“飛天戰袍”為出艙護航 保證3年15次出艙活動
築夢“太空之家”——中國空間站建設記⑨
“飛天戰袍”為出艙護航
本報記者 劉 峣
8月20日14時33分，經過約6小時的出艙活動，神舟十二號航太員乘組密切協作，圓滿完成出艙活動期間全部既定任務，航太員聶海勝、劉伯明安全返回天和核心艙，比原計劃提前了約1小時，空間站階段第二次航太員出艙活動取得圓滿成功。
8月20日，神舟十二號乘組航太員聶海勝、劉伯明身著中國自主研製的新一代“飛天”艙外航太服，先後從空間站天和核心艙節點艙成功出艙，並順利完成第二次出艙活動的全部既定任務。
太空之中，“飛天”艙外航太服格外亮眼。艙外航太服是航太員的“飛天戰袍”，也是執行出艙活動的“護身鎧甲”。在第二次出艙活動中，艙外航太服的功能性能得到了進一步檢驗，展現了中國載人航太的實力。
提供環境防護和生命保障
艙外航太服相當於一個微型載人航太器。雖然看上去貌不驚人，但它是航太員生命安全的保障，代表著高科技領域的尖端技術，是一個國家載人航太實力的重要體現。
出艙活動風險極高。1965年，太空行走第一人、俄羅斯航太員阿列克謝·列昂諾夫第一次出艙時就因氣壓差問題導致航太服膨脹，險些無法返回艙內。太空中的環境極為惡劣，為了抵禦強輻射、高低溫等不利條件，艙外航太服必須為航太員提供安全有效的環境防護、密閉空間的環境控制和生命保障。
2008年，在神舟七號任務中，中國航太員翟志剛身著“飛天”艙外航太服，首次成功實現出艙活動。與神舟七號任務相比，空間站任務中的航太員要進行長時間的艙外操作，這對艙外航太服的性能提出了更高的要求。
據專家介紹，新一代“飛天”艙外航太服進行了大量改進與升級，安全可靠性更高、支援艙外活動的時間更久、測試維修性更強。中國航太員中心航太服工程室主任、航太員系統副總設計師張萬欣說，新一代艙外航太服在3個方面進行了重要改進：一是改變了結構佈局設計；二是提高了服裝的壽命；三是提高了人服能力。
新一代艙外航太服高2米左右，重100多公斤。雖然看上去很厚重，實際上重而不笨——穿上“戰袍”的航太員既能抵禦太空的環境風險，還能靈活行動、完成任務。正如航太員劉伯明所說，穿著中國研製的新一代艙外航太服，更加有信心應對各種挑戰。
艙外航太服對於真空、輻射和高低溫的超強防護作用，主要源自於服裝的多層設計。航太服的最裏層是襯裏和尿收集裝置；襯裏外是用於散熱的液冷通風層，將水作為冷卻液來冷卻航太員身體散發的熱量；液冷通風層外是用於產生一定壓力的加壓氣密層；再外一層是限制加壓氣密層向外膨脹的限制層；限制層外是對付艙外大溫差變化的隔熱層；最外面則是保護層，由多種纖維複合。
艙外航太服的靈活性，離不開精巧的設計。專家表示，中國艙外航太服採用頭盔和軀幹一體化的設計。四肢可以調節，利用倣生結構，上下肢關節處使用了氣密軸承，使關節活動更自如，可以滿足從1.62米到1.80米的航太人群穿著使用。
保證3年15次出艙活動
與7月4日第一次出艙活動相比，第二次出艙活動的航太員有所不同。不過，這並不影響艙外航太服的穿著使用。
中國航太員中心航太員系統副總設計師王春慧說，“飛天”艙外航太服的適體性很好，可以通過調節適應不同身高和體重的人體參數。執行第二次出艙活動的聶海勝穿的是上次劉伯明穿過的艙外航太服，而劉伯明穿的則是上次湯洪波穿的艙外航太服。
王春慧說，按照艙外航太服的設計標準，航太服要保證在軌工作使用3年、保證航太員15次出艙活動。因此，穿著艙外服的航太員可能來自不同的乘組，這次是神舟十二號乘組的航太員，下一波又將迎來神舟十三號乘組的航太員。
得益於精妙的設計和技術的升級，雖然艙外航太服有100多公斤重，但穿脫起來極為方便快捷。張萬欣說，艙外航太服穿上只需要5分鐘。此前的試驗中，受試人員包括航太員在一般情況下只需要3分鐘左右的時間。
同時，為了保證艙外航太服的可靠性，每次出艙使用完後，航太員都要對艙外服進行全面、細緻地維護和保養，包括通風、凈化、乾燥以及微生物處理和消耗品更換統計等。
兩次出艙，中國航太員的活動時間都在六七個小時左右。據專家介紹，新一代艙外航太服可以保證航太員在太空真空環境下的生存與工作，其設計標準是“7+1”小時，現在看來可能8個小時都沒問題。
第一次出艙活動時，為了實時監測艙外航太服消耗品余量，科研人員開發了一個消耗品預測分析軟體，通過監測現有數據預測後續工作時長，為防止軟體出現故障，他們還同步進行手動測算。經預測後發現，執行出艙任務的兩套服裝均能保證8小時以上時長，事實也驗證了這一結論。
同時，在第一次出艙活動當天，工作人員還在地面航太員支援廳準備了一套嶄新的艙外航太服，同步準備了電產品桌面聯試現場、艙外服和艙載設備整體伴飛現場，以便在任務中航太服出現問題時，能及時進行天地同步排故。
技術攻關確保萬無一失
艙外航太服結構複雜，牽一髮而動全身，必須要進行細緻的技術攻關和充分的地面實驗。
張萬欣介紹，艙外航太服每個服裝的關鍵功能都有冗余備份，一旦主份失效，備份可以繼續工作，保障航太員的安全。此外，每套服裝研製生產後，還要做很多試驗，有可能穿著航太服的人員都要進行試穿。
在執行出艙活動前，艙外航太服支援崗的科研人員對艙外航太服及其艙載設備進行了24小時測試，確保供氧、供電、供水、通信等功能正常。其中，服裝氣密性檢查是重點項目——在真空中，人體血液中的氮氣會變成氣體，因此必須給航太服加壓充氣，否則航太員就會因體內外的壓差懸殊遭遇生命危險。
在艙外航太服的製作上，每一道工序和工藝都必須精益求精。據了解，僅做一副艙外航太服下肢限制層就要耗時260多個小時，而裝配一套艙外服更是需要近4個月的時間。一套由100余個單機產品組成的艙外航太服在單機研製生產和系統總裝過程中要經過嚴格的自檢、互檢、專檢3道程式，還要進行環境試驗、壓力性能試驗和工效驗證與評價等，確保品質萬無一失。
出艙活動中，中國航太員頭盔上的金色面窗讓人人印象深刻。作為在太空中觀察外界的窗口，艙外航太服的頭盔面窗有4層結構——裏層是雙層的壓力面窗；中間層充氮，起到隔熱和防結霧作用；外層則是在軌可更換的防護面窗。
中國航太員中心研發與總裝測試部副部長鄧小偉說，為了讓頭盔絕對安全可靠，製作使用的承壓材料要經過多輪選擇、測試，而除塵、粘膠、縫合、密封等47道工序需要花費兩個月。其中，僅面窗除塵一項工序，就需要先吹洗，再不間斷擦拭兩小時左右，直到肉眼看不到一絲灰塵。
鄧小偉說，在雙層壓力面窗製作過程中，有一次有兩粒密封膠的碎末進入了密封的面窗夾層。科技人員嘗試了各種辦法，最終只能將碎末掃除到邊緣區域。為了做出完美的面窗，技術人員改變了生產工序，徹底解決了密封膠穿刺產生多餘物這個問題。
