□叶诠之

“神舟七号”：中国空间站的“渡船”

□叶诠之

2008年9月25日21时09分，“神七”飞船在全世界目光的关注下，在酒泉卫星发射中心点火升空，把翟志刚、刘伯明、景海鹏三名航天员送上太空。27日，翟志刚身着我国研制的“飞天”舱外航天服，在身着俄罗斯“海鹰”舱外航天服的刘伯明的辅助下，在距地343千米的轨道上，在飞船每秒7千米速度的运动中，克服真空杀手、宇宙射线等阻碍，进行了19分35秒的出舱活动。这是航天员翟志刚的一小步，却是中国人和平利用太空的一大步。

28日17时37分，在太空飞行2天20小时27分35秒后，三位航天员平安健康返回。“神七”飞天的成功，表明“神七”飞船实现航天员在舱内自由活动的突破，表明中国飞船的舱内环境技术已经有质的飞跃，更表明我国从此成为继俄美之后世界上第三个独立掌握空间出舱技术的国家，迈出了太空交会对接、建立空间站关键性的一步。

那么，“神七”飞天为中国空间站建设打造“渡船”的过程中取得了哪些突破呢？

将“飞船”穿在身上

“神七”航天员出舱活动，舱外航天服是一项关键技术。舱外航天服为航天员提供三方面的保障：一是辐射、真空、微流尘等环境的防护；二是生命保障，也就是要保持一个适合航天员生存的气体和温度湿度环境；三是良好的功效保障，保证航天员穿着舱外航天服能开展维修器材等太空作业。可以说，舱外航天服就是一个“穿在身上的飞船”。

我国的舱外航天服取名为“飞天”，身长最高能达到2米，躯干像盔甲，四肢像面包，背上还有一只1.3米高的大背包，重量120千克……很像一件加厚、特大号的羽绒服。服装通体纯白，从上到下依次由头盔、上肢、躯干、下肢、压力手套和航天靴等组成。其中结构最复杂的是躯干部分，由特殊防静电处理过的棉布织成的舒适层、橡胶质地的备份气密层、复合关节结构组成的主气密层、涤纶面料的限制层、通过热反射来实现隔热的隔热层、最外面的外防护层组成。舱外航天服的四肢装有调节带，通过调节上臂、小臂和下肢的长度，身高1.60～1.80米的人都能穿上这套衣服，相当于一只设备齐全的“迷你飞船”，可保证航天服内航天员4小时的出舱活动，并可重复使用5次。

实际上舱外航天服是由两部分组成的“套装”。第一部分是航天员“穿”舱外服之前要准备的“4件内衣”，也就是在首先穿上贴身内衣以后，要穿一件能够测量心跳、体温的生理背心，接下来是防静电的连体内衣，最后一层是给人体散热的液冷通风服，然后戴上通讯装备。液冷通风服是由尼龙弹性纤维和穿在上面的许多输送冷却液的塑料网状的细管制成，主要是吸收航天员散发出的热量。

第二部分就是一套完整的舱外服。它的最里层是加压气密层，要供给航天员呼吸的氧气，因为氧气无法从外部空间来，所以这一层也是供氧气层。氧气层外面要有限制层，因为不能让0.29个大气压的氧气膨胀，否则衣服膨胀起来，航天员活动就不方便，所以要有一个一定厚度的限制层。外层是防护材料，具备防辐射、防紫外线、抗骤冷、骤热，抗流星、空间碎片撞击等功能，一共十几层，还有连接其它装具的接口。例如，与航天员舱外活动时的脐带连接，与身背携带式生保环境装备、载人机动装置连接等。“穿”这套舱外服时，航天员需要先把双腿伸进航天服的下肢，将臀部放在航天服的背包沿上，然后关闭背包门，把自己裹在庞大的航天服中。

中国制造的舱外航天服不但能适应太空行走，还非常的舒适。对于中国航天来说也是一大突破，因为此前中国的航天服有从俄罗斯进口的“海鹰”号，但这种航天服比较笨重，无论在舱内活动还是舱外都非常不方便。现在中国自主研制的“飞天”航天服技术“堪比美国”。

运载火箭新性能惊人

由于“神七”将会搭载3名航天员、重达120多千克的舱外航天服以及航天员7天太空生活所需物品，故与“神六”相比，“神七”载荷有所增加，这对运载火箭的推力提出了更高要求。为此，发射“神七”飞船的长征二号F火箭作了36项技术改进，进一步提高了可靠性和安全性。特别是针对火箭上升振动进行了较大改进，提高了乘坐的舒适性。一项是在火箭助推器内安装了“变能蓄压器”，目的是进一步降低火箭上升过程中的振动，令航天员乘坐起来更舒适。另一项是把二级尾舱增压系统的导管材料由铝合金换成了不锈钢，进一步提高火箭的可靠性。此外，还在火箭关键部位安装遥测图像测量装置，实时监视和记录火箭主要飞行动作。

长征二号F运载火箭是按照载人航天工程技术指标重新研制的。火箭由四个液体助推器、芯一级火箭、芯二级火箭、整流罩和逃逸塔组成，总高度约58.3米，总重约480吨，可将8吨重的有效载荷送入近地轨道。

长征二号F运载火箭的故障检测处理系统和逃逸系统是为确保航天员的安全而增加的。火箭共设计了310种故障报警装置，在航天员进舱前和进舱后至飞船入轨前，监测运载火箭状态，当发生相应的故障报警时，“神七”航天员都有一套安全逃生的法宝。比如，在登船阶段如果出现险情，航天员仍在塔架上尚未进舱，他们可就近跳进塔架上的“逃逸布袋”进行逃生。这“布袋”是用一种弹力很强的特殊帆布制成的逃逸滑道。航天员可以像乘软滑梯一样从数十米高的发射塔上层一直滑到地下室的安全地区。“神三”、“神四”飞船发射前进行训练时，14名航天员从发射塔到地下室，最慢只用了5秒钟时间。

由此可见，长征二号F型火箭可靠性指标已高达0.97，航天员安全性指标达到0.997，是目前国内可靠性、安全性指标最高的运载火箭。它曾成功地将7艘“神舟”飞船送入太空预定轨道，发射成功率达到100%，其可靠稳定的飞行性能得到了检验。

释放神奇的小伴星

“神七”载人飞船通往太空的道路并不寂寞，和它相伴升空的是一颗在上海“孕育”出生的微小卫星。“神七”发射升空后，在341千米高度的绕地轨道上飞行第31圈时放飞了飞船携带的这颗小卫星，也就是“伴星”。“伴星”上的立体相机对飞船进行照相和视频观测，恰如“神七”的“随行记者”。

伴飞小卫星像个方盒子，体重不到40千克，体积是450毫米×430毫米×450毫米，在地面控制和航天员的操作之下由弹簧机构推出进入轨道。但麻雀虽小，五脏俱全，伴星作为一个小卫星，有六大功能：光学成像，大容量压缩存储，机动变轨，自主导航，多模式指向，测控数传。所以，伴星释放以后，本身能够实现极其精确的变轨和自动控制。

小卫星上携带有安装了两个镜头的相机——宽视场和窄视场，一个看得宽一些，一个看得窄一些，可以在短距离内拍摄到非常清晰的照片。每张照片像素大约有700k，相当于普通的数码相机的清晰度。小卫星有大容量的存储功能，传输速度也很快，每秒钟能传输几百万兆比特，所以小卫星拍摄的飞船照片都会快速地传到地球。

其实，伴飞小卫星是“神七”载人航天应用方面的一项新技术试验——伴随飞行的试验。小卫星近距离环绕、伴飞，不仅本身已经是很具价值的试验，而且做到由地面和飞船上控制它后，为两艘无人的航天器相互接近、环绕、对接甚至捕获积累经验，也为下一步我国的两个飞行器对接所需的变轨、观察等动作做飞行试验。这在西方国家最近才开始试验，而我国在“神七”飞天任务中就开始运用这项技术了，的确是很了不起。

此外，开展伴随卫星的试验，也为发展空间应用技术和为主航天器提供服务开拓一个新途径。比如说空间站或者空间实验室，可以延伸大的飞行器的功能；再比如，观测外表检查可能的损伤，来对大飞行器或空间站进行服务。

生死攸关的出舱行走

航天员出舱行走是“神七”飞船成功飞天的关键。太空行走的风险很高，从国际航天经验上看，有五个因素关系着成败：太空环境、气闸舱、舱外航天服、机动装置和人为因素。

最令人难忘的是世界上第一次太空行走的故事。那是1965年3月18日，“上升2号”飞船成功到达轨道后，前苏联航天员列昂诺夫准备出舱。他首先背上应急背包，并将脐带式软管与飞船相连，然后进入气闸舱。另一名航天员别列亚耶夫关闭上气闸舱的舱门，对气闸舱进行减压，列昂诺夫打开通向太空的舱门，然后就离开飞船。

开始时他感到很顺利，但10分钟以后就出现了意想不到的问题。他的航天服像气球一样膨胀，不仅使他不能在太空活动，而且膨胀力还使他的手和脚要从太空手套和太空鞋中被挤出来。这时列昂诺夫已经不能工作，由于手指不能弯曲，手也不能抓住气闸舱上的扶手，因此太空行走12分钟以后他准备返回飞船。列昂诺夫没有征求地面控制中心的意见，擅自决定将航天服内氧气的0.39个大气压力调低20%。因为他认为自己一直都在呼吸纯氧，所以不会得减压病。这样，航天服就不再膨胀了。但是当他返回气闸舱时，又出现了另一个问题。因为慌乱，他忘了先进脚后进头的顺序，而是颠倒了顺序先进头后进脚。

这一下麻烦了。气闸舱的直径是1米，而列昂诺夫穿着航天服的身高是1.9米，因此他不能在圆筒形的气闸舱内将身体倒转过来关闭身后的舱门。任凭他反复弯曲自己的身体，想将身体倒转过来，但都无济于事。他不得不冒着患减压病甚至死亡的风险，再次调低航天服内的压力，最后他终于转过身来将气闸舱的舱门关闭上，再对气闸舱重新加压，并回到飞船座舱中。这时他已大汗淋漓，航天服里面全是汗水。

列昂诺夫的太空行走险象环生，人类的首次太空行走并不顺利，这跟在载人飞船上安装技术不成熟的气闸舱有一定关系。因此，1969年1月16日，“联盟5号”航天员进行太空行走时，载人飞船上就没有气闸舱，航天员是在飞船座舱减压后打开舱门直接出舱的。

再看“神七”飞船，它在轨道舱旁专门建立一个小的房间做气闸舱。什么叫气闸舱呢？实际上是在“神七”的轨道舱中设计的一个“夹层”，是一个小的单独封闭的房间，分别有两道门：一道门是对着外层空间开启的，另外一道门是和轨道舱连通的。在太空的真空状态下，航天员要出舱首先要把轨道舱里的压力泄除，就是出舱前先要“减压”，这样内外压力平衡，舱门才能打开，航天员才能出得去。也就是说，航天员出舱之前，他先把内舱门打开，进入了气闸舱以后穿上充满氧气的航天服。穿上航天服时，内门就要关闭，航天员在舱内先有一个适应的过程，排氮吸氧，适应整个身体循环系统。等到要出舱时就打开外门，一打开外门以后，整个气闸舱和外界通了，就是真空环境了。从太空返回进入航天器时也是这样，先打开外门进来，然后把外门关闭，要“升压”，恢复到原来舱里的氧气浓度和压力标准，然后把航天服脱掉以后，再打开内门，再进入，其原理类似潜水员进出正在深海中的潜艇。如果没有这个气闸舱作为过渡舱，一打开门，座舱的气体全部泄漏，里面也变成真空状态了，如果航天员不穿航天服的话，就会窒息。

所以，航天员要离开航天器进入开放的太空，必须使用复杂的出舱活动系统硬件，它包括气闸舱、装有便携式生命保障系统的舱外航天服和载人机动装置，其中任何一个出现故障都会有危险。因而，我国“神七”飞船气闸舱的成功设计，为我国载人航天工程迈出了可喜的一步。