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航天员出舱作业为什么不会“飘走”? 南航专家解析中国空间站航天员第五次出舱作业
2022/09/01 22:39  新华报业网  

  9月1日,神舟十四号航天员航天员陈冬、航天员刘洋成功从问天实验舱气闸舱出舱,开始舱外活动。这是我国航天员在中国空间站进行的第五次出舱作业,也是首次从问天实验舱气闸舱出舱实施舱外活动。相比较中国空间站前四次的出舱作业,第五次有哪些变化?航天员在太空中“干活”,为什么不会飘走?记者特邀南京航空航天大学的专家进行了解析。

  出舱是从上往下“钻”,首先看到地球景象

  此前,中国空间站已经进行了四次出舱作业,航天员都是从天和核心舱的节点舱出舱。第五次出舱和前四次相比,最大的变化或许是航天员的舒适程度。根据已经公开的信息,相比此前的天和核心舱节点舱,更新换代后的“大房间”——问天实验舱气闸舱活动空间更大、更便捷,航天员们可以更从容地走出家门、遨游太空。不同于以往的从下往上“爬”,从问天气闸舱出舱是从上往下“钻”,因此,神十四航天员出舱后不会先看到星空,而是会率先看到地球景象。

  出舱期间,两位航天员需要完成安装脚限位器和舱外工作台等工作,还将在小机械臂的支持下,进行问天实验舱扩展泵组安装、问天实验舱全景相机抬升等作业,并开展舱外自主转移应急返回能力验证。

  值得一提的是,本次出舱的两位航天员中,有一位女性航天员刘洋。身着新一代舱外航天服出舱,圆满完成了既定了出舱作业任务。此前,航天员王亚平也曾成功出舱,成为中国首位实施出舱活动的女航天员。南京航空航天大学航天学院教授闻新告诉记者,此前在国际空间站里,虽然也有女性航天员的身影,但她们出舱的次数很少。“这是因为女性接受辐射的阈值是要低于男性的,因此在太空作业时,身着航天服的男性会更加适合。但我国能够两次安排女性航天员出舱,充分说明我国在舱外航天服的设计上有了更完善的设计,尤其是在抵挡辐射方面更加安全。这也是航天综合实力的一种展现。”

  航天员出舱为什么不会“飘走”?

  在失重的太空中,航天员在空间站里活动都靠“飘”。因此有读者提出疑问,航天员出舱进入太空,为什么不会“飘走”?专家告诉记者,无论是在空间站的舱内还是舱外,科研人员都安排了好多个“把手”,航天员“飘”起来移动是需要借力来完成的,因此,只需要握紧把手,便可以成功实现移动。舱外航天服也有安全绳做保障。

  最重要的一点,航天员在进入太空前,为了确保失重环境下作业的准确无误,需要在地球上经历艰苦的水下训练考验。

  闻新教授介绍,水下训练锻炼的正是航天员在失重环境下的工作能力。水下环境里,因为浮力和重力相抵消,科研工作者可以为航天员模拟出失重的状态。在失重的环境下吃饭、工作,甚至是穿脱航天服都是“难题”。

  记者了解到,航天员的水下训练,有南航科研人员的贡献。应航天员中心、上海宇航系统工程研究所委托,南航机电学院张得礼副教授领衔课题组参与研制了“水下机械臂及其智能控制系统”,该系统逼真地模拟了空间站出舱活动的机械臂转运以及定点作业支持工况,是出舱活动任务工程实验验证和航天员训练的重要保障。

  在航天员中心总体单位指导下,上海宇航系统工程研究所联合课题组经过技术途径仿真验证、总体方案设计、工程实施、调试联试以及试运行,创新性研制出了国内首台10米级水下大作业空间、高可靠性、高安全性水下机械臂。

  其中,课题组面向模拟失重环境的中性浮力水槽航天员训练任务,开展了水下机械臂控制系统、人机交互系统以及供配电支持系统的学术研究与工程研制。据介绍,课题组研制的内容作为整系统核心指挥枢纽。突破了基于多传感融合和基于优化算法的水下路径规划技术、水下机械臂人机交互控制技术、虚拟孪生的大尺寸空间碰撞检测预测技术、水下安全监控技术等,有力保障了整系统的可靠、高效运行,是水下机器人控制技术在载人航天模拟失重训练应用的一次突破。

  新华日报·交汇点记者 杨频萍

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责编:郑亚群

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