邮发代码:82-418   刊号:ISSN1671-4350   定价:12.00

[去科技馆学科学]太空行走与中国航天员

毛立强/中国科学技术馆

2020-06/总第291期

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脱地球束缚,遨游浩瀚太空,一直是人类的梦想,人类为此付出了艰辛的努力。

2017年颁布的《义务教育小学科学课程标准》要求学生“了解人类对宇宙的探索历史,关注我国及世界空间技术的最新发展”。在中国科学技术馆,可以通过“太空探索”展区的“太空行走”“航天英雄榜”2件展品了解太空行走技术和发展历史,感受中国航天员的英雄故事和航天精神。


太空行走

1965年3月18日,苏联航天员阿里克谢·列昂诺夫离开“上升”2号飞船的密封舱,在离飞船5米处活动了12分钟,完成了人类首次太空行走。太空行走是载人航天的一项关键技术,是载人航天工程在太空安装大型设备、进行科学实验、施放卫星、检查和维修航天器的重要手段。

观众通过展品“太空行走”,可以模拟体验太空行走完成太空作业。展品由三自由度电动座椅、操作杆、虚拟现实眼镜、投影仪、音响、操作台等组成(见图1)。利用虚拟现实技术,观众佩戴虚拟现实眼镜,以第一视角体验航天人员离开太空舱进入太空行走的过程,环视四周图像也会相应改变,三自由度电动座椅根据观众操作实时动态变化,模拟太空行走的失重感。展品以空间站遭受太空垃圾撞击为故事背景,系统报警提示1块太阳能电池板失效、暗物质探测器损坏,指令长指派3名航天员出舱进行太空行走,完成太空作业。展品可供3名观众同时参与,在系统提示下合作完成指定任务。投影仪显示观众作为航天员在太空行走的影像,显示体验者在虚拟现实眼镜中观看到的画面,供周围排队的观众观看。

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图1 展品“太空行走”


在实际中,有哪些任务需要太空行走完成呢?在太空中有一些作业无法通过遥控设备完成,如修复载人航天器或其他航天器上的受损部件,在轨组建空间站,在其他星球登陆等,这些任务需要航天员冒险通过太空行走到现场操作完成。美国航天员乘坐航天飞机进入太空后,曾利用太空行走对通信卫星进行回收并维修,更换了通信卫星的发动机;对哈勃望远镜进行多次维护和修复,更换太阳能电池板,更换和安装镜头;还曾对国际空间站的破损太阳能电池板进行维修(见图2)。

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图2 太空行走维修太阳能电池板


2008年9月27日16时41分至17时00分,翟志刚穿着中国研制的“飞天”舱外航天服,圆满完成我国首次空间出舱任务(见图3)。中国从此成为世界上第3个独立掌握空间出舱技术的国家。

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图3 翟志刚太空行走挥舞国旗


太空行走有哪些风险呢?太空行走是比较危险的,由于太空处于真空状态,气压很低,人体组织内的氮气会往体外逸出,使人体产生皮肤发痒、关节与肌肉疼痛、咳嗽、胸闷等症状,引发减压病。没有大气层的保护,温度变化很大,太阳照射时温度可高于100℃,背阴时温度可低于-200℃,此外还存在各种能伤害人体的辐射。因此,航天服要能保护航天员在恶劣的太空环境中面临的这些危险。太空行走除了要穿航天服,还需要用安全带将航天员与航天器连接起来,否则在太空的失重环境中,太空行走的航天员很容易丢失在茫茫太空中,成为“人体卫星”。此外,航天服突然发生破裂迅速“失压”,也是进行太空行走可能面临的危险之一。


航天英雄榜

航天员是一种特殊职业,具有工作环境特殊、职业技能高度复杂、飞行任务艰巨等特点。这样的职业,要求航天员不仅具备健康的体格、良好的心理素质,而且对航天环境要有高度的耐受和抗压能力,同时还应具备渊博的知识、高超的技能等。因此,世界各航天部门对航天员都进行了精心选拔。中国的航天员更是经过严格训练挑选出来的,带着中国人民的希望进入太空,为中国航天事业作出了重大贡献。截至2020年,我国共有11名航天员进入太空,通过“航天英雄榜”展品,可以了解我国航天英雄的简介及相关采访视频,体会他们“特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献”的载人航天精神。

“航天英雄榜”展品由展台、屏幕、耳机、图文板等组成(见图4),观众可以通过观看屏幕上航天员的采访视频,拿起耳机倾听航天员对话内容。通过参与本项目了解中国航天员的英雄故事,激发观众的航天梦想同时加深观众对中国航天事业的了解。

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图4 展品“航天英雄榜”


杨利伟 中国进入太空第1人,2003年10月15日北京时间9时乘由长征二号F火箭运载的神舟五号飞船首次进入太空,于10月16日6时25分安全返回地面,象征着中国太空事业向前迈进一大步,起到了里程碑的作用,实现了中华民族千年的飞天梦想。

费俊龙 2005年10月12日随神舟六号飞船和聂海胜一起进入太空,展开为期5天的中国航天第2次载人飞船飞行,完成了中国真正意义上有人参与的空间科学实验,10月14日下午费俊龙在天空做了4个前滚翻。

聂海胜 2005年10月,与费俊龙圆满完成神舟六号载人飞行任务。2013年6月11—26日,执行天宫一号与神舟十号载人交会对接任务,与张晓光、王亚平密切配合,成功实现手控交会对接。聂海胜成为继刘旺之后,第2个手动驾驶神舟飞船的中国人。聂海胜在2次任务中累计飞行20天。

翟志刚 在2008年9月25—27日的神舟七号飞行任务中担任飞船指令长,于9月27日16时41分至17时,圆满完成我国首次空间出舱任务,成为第1位出舱进行太空行走的中国人。翟志刚以自己的一小步,迈开了中国人探索太空的历史性一大步,中国从此成为世界上第3个独立掌握空间出舱技术的国家。

刘伯明 2005年6月入选神舟六号飞船载人飞行乘组梯队成员。2008年9月,执行神舟七号飞行任务,在轨道舱协助翟志刚出舱行走,取得圆满成功。

景海鹏 2008年9月执行神舟七号载人飞行任务,实现中国人首次太空行走,取得圆满成功。2012年3月,入选神舟九号任务飞行乘组,于2012年6月16日,执行载人飞行任务并担任指令长,圆满完成天宫一号与神舟九号载人交会对接任务。2016年担任指令长,执行天宫二号与神舟十一号载人飞行任务,圆满完成与天宫二号空间实验室交会对接,成为第1个进入天宫二号的航天员,开展一批体现国际科学前沿和高新技术发展方向的空间科学与应用任务,首次实现我国航天员中期在轨驻留。景海鹏是第1位三度执行载人航天飞行任务的航天员,总飞行时间为49天,是在太空飞行时间最长的中国人。

除了以上6位特级航天员,还有刘旺、王亚平、张晓光、陈冬等航天员也取得重要成就,为我国载人航天发展作出了很大贡献。


世界载人航天的发展已经取得了巨大成就,它开辟了人类开发利用空间资源、探索宇宙奥秘的广阔道路。今后将研制新型宇宙飞船,实现太空观光旅游、重返月球、探测火星的载人飞行。在2020年下半年,中国将开始在太空建立天上宫阙,开展长期、持续的载人航天活动和空间科学研究、空间应用、空间技术试验等活动,充分发挥空间站的应用效益,把载人航天活动推向一个新的发展阶段,展现人类开发和利用太空的伟大壮举。

宇宙航行之父齐奥尔科夫斯基曾经说,地球是人类的摇篮,但人类不可能永远被束缚在摇篮里,开始他们将小心翼翼地穿出大气层,然后去征服太阳系。经过60年的发展,人类不仅走出了摇篮,还不断续写着探测太空的新高度,人类对宇宙的探索永无止境。

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