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点评神舟七号飞天七大看点

2008年9月21日 16:18

来源:新世纪周刊 选稿:朱永斌

  一旦完成太空行走和轨道舱对接的试验,从技术角度而言中国就已经具备了参与国际空间站合作的能力

  人们将会关注9月25日21时10分。

  这是中国载人航天火箭系统顾问组组长黄春平对媒体公布的神七发射的首选时间。如果不出意外,神舟七号将在这一时刻冲向太空。

  飞船在改进,宇航员在增加,和神五、神六相比,神七的进步在哪里?它最大的看点是什么?它要完成什么任务才算成功?

  太空上的“三居室”

  与以往“神舟”系列相比,“神七”宇宙飞船的有效载荷将会有所增加,因为多了一个人。

  本次“神七”将有3名航天员一起升上太空。太空飞船不是小公共,增加一名宇航员不是增加一个座位那么简单。没有充分准备将会给宇航员造成危险。

  1971年6月,苏联曾经在联盟11号太空船上多塞进一名航天员,只为在美国之前先达到3人登上太空的目标。这种冒险导致返回阶段,由于舱内空间狭窄宇航员无法穿着舱内宇航服。

  飞船意外漏气,无法用宇航服备用生命维护系统协助呼吸,3名苏联航天员由于急性缺氧和体液沸腾而身亡。由此可见多一名航天员绝非多一个座位这么简单。必须增加一整套生命保障系统,才能保障航天员的安全。

  除此以外,由于“神七”要进行出舱活动,还必须携带舱外航天服和7天太空生活所需的物品,所以上去的时候要携带300公斤的装备物资。

  因此神七太空船远比神六宽敞,虽然使用的推进火箭仍为长征2F,但额外增加了推力以满足任务的需要。

  为出舱活动准备的新战衣

  出舱活动是神舟七号太空船本次任务中最重要的。人们也称之为“太空行走”。

  北京大学地球与空间科学学院焦维新教授介绍说,太空行走任务是中国必须掌握的一门技术。早在30多年前苏联和美国已经掌握了这项技术,而现今美俄在太空中的活动,空间行走更被视为是一个必不可少的日常勤务工作。“国际空间站的活动中,几乎每天太空人都要进行太空行走,勘察空间站外部情况,或者维修外部损坏。实际上中国的太空活动的最终目标也是以建立太空常驻空间站为目的,因此必须具备太空行走的能力。”

  空间行走所穿的宇航服与舱内宇航服有天壤之别,舱内已经有了全套的生命维护系统,而且具有一个大气压力的舱内压力。舱内宇航服的主要作用是在上升和返回阶段,给宇航员提供额外的保护,例如具有抗荷功能,避免在上升或者返回阶段宇航员由于地球引力的关系,产生较高人体荷载对身体造成损害。如果舱内出现有毒气体泄漏或者氧气供应不足,舱内宇航服可以接入舱内的备用呼吸管道,提供氧气给宇航员,避免类似联盟11号的悲剧。

  空间行走宇航服则复杂得多,首先在宇宙空间中具有对人体可能产生伤害的宇宙射线,其次在空间中充斥着大量由宇宙飞行器零件、陨石残骸等物体组成的空间碎片(或者称为太空垃圾),由于此类空间碎片运动速度较高,可以达到每秒钟7公里(相当于军用步枪子弹初速的10倍)以上,撞击时相对速度可以达到10多公里每秒的速度。所以空间航天服的防护功能必须非常周全。避免有害的宇宙射线和微空间碎片伤害宇航员。

  系根绳子的宇航服

  由于人类在无气压条件下无法生存,所以宇航服内必须充入一定的氧气,人为制造气压保障航天员出舱后的生命安全。一般来说宇航服的压力只有常规大气压力的30%~40%,因为如果充入1个大气压力的氧气,宇航员会如同商场促销的吹气人偶那样行动困难。

  俄罗斯的舱外宇航服和美国的宇航服就有着不同的设计思路,俄式宇航服穿起来更臃肿,美式的穿起来更贴身,这就是冲入气压的不同,美式宇航服气压低,宇航员在氧气稀薄状态下工作,要更辛苦一些。

  两个国家宇航服的穿法也有不同,俄式服装要打开衣服后面的小门钻进去,而后封闭宇航服,美式则是先穿裤子,再背上带生命维持系统背包的上衣,然后把衣服上下相连保持密闭。

  两种装备各有优劣,美俄两国的宇航员曾经一起在国际空间站进行过太空行走。当时选用的是俄式舱外宇航服,因为这种宇航服简单可靠,美国人可以轻松掌握,而没有经过专门训练的俄罗斯宇航员很难掌握复杂的美式宇航服。

  可以确认的是,中国舱外宇航服是通过绳子连接宇航员和飞船,而且和俄式宇航服一样是一体式设计,从后面钻进去穿的。

  宇宙空间中的温差较大,如果在太阳照射下可达摄氏200度以上,而如果没有阳光的情况下可能低至摄氏零下100度以下。因此宇航服必须有完整的空调系统。在高温的时候宇航服内会有装有水循环的散热设备和能人工制冷的设备保障宇航服内的恒温,而在寒冷的时候则会有电驱动的发热丝为航天员加温。可以说宇航服内装有地球上最好的空调恒温设备。

  为了避免航天员呼出的湿润空气造成宇航服的玻璃罩雾凝,宇航服内还得有相应的除湿装置和二氧化碳吸附装置。

  为了让航天员能在太空中活动,宇航服还要有一个推进装置。据焦维新教授介绍,神七飞船也许仍然会使用系带来保障航天员的安全。毕竟是第一次出舱活动,而且时间较短。系带不会影响航天员的动作,但是能够提供额外的保护。

  从设计指标上来看宇航服的材料,本身技术含量非常高,例如现今常用于防弹衣制作的芳纶、PE等高分子材料虽然抗冲击效果好,但是在宇宙空间中的温度下会彻底失效。所以必须采用更高级的材料制作。

  舱外宇航服也许是全世界最昂贵的衣服,美国舱外服价格是150万美元,神七此次的舱外服的价值,相当于1.6亿元人民币。类似的,美国奋进号航天飞机上有一个价值2340万美元的太空马桶,探索太空是一项昂贵的事业。

  空间碎片威胁下的神七

  现今地球外层空间中,由于多年的太空探索活动产生了大量的空间碎片。

  中国科学院空间中心研究员、空间碎片专家都亨教授说:“现今在外层空间中共有10多万片直径大于1厘米的空间碎片存在。这些碎片都能对在空间行走的航天员造成生命威胁。因为航天服只能防护直径在1毫米左右的空间碎片撞击。其中最危险的是直径大于10厘米的大型碎片,这些碎片中有12000多片能够对宇宙飞船乃至国际空间站造成重大的伤害。”

  国际空间站主要采取屏蔽加装甲的两层防护,首先在空间站外层加一层以铝或者钛金属构成的轻金属屏蔽层,作用是在碎片撞击的时候阻挡减弱其能量,虽然会被击穿但是能产生一定的折射,令碎片改变撞击角度,减小对内壁的冲击力。而内壁的抗冲击装甲则可以进一步阻挡击穿屏蔽层的碎片。有点类似于在伊拉克广泛使用的格栅装甲的原理。

  当然,航天员的航天服不会有这么强大的装甲屏蔽,但是仍然有很多方法避免被空间碎片伤害。

  总括来说无非是:躲、藏、挡。