为了完成空间站外的维修和维护任务,航天员需要穿上舱外航天服,进行舱外活动,也就是我们俗称的“太空行走”。

由于舱外航天服里边携带的氧气和水的数量有限,加上航天员体力精力限制,每次出舱活动的时间基本不会超过8小时。若是任务简单,可能一两个小时就能完成并返回。但是在每次计划内出舱前,航天员却要为此进行5小时甚至更长时间的准备。

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中国新舱外航天服

为什么太空行走前要准备这么久?难道是中国航天员“业务不熟练”?国际空间站宇航员出舱前需要做些什么?我们今天就来聊一聊太空行走的话题。

太空行走是一项复杂且危险的工作,由于近地轨道环境恶劣,不仅没有空气、没有气压,还要在短时间里多次面对正负100多度的高低温交替,太空中各种宇宙射线和微流星也时刻威胁健康和生命安全,因此航天员出舱时需要穿上厚厚的舱外航天服。

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翟志刚舱外活动

出于安全设计,航天服很笨重,里边有氧气和水袋,航天员可以通过头盔里的吸管喝一点水,但没办法吃东西,如果任务复杂,你得饿着肚子在太空里连续干8小时。当然,在这个过程中你也不能上厕所,一切都要解决在成人尿裤里,你能想象那里边的气味......所以太空行走一点儿也不浪漫。

对航天员的折磨早在出舱前一天就开始了,国际空间站负责出舱任务的航天员要提前24小时将自己关进气闸舱开始“闭关”,吃喝拉撒都在里边解决(否则要全站减压,代价很大)。之所以需要一天时间,倒不是因为穿航天服有多么复杂,也并非航天员杂七杂八的破事儿多,他们最重要的一项任务就是——减压。

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中国航天员地面训练

我们地球表面的大气压是101千帕,这个压强通常被称作“1个大气压”,空间站跟地面一样也维持在1个大气压左右。但是舱外航天服里边的空气压强并没有这么高,出于多方面考虑,航天服里的压强被限制在29.6千帕,不到海平面气压的30%,比珠峰顶端的气压(33.8千帕)还低。

从1个大气压突然降到三分之一压强,人肯定是受不了的,会得减压病,所以得慢慢来,一点一点地降压。出舱航天员进入气闸舱后,先关闭所有舱门,再将气闸舱里的大气压力缓慢降到70.3千帕,这个过程大约需要24小时。气压下降意味着人呼吸的氧气减少,所以在减压的同时需要适当增加气闸舱里的氧气供应。在这一天里,航天员可以最后调试和检查航天服、做一些出舱任务的技术准备。

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出舱前预吸纯氧

到了出舱前1小时,航天员开始戴上氧气面罩,预吸纯氧,把体内的氮气排除干净。随着舱内压力的进一步降低,航天员需要在15分钟时间里穿好航天服,并呼吸航天服里的100%浓度纯氧气。

细心的小伙伴肯定会发现一个严重问题:纯氧有毒啊!难道航天员不怕中毒?

纯氧有毒是真的,航天员不怕中毒也是真的,因为纯氧中毒它是有条件的——当我们吸入的氧气分压超过0.3巴(30千帕)时,氧气会对细胞产生毒性。

在1个标准大气压下,我们吸入氧气的分压为0.21巴(21千帕),如果空气里的氧气增加50%,我们长时间呼吸就会对身体有害。但请注意这里有一个“分压”的概念,大气压强降低,空气中氧气比例不变的情况下,氧气的分压也会随之降低,反之亦然。

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出舱前准备

由于航天服里的总气压只有29.6千帕,即使装的100%氧气,它的氧气分压也不会超过30千帕的安全线,因此航天员连续8小时呼吸纯氧也是安全的。

航天员之所以大费周章地耗费一天多时间做出舱前准备,最主要的原因就是为了出舱之后能安全地呼吸纯氧。那么呼吸普通空气不行吗?

我们知道舱外航天服的空间是有限的,氧气只占空气的21%,这意味着需要额外携带多4倍体积的氮气。氮气对人体没有帮助,它只在标准气压下降低氧气分压,而当气压下降时,氮气就变成一种有害气体。舱外航天服里的空气压力不到标准气压的三分之一,一个重要原因是航天服的安全性——气压太大容易撑破;另一个原因是如果里边的压力太大,航天服变得很硬,航天员的活动会更困难。

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中国航天员出舱

现在你知道了:

航天员之所以在出舱工作前耗费24小时甚至更多时间进行准备,并不是业务不精,而是需要防止减压病。舱外航天服里的压力只有地面气压的30%,并且体积和承压能力有限,航天员在太空行走过程中呼吸纯氧,这些都需要比较长时间来适应。当然,如果是应急出舱活动,这个适应时间将会大幅度压缩。

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中国航天员检查飞天航天服

事实上,当航天员连续工作几个小时,饿着肚子精疲力尽地回到气闸舱后,他们并不能马上吃到热腾腾的饭菜,因为舱内升压也需要一段时间。当然啦,中国航天员更有福气些,他们的航天服里准备了少量棒状食物,饿的时候低头用嘴一叼就能吃上。

航天员们非常辛苦,这是一个光荣和充满挑战的职业。让我们向中国航天员致敬!

#直播:中国空间站航天员首次出舱#