太空行走的作用

宇航员的太空行走在不同的历史时期有不同的目的。苏联宇航员阿列克谢·列昂诺夫在1965年3月第一次飞出舱外时,他的目的有两个:一是在载人航天活动中取得技术突破,二是使苏联在航天技术上领先于美国,在世界上有很大影响。美国也不甘示弱。同年6月,美国的怀特在双子座4号飞船飞行时也飞出了舱外。从那以后,舱外活动的技术就有了两个研究所,人们才开始谈论太空行走的实际意义。

从多次出舱登月过程中的月面活动来看,太空行走的作用和意义是巨大的。它的意义和作用是完成太空作战。比如修复载人飞船或者其他飞船上损坏的部件。美国人通过太空行走修复了天空实验室、太阳峰卫星、哈勃太空望远镜。建立一个空间站。苏联宇航员修理礼炮空间站,通过太空行走组装和维护和平号空间站。目前正在建设中的国际空间站需要宇航员进行多次舱外活动,然后才能在轨道上组装。登月体现了宇航员在太空行走和太空行动中的巨大作用,为人类进入外太空和其他星球奠定了良好的基础。

有史以来第一次。

1965年3月18日,苏联发射了搭载别列亚耶夫和阿列克谢·列昂诺夫的“升天”2号飞船。在飞行中,阿列克谢·列昂诺夫进行了世界太空史上的首次太空行走。他在离飞船5米的地方走了12分钟。他离开了“升天2号”飞船的太空舱,系着安全带在茫茫太空中行走。后来由于太空活动的需要,阿列克谢·列昂诺夫穿上了新型的宇航服,内裤是用通心粉形的管子做成的,总长100米。流经管内的冷水可以吸收宇航员散发的热量,并将其并排送入太空。给这类内衣套上层层外套,同样层数的手套,金属网靴,加固树脂头盔,保证在密封舱外安全活动。1965年,苏联宇航员阿列克谢·列昂诺夫走出“升天”2号飞船,从而成功实现了人类在太空的首次出舱活动。这次出舱活动将理论付诸实践,真正打开了通往太空的大门。

这是一次非凡的航行。虽然飞船从升空到返回地面仅用了26个小时,但阿列克谢·列昂诺夫和他的指挥官别利亚耶夫却多次徘徊在生死边缘。万无一失一直是人类探索太空的基本原则,这次航行中遇到的事故数量足以载入吉尼斯世界纪录。

苏联的太空行走计划真的是匆忙实施的,因为美国也在进行这方面的研究。出于安全考虑,苏联率先将无人侦察飞船送入轨道,收集太阳辐射、高能粒子流等多种因素对宇航员身体影响的数据。然而,在返回地面的过程中,飞船意外启动自爆程序,与宇航员生命相关的珍贵数据消失得无影无踪。

两位宇航员确切地知道他们被期望做出什么选择:美国几乎准备好了,尽管他们的宇航员只准备伸出飞船,但这也将作为人类第一次进入太空而被宣传。

飞船刚一起飞,就有麻烦了。原定进入距地球30万米的轨道,但实际高度达到50万米。然而,真正的危险还在后头。列昂诺夫穿着特殊的多层宇航服,不仅可以保持恒温,还拥有生命支持系统,可以支持宇航员在太空工作一小时。地面上的气压训练室只能模拟相当于距离地球9万米高空的气压,但当航天员走出飞船时,周围是一片真空。

为了防止宇航服膨胀变形,阿列克谢·列昂诺夫特意在上面绑了很多带子。完成太空行走后,他突然发现,由于宇航服膨胀,他无法返回飞船。列昂诺夫果断地降低了生命维持系统的气压。

阿列克谢·列昂诺夫头朝下进入宇宙飞船。他这样做是为了确保手中的相机万无一失,但关闭舱门却很困难。舱内的截面直径只有120cm,而宇航服的高度是190cm。阿列克谢·列昂诺夫试图旋转她的身体。虽然从发现宇航服膨胀到飞船舱门关闭,前后只有210秒,但阿列克谢·列昂诺夫承受的心理和生理压力是无法想象的:他体重减轻了好几公斤,每只靴子里都积了3升汗。

1965年6月5日,美国宇航员怀特也走出了双子座4号飞船的密封舱,在太空行走了20分钟。完成了目测、拆卸等实验。飞船配有气闸舱,所以列昂诺夫是第一个出舱的人。

自从载人航天飞行以来,宇航员已经完成了近百次太空行走。然而,在1984之前的60多次太空行走中,宇航员不仅要穿上特制的宇航服,还要用安全带和“脐带”供给氧气和电力与飞船连接,防止他们在太空中飘走。

1965年6月3日,美国发射双子座4号飞船,搭载宇航员麦克迪维特船长和怀特船长,绕地球62圈。怀特在舱外行走了21分钟,并使用喷气装置在太空中操纵自己。这是美国首次太空行走。怀特乘坐的是双子座4号飞船,没有配备气闸舱,所以直接打开舱门出舱。由于双子座飞船搭载的是两名宇航员,而且这两名宇航员在同一个驾驶舱内,当怀特打开舱门时,舱内的另一名宇航员麦克迪维也暴露在宇宙真空环境中。按照苏联的定义,只要宇航员暴露在宇宙真空环境中,即使在太空行走,麦克迪维也是“不出舱坐在座位上的太空行走”。遗憾的是,美国并不承认这个定义,所以麦克迪维尔仍然无法排在太空行走的宇航员名单中。

1984年7月7日,苏联发射了联盟T12号飞船。该船载有扎尼·拜科夫、沃尔克和一名女宇航员萨维卡·亚,并与礼炮7号空间站-联盟T10航天器综合体对接。1984年7月25日,她从礼炮7号空间站进行了一次太空行走,她和另一名男航天员一起出舱。25日,萨维卡娅和扎尼·拜科夫进行了3小时35分钟的舱外活动。萨维卡成为世界上第一个在太空行走的女性。

第一个在月球上行走的人

美国阿波罗宇航员阿姆斯特朗乘坐阿波罗11于1969年7月20日登上月球,第一个走出登月舱登上月球。他在月球上停留了2小时31分钟。与阿姆斯特朗同行的另一名宇航员奥尔德林跟随他登上月球,在月球上停留了2小时31分钟。

2007年6月3日,165438+美国宇航员帕拉金斯基完成了持续7个多小时的太空行走,并成功修复了一块太阳能电池板。由于电池板仍在充电,损坏点距离工作舱有半个足球场远,帕拉金斯基不得不“行走”近一个小时。英国《泰晤士报》曾评论说,这次任务是美国航天史上最危险的太空行走。

火车

航天员进行太空行走训练(失重训练)主要有两种方式,一种是使用失重水箱,另一种是使用失重飞机。

使用失重坦克:

在地面上,中性浮箱产生的漂浮感可以用来模拟和训练航天员在失重状态下工作和保持。

使用失重飞机;

可以完成抛物线飞行,形成微重力时间15-40秒。宇航员可以感受、体验和熟悉失重环境。在失重时间,他们可以做各种实验,比如吃饭、喝水、穿脱衣服、闭眼睁眼,甚至把一个舱室搬进机舱,还可以在失重时间进行人爬出舱室的实验,训练出舱活动。

影响因素

有五个因素使得太空行走更加危险。一是太空中的环境因素,二是气闸舱,三是舱外航天服,四是移动装置,五是人的因素。

太空处于真空状态,没有大气层的保护,温度变化很大。有阳光时温度可高于100℃,无阳光时可低于-200℃。同时,还有各种各样的辐射会对人体造成伤害。为了保证航天员在出舱活动中能够安全、健康、有效地完成任务,需要有舱外航天服、航天员乘坐出舱的移动装置、完成任务所需的工具、固定航天员身体的设备和安全带。舱外航天服是舱外活动中最重要的装备,相当于一个微型飞船。它将宇航员的身体与太空中的恶劣环境隔离开来,为他们提供大气压、氧气等各种条件来维持生命。由于飞船、空间站、航天飞机等载人飞船密闭舱内的人工气压和空气成分与地面基本相同,人体吸收了一定量的氮气,而航天服内的气压较低,仅为大气压的27.5%。如果航天员突然出舱,遇到低气压后将无法供血,但溶解在脂肪组织中的氮气无法通过血液携带到肺部形成气泡,可能造成空气栓塞堵塞血管,引发严重疾病。因此,航天员出舱前需要吸纯氧排出体内氮气,消除隐患。

宇航员在太空行走,由于没有参照物,无法分辨物体的距离,也无法判断物体的速度。没有保险措施,很容易迷失在茫茫太空中,成为人类的卫星。所以太空行走需要采取保险措施——用安全带把宇航员和飞船连接起来,防止宇航员在太空中迷路。

为了预防减压病,航天员出舱前也要吸氧、吸氮。生活在地球表面时,大气对人体的压力是一个大气压。在这种压力下,人体不仅正常生活,还与外界进行气体交换。但如果外界气压下降太多,人体组织内的气体就会因为外界气压低而逸出。氧气是人体需要的,它可以逃到任何地方。但人体组织中的氮气逸出,会引起皮肤瘙痒、关节和肌肉疼痛、咳嗽和胸闷。这种从高压到低压的变化导致的疾病就是减压病。如果载人飞船设计的乘员舱采用接近地面大气的压力系统,航天员进入飞船时就没有必要吸氧排氮。如果采用半个大气压(60%氮气,40%氧气)的压力系统,航天员在进入载人飞船之前,必须将体内多余的氮气排出,用氧气替代。这是因为在一个大气压的普通空气中生活时,氧气在人体内只占265,438+0%左右,而氮气约占79%。

航天员出舱活动时,所穿的航天服系统内的压力低于舱内压力。载人航天使用的航天服只有低压航天服,还没有研制出实用的高压航天服(航天服内压力过高,不仅工程实施难度很大,而且航天员活动和操作也很困难)。因此,航天员出舱(舱内采用大气压力系统)时,必须先将体内多余的氮气排出,再穿上低压航天服,用氧气取而代之。方法是吸入纯氧。这个过程简称为吸氧排氮。吸氧和除氮也需要时间。如果航天服内压力比较高,或者接近舱内压力水平,舱内氧气含量高,吸氧排氮时间就短,否则就长。

装备气闸舱

航天员主要穿着舱外航天服,在气闸室内吸收氧气和氮气。气闸室是载人飞船中航天员进入或返回太空的气密装置,是航天员出舱进入太空必不可少的缓冲区。

功能

在宇航员进入真空之前,气闸起到了适应的作用。

确保飞船的气体在舱门打开时不会完全跑掉。

结构

气闸舱一般有两个门,一个和驾驶舱相连的叫内门,另一个是可以通往太空的外门。

步骤

1.首先,穿上宇航服,获得足够的氧气。一名协助这项工作的宇航员将返回轨道舱并关闭舱门。

2.航天员出舱时,首先要走出内闸门,然后关闭内闸门,将气闸室内的空气抽入舱内。3.当气闸里的压力和外太空的压力相等时,你就可以打开外门,进入外太空。当宇航员返回气闸时,他们以相反的顺序操作,这很像一艘船通过水闸。

航天服

舱外航天服实际上是最小的载人飞船,是航天员出飞船进行舱外工作时必须穿戴的防护装备。

功能

拥有舱内宇航服的所有功能。

增加了防辐射、隔热、防微陨石、防紫外线等功能,并在服装中增加了液冷系统(液冷服)。

配有背包生命维持系统。

结构

主要由外套、气密限制层、液冷通风服、头盔、手套、靴子和背包装置组成。

其结构特点是采用坚硬的上躯干,其上安装两臂和生命保障系统部件,头盔和上躯干为一体,使其不能跟随航天员头部的运动,通过气密轴承和单自由度关节保证四肢各关节的活动能力。有硬结构和软结构,是混合结构,软部分采用气囊和约束结构。护套是由多层防护材料组成的真空隔热屏蔽层,具有防辐射、隔热、防火和防微陨石的功能。气密约束层是舱外航天服最重要的部分,通常由无毒、重量轻、抗压强度高、伸长率小的材料制成。它的作用是保持服装的气密性,限制服装的膨胀,使各关节有一定的活动度。液冷通风服穿在不透气的限制层里,衣服的躯干和四肢分布着塑料细管,可以在液体流动时带走热量。此外,它还配有通风管道。头盔有两种,都是通过衣领与服装相连。一种是车窗可以随意开关,紧急减压时可以自动或手动关闭并自锁。另一种是聚碳酸酯成型的头型外壳,平时不佩戴,需要时佩戴。头盔外面还有防护罩和护眼遮光装置。手套、靴子和服装通过连接件连接,袜子和气密限制层连接成一个整体,通常有三种型号可供选择。

背包装置又称便携式生命保障系统,主要由氧源(气瓶)及供气调压组件、水升华器及水冷循环装置、空气净化组件、通风组件、通信设备、应急供氧子系统、控制组件及电源、报警子系统和遥测子系统等组成。它可以为宇航员呼吸提供氧气,控制服装内的压力和温度,去除航天服内的二氧化碳、异味、湿气和微量污染。航天员出舱时,背包装置和舱外航天服配合使用,可以保证航天员出舱8-9小时。

机械手

由于空间作业环境条件恶劣,作业精度要求极高,在国际空间站的建造过程中,需要使用机械臂帮助或代替航天员完成一些微小设备的运输和安装任务。

国外主要案例

著名的成功故事

太空行走的世界冠军是俄罗斯的索罗沃夫。他进行了16次太空行走,他在太空的总停留时间为77小时41分钟。

在一次太空行走中,两名宇航员赫尔姆斯和沃斯在太空停留的时间最长。他们于3月11离开国际空间站,在太空停留了8小时56分钟,将近9个小时。美国国家航空航天局的要求是6个小时,一般宇航员在太空停留的时间是7个小时左右,所以在太空停留8小时56分钟已经达到了太空行走时间的极限。

著名的失败案例

气闸舱系数

1993 65438+2月,STS-61号航天飞机的舱门被堵住,影响了宇航员的太空行走。

1996 165438+10月,航天飞机STS-80上的气闸舱舱门也出现了问题。由于舱门插销启动器被一颗松动的螺丝卡住,气闸舱舱门无法打开,宇航员无法出舱。

舱外航天服因素

1982 165438+10月,在航天飞机STS-5的飞行过程中,一名宇航员的太空行走因其宇航服出现故障而被取消。

1984年4月,STS-41C号航天飞机上的宇航员遇到了“尿液污染问题”。这次太空行走的主要任务是修复卫星,但由于载人移动装置因停放位置不当未能固定需要维修的卫星,维修任务失败。

机动设备因数

由于设备问题,国际空间站的第53次太空行走提前结束。这次出舱活动是国际空间站第九长期考察组的首次出舱活动。始于2004年6月24日格林尼治时间21: 56(北京时间6月25日凌晨5: 56),止于22: 10(北京时间6月25日凌晨6: 10)。整个出舱过程。失败的原因是宇航员迈克·芬克的主氧气瓶减压过快。这是国际空间站上最短的太空行走。

人为因素

1985年4月,STS-51D号航天飞机上的一名宇航员在太空行走中出现了人为失误。他不小心走过了航天飞机的机翼,差点回不了驾驶舱。

2007年8月15日,奋进号航天飞机的一名机组人员被迫提前结束太空行走,原因是宇航服的手套上发现了一个小洞(如右图所示)。

中国

中国载人航天工程办公室新闻发言人2008年9月12日宣布,神舟七号飞船执行任务期间,飞行乘组1名航天员将出舱进行太空行走,并完成相关空间科学实验。

投放时间:2008年9月25日,晚上9: 07-10: 27。

运载火箭:长征二号F运载火箭。

聚焦:中国宇航员首次太空行走。航天员出舱时间是神舟七号发射后的第二天下午4点30分,航天员选择在神舟七号太空飞行的第29圈出舱。

航天员:搭载3人,2人进入轨道舱,其中1进行太空行走。宇航员已经被确定为翟志刚,刘伯明和景海鹏。没有女宇航员。

太空行走步骤

进入轨道舱(即气闸舱):

在第27圈,两名宇航员进入轨道舱,并关闭了返回舱的门。

穿舱外航天服:

第28圈,两名宇航员互相帮助穿上宇航服,然后吸氧排氮。

减压开门:

首先对轨道舱进行减压,与飞船外部的真空状态一致,航天员配合打开舱门。

太空行走:

一名航天员穿着国产舱外航天服出舱,另一名辅助。

舱外活动:

航天员借助舱外扶手沿轨道舱外壁移动,到达后返回。

科学实验:

宇航员释放了一颗小卫星,并用立体相机近距离拍摄了神舟七号。还有设备安装等操作。

返回客舱:

宇航员返回轨道舱后,关闭舱门。

压力:

宇航员检查舱外航天服失败,泄漏合格后,轨道舱开始复压。

舱外航天服;

大约第30圈时,宇航员脱下了舱外航天服。

神舟七号宇航服综合分析

航天员穿的宇航服按功能可分为舱内宇航服和舱外宇航服。舱内航天服也叫应急航天服。当载人飞船的舱体发生泄漏,压力突然下降时,航天员及时穿上,接通舱内供氧供气系统,服装会立即增压供气,可以提供一定的温度保护和通讯功能。航天员通常在飞船上升、变轨、着陆等事故多发阶段穿着舱内航天服,但在正常飞行中不需要穿着。

杨利伟、费龙军和聂海胜穿着舱内航天服。由于神舟七号将实现太空行走,宇航员执行舱外任务时穿着的航天服将受到更大的考验,因此在研制中需要更多的技术突破。

舱外航天服是保障航天员安全有效出舱活动的重要手段。它的基本功能是保护宇航员免受太空恶劣环境的伤害,并为宇航员提供赖以生存的微环境。随着载人航天科技的发展,航天员出舱活动越来越频繁,出舱活动时间越来越长,这对舱外航天服的设计提出了更高的要求。

舱外航天服的外层防护材料是其形成的关键,应具备舱内航天服所不具备的防辐射、防紫外线、耐急冷、耐突发热等功能。因为出舱的航天员在面向太阳的一面可能会遇到200多摄氏度的高温,在面向太阳的一面可能会遇到零下摄氏度的低温。这种骤冷骤热的变化,必须使用特殊的材料和保护层。

中国自主设计的舱外航天服可以保护宇航员免受太空微流星体的撞击,并在一定程度上过滤辐射。

隔热功能好,散热能力强。

为了应对极端的气温变化,大部分宇航服都会用很多层纤维隔热,然后在最外层覆盖一层可以反射光线的面料。在呼吸过程中,每个人都会产生热量,所以宇航员无论何时工作都会产生大量的热量。如果不排除这种热量,皮肤会产生大量汗液并覆盖头盔,宇航员会严重脱水。

宇航服里有风扇或者水冷布,可以排走多余的热量。还有一种由一系列尼龙和弹性人造纤维与橡胶管交织而成的“长内裤”。从宇航服背部或从航天飞机通过管道送来的冷水将流经这些软管,带走宇航员产生的多余热量。

全功能通信传输系统

宇航服上有一个纤维罩,里面有一个麦克风和扬声器,用于免提通信。通过宇航服中的发射器和接收器,宇航员可以与地面控制中心和其他宇航员通话。

自主电力系统

它还可以帮助宇航员在航天飞机外自由行走。在这方面,美国的宇航服是最好的。他们的舱外航天服有一个由气体驱动的操纵杆装置。每当宇航员要向某个方向移动时,就会有气体从相应的位置喷出,使宇航员移动。这个装置提供的最大速度是每秒三米。

输送营养和排泄废物

每次太空行走都会持续很长时间,身体会不断产生尿液。如果在航天飞机里走进卫生间,在平衡航天飞机和航天服压力的过程中,会浪费太多时间。因此,宇航员会穿上吸收尿液和排泄物的衣服。工作完成后,布料将被丢弃。

宇航员需要的水放在塑料袋里。塑料袋可装1.9升饮用水,由航天员口部的一根小管和一根饮水管连接。塑料袋有一个长孔,可以放贝壳食物棒,供进行太空行走的宇航员食用。

每个人都会呼出二氧化碳,宇航员也不例外。在宇航服的密闭空间里,如果不清除二氧化碳,其浓度会上升到危险水平,宇航员就会死亡。空气会先进入一个装满木炭的盒子去除异味,然后进入二氧化碳过滤部分,再经过一个风扇,在净化器去除水蒸气后再回到水冷系统。气温维持在12.8摄氏度,宇航服上的转换装置可以提供长达7小时的氧气供应和二氧化碳排除。

经典行走

前苏联宇航员列昂诺夫进行了第一次太空行走。

第一次太空行走:前苏联宇航员阿列克谢·列昂诺夫。1965年3月18日,英勇的列昂诺夫通过一个充气气密舱完成了这次历史性的太空行走。人类进入太空飞行后,开始只生活在飞船、空间站或航天飞机的密封舱里。后来由于太空活动的需要,航天员穿着宇航服进行舱外活动实验。列昂诺夫开创了人类在地球上太空行走的先例。列昂诺夫穿着一种新型的宇航服,它可以确保在太空舱外的安全活动。在第一次太空行走的最后阶段,列昂诺夫·费在返回飞船时遇到了一点麻烦。最后,他不得不释放宇航服中的气体,才能艰难地进入飞船。此后,列昂诺夫一直担任阿波罗-联盟任务苏联方面的指挥官。

人类历史上最著名的五次太空行走;

美国宇航员布鲁斯第一次没有安全绳的太空行走;

1984年2月7日,美国“挑战者”号航天飞机宇航员麦克安德雷斯和斯图尔特在没有安全绳的情况下离开航天飞机在太空行走,成为人类探索太空奥秘的第一批“人类地球卫星”。Nasa测试“载人移动装置”(载人移动装置)。宇航员可以通过载人移动设备在空中自由飞行。虽然这种设备只在三艘飞船上使用过,但这张标志性的照片是最著名的太空行走照片之一。

怀特,第一个在太空行走的美国宇航员;

苏联人列昂诺夫完成历史性太空行走三个月后,也就是1965年6月3日,美国宇航员爱德华·怀特也实现了这一壮举。在他的太空行走任务中,怀特也戴了一只特殊的太空手套。这只手套漂浮在太空舱外面,用来搜寻一些有趣的太空垃圾。怀特认为他一生中最悲伤的时刻是他被命令返回太空舱的那一刻。怀特1930 165438+10月14出生于美国得克萨斯州,1962年入选第二批美国国家航空航天局宇航员。1965年参与双子座4号飞行,完成美国首次太空行走。此后,他被选为双子座7号的候补指挥官,但没有参与飞行。1967年被任命为阿波罗飞船首飞航天员。然而,在1967年10月27日地面飞船的一次封闭训练中,Aropo飞船内部起火,怀特不幸去世,年仅36岁。

沙利文,美国第一位在太空行走的女宇航员。

第一个在太空行走的美国女性:女宇航员凯瑟琳·沙利文。凯瑟琳·沙利文带着音乐磁带和随身听进入太空。当被提醒在太空飞行时听什么音乐时,沙利文回答说:“古典音乐和打击乐。当你在太空舱里漂浮着准备入睡时,不要指望任何抒情歌曲会有效果。”沙利文也认为太空电影《IMAX蓝色星球》中的音乐最能让她感受到太空行走。

哈勃望远镜的太空行走维护

哈勃维护任务中的太空行走:美国宇航员斯托里.马斯格雷夫。也许,在所有在太空行走的宇航员中,斯托里·马斯格雷夫是最有个性的。为了顺利完成太空任务,他愿意像蝙蝠一样倒着睡。兴趣广泛,拥有医学、数学、文学等六个学位。作为历史上最优秀的宇航员之一,马斯格雷夫在1993年完成了第一次哈勃维护任务的五次太空行走中的三次。他形象地把这次太空行走比作“太空芭蕾”。事实上,哈勃维护任务中的太空行走最能体现太空行动的奇观。300多种不同的维修工具和巨型仪器处于失重状态,但仍有一定的惯性。在最后一次飞行中,马斯格雷夫留在飞行甲板上,甚至站起来面对前窗,没有系任何安全带。六次太空任务后,马斯格雷夫终于离开了美国国家航空航天局。

第六次太空行走

经过三年多的准备,担负着中国航天员首次出舱活动的神舟七号飞船,于25日晚9时10分,由长征二号F-7运载火箭点火发射,在酒泉卫星发射中心成功发射。27日下午4时40分,航天员翟志刚出舱漫步。晚上7点24分,该装置在神舟七号飞船伴飞卫星上成功释放;28日下午5点37分,神舟七号安全返回地面。

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