航天員在太空中“干活”，為什么不會“飄”走？

9月1日，神舟十四號航天員陳冬、劉洋成功從問天實驗艙氣閘艙出艙，開始艙外活動。這是我國航天員在中國空間站進行的第五次出艙作業(yè)，也是首次從問天實驗艙氣閘艙出艙實施艙外活動。相比較中國空間站前四次的出艙作業(yè)，第五次有哪些變化?航天員在太空中“干活”，為什么不會飄走?記者特邀南京航空航天大學(xué)的專家進行了解析。

出艙是從上往下“鉆”，首先看到地球景象

此前，中國空間站已經(jīng)進行了四次出艙作業(yè)，航天員都是從天和核心艙的節(jié)點艙出艙。第五次出艙和前四次相比，最大的變化或許是航天員的舒適程度。根據(jù)已經(jīng)公開的信息，相比此前的天和核心艙節(jié)點艙，更新?lián)Q代后的“大房間”——問天實驗艙氣閘艙活動空間更大、更便捷，航天員們可以更從容地走出家門、遨游太空。不同于以往的從下往上“爬”，從問天氣閘艙出艙是從上往下“鉆”，因此，神十四航天員出艙后不會先看到星空，而是會率先看到地球景象。

出艙期間，兩位航天員需要完成安裝腳限位器和艙外工作臺等工作，還將在小機械臂的支持下，進行問天實驗艙擴展泵組安裝、問天實驗艙全景相機抬升等作業(yè)，并開展艙外自主轉(zhuǎn)移應(yīng)急返回能力驗證。

值得一提的是，本次出艙的兩位航天員中，有一位女性航天員劉洋。身著新一代艙外航天服出艙，圓滿完成了既定的出艙作業(yè)任務(wù)。此前，航天員王亞平也曾成功出艙，成為中國首位實施出艙活動的女航天員。南京航空航天大學(xué)航天學(xué)院教授聞新告訴記者，此前在國際空間站里，雖然也有女性航天員的身影，但她們出艙的次數(shù)很少。“這是因為女性接受輻射的閾值要低于男性，因此在太空作業(yè)時，身著航天服的男性會更加適合。但我國能夠兩次安排女性航天員出艙，充分說明我國在艙外航天服的設(shè)計上有了更完善的設(shè)計，尤其是在抵擋輻射方面更加安全。這也是航天綜合實力的一種展現(xiàn)。”

航天員出艙為什么不會“飄走”?

在失重的太空中，航天員在空間站里活動都靠“飄”。因此有讀者提出疑問，航天員出艙進入太空，為什么不會“飄走”?專家告訴記者，無論是在空間站的艙內(nèi)還是艙外，科研人員都安排了好多個“把手”，航天員“飄”起來移動是需要借力來完成的，因此，只需要握緊把手，便可以成功實現(xiàn)移動。艙外航天服也有安全繩做保障。

最重要的一點，航天員在進入太空前，為了確保失重環(huán)境下作業(yè)的準確無誤，需要在地球上經(jīng)歷艱苦的水下訓(xùn)練考驗。

聞新教授介紹，水下訓(xùn)練鍛煉的正是航天員在失重環(huán)境下的工作能力。水下環(huán)境里，因為浮力和重力相抵消，科研工作者可以為航天員模擬出失重的狀態(tài)。在失重的環(huán)境下吃飯、工作，甚至是穿脫航天服都是“難題”。

記者了解到，航天員的水下訓(xùn)練，有南航科研人員的貢獻。應(yīng)航天員中心、上海宇航系統(tǒng)工程研究所委托，南航機電學(xué)院張得禮副教授領(lǐng)銜課題組參與研制了“水下機械臂及其智能控制系統(tǒng)”，該系統(tǒng)逼真地模擬了空間站出艙活動的機械臂轉(zhuǎn)運以及定點作業(yè)支持工況，是出艙活動任務(wù)工程實驗驗證和航天員訓(xùn)練的重要保障。

在航天員中心總體單位指導(dǎo)下，上海宇航系統(tǒng)工程研究所聯(lián)合課題組經(jīng)過技術(shù)途徑仿真驗證、總體方案設(shè)計、工程實施、調(diào)試聯(lián)試以及試運行，創(chuàng)新性研制出了國內(nèi)首臺10米級水下大作業(yè)空間、高可靠性、高安全性水下機械臂。

其中，課題組面向模擬失重環(huán)境的中性浮力水槽航天員訓(xùn)練任務(wù)，開展了水下機械臂控制系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)以及供配電支持系統(tǒng)的學(xué)術(shù)研究與工程研制。據(jù)介紹，課題組研制的內(nèi)容作為整系統(tǒng)核心指揮樞紐。突破了基于多傳感融合和基于優(yōu)化算法的水下路徑規(guī)劃技術(shù)、水下機械臂人機交互控制技術(shù)、虛擬孿生的大尺寸空間碰撞檢測預(yù)測技術(shù)、水下安全監(jiān)控技術(shù)等，有力保障了整系統(tǒng)的可靠、高效運行，是水下機器人控制技術(shù)在載人航天模擬失重訓(xùn)練應(yīng)用的一次突破。(楊甜子)