此,神舟七號飛船的氣閘艙仍然比美蘇早期同類“高級”得多。人類第一次太空出艙活動是1965年蘇聯航天員列昂諾夫從上升2號飛船進行的,當時飛船攜帶了“伏爾加”柔性充氣型氣閘艙,只能支持1名航天員出艙。


              至于美國航天員最初的太空出艙,就更是“急就章”——雙子星飛船只比“穿在身上”的水星飛船大一些,當時把整個返回艙泄壓排空,毫無任務冗余,沒出意外,只能說美國人運氣太好了。


              “兼職”“專用”都很強


              隨著中國空間站建造工作漸入佳境,航天員從天和核心艙出艙執行了多次任務。在此過程中,天和核心艙使用節點艙兼作氣閘艙,吸取了神舟七號飛船改裝氣閘艙的經驗,設計更為完善。


              根據公開發布的視頻和圖片,天和核心艙節點艙出艙口的艙門鎖設置在旁側,還增加了助力手柄,使得艙門能夠很順利地打開。


              另外,這個“兼職”氣閘艙在中國載人航天史上首次使用了氣體復用技術,使中國繼美國之后第二個掌握了這項技術。借助艙間抽氣泵等設備,天和核心艙可以實現節點艙氣體的部分回收復用,顯著降低了出艙活動對氧氣的消耗,對于節約資源和運力、提高航天員長期在軌能力、支持多次出艙活動都具有很大意義。


              神舟十三號飛船乘組從天和核心艙節點艙出艙


              相比之下,載人航天老牌強國俄羅斯獨立運行過“禮炮”系列與和平號空間站,還參與了國際空間站大量艙段建設工作,但氣閘艙一直使用直接泄壓排氣裝置,氣體直接排放到真空,可能帶來氣體污染,或是干擾航天器姿態,多次出艙活動所排放的空氣也是相當可觀的消耗。


              可以說,中國空間站在這方面具備后發優勢,技高一籌。


              天和核心艙的“兼職”氣閘艙同樣是過渡性設施,中國空間站航天員今后將主要使用問天實驗艙的專用氣閘艙出艙工作。作為專門設計、獨立使用的氣閘艙,其長度和直徑都超過神舟飛船軌道艙,內部容積更大,也使用了氣體復用技術。在出艙準備階段,航天員會將氣閘艙空氣抽送到相鄰的密封艙,盡量減少對空氣資源的消耗。


              問天實驗艙氣閘艙的容積空間比天和核心艙節點艙大了50%,艙門更寬敞,直徑達1米,航天員穿上厚厚的艙外航天服,轉身活動也不會受限,攜帶設備更從容。


              航天員景海鵬、朱楊柱在問天實驗艙氣閘艙中


              出艙使用的這扇門是復雜的航天產品,涵蓋了密封、傳動、鎖緊、人機工效等學科。航天員的操作力度不變,只需用配套手柄旋轉解鎖,使用助力機構消除殘壓,拉動艙門把手即可打開。平時艙門處于關閉狀態時,配套的檢漏儀等設備,能全方位保障安全。


              陳冬拉開問天實驗艙氣閘艙出艙艙門


              當然,有人可能擔心:這個出艙口位于氣閘艙正下方,航天員相當于倒立出艙,會不會有危險?其實,近地軌道上重力微乎其微,航天員即便是“拿大頂”出艙也不會有多大麻煩。


              換角度再看問天實驗艙氣閘艙


              中國空間站會在太空中遨游很多年,未來中國航天員會不會使用更先進的氣閘艙?目前有一種兩室式混合充氣氣閘艙的新概念。具體來說,就是使用充氣式艙段充當乘員氣閘艙,既減少了氣閘艙的體積和質量,又能保持雙室氣閘艙的固有優勢,還能更便利高效地重復使用氣體,降低氣體消耗。此外,新設計的抗撞擊能力更強,可以在微流星體和軌道碎片等威脅下更好地保護內部的航天員??傊?,氣閘艙必然繼續進步,讓我們拭目以待吧。


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