解密神七七大看点：如何避免空间碎片威胁

  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

  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？

  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。

  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，因此一定要具有太空行走的能力。”

  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。舱内宇航服的最大的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会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，能够达到每秒钟7 公里(相当于军用步初速的10倍)以上，撞击时相对速度能达到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。

  由于人类在无气压条件下没办法生存，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不一样的设计思路，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，而假如没有阳光的情况下可能低至摄氏零下10 0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，但能提供额外的保护。

  从设计指标上来看宇航服的材料，本身技术上的含金量非常高，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。所以一定要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。

  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能更加进一步阻挡击穿屏蔽层的碎片。有点类似于在伊拉克普遍的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。

  首先地面观察站会对较大的空间碎片进行跟踪，并且预测其运动轨道。如果有碎片接近，则航天员一定要马上回到太空船内。这是就是“躲”。

  除了躲开碎片之外，航天员和太空船的相对位置也很重要。由于一般而言空间碎片的运动方向与地球转动方向一致，因此航天员在出舱后可以躲在太空船的后面活动，这样大部分碎片都被太空船挡住了。这有点类似于步兵伴随坦克冲击，以坦克为掩体避免被敌人火力杀伤。所以被称为“藏”。

  至于挡就是靠航天服本身的抗冲击材料阻挡剩余的碎片。这是万不得已的一种办法。

  在舱外呆得越久，被碎片杀伤的风险越大，本次神舟七号的太空行走试验预计时间不会太长。所以被碎片杀伤的风险相对来说还是比较低。

  由于航天服内的压力只有正常气压的30%～40%，如果航天员骤然进入低压状态可能因为原来溶解于体液中的氮气由于气压的变动迅速地变为气泡，引起栓塞而威胁生命安全。这种症状不光出现于太空活动，人类在潜水中也会遇到类似的状况潜水员骤然从海底返回海面则会出现低压状况，造成同样的栓塞。因此这样的一种情况被称为“潜水症”。

  而航天员的情况则和潜水员正好相反，是进入工作环境会出现低压区。所以必须在出舱之前就做好相应的准备。首先在出舱前几小时必须呼吸纯氧，这样做才能够慢慢排掉身体内多余的氮气。其次在太空船中设有一个专门的气阀舱，航天员在出舱前和返回后都必须经历“减压”和“升压”的过程，使压力慢慢变化，这样身体适应了就不会出现潜水症了。

  由于出舱活动减压升压的需要，“神七”太空船上增加了气阀舱这样的设备。这在以前的神舟飞船上是没有的。

  北京航天飞控中心的专家李剑曾经在天文馆接待航天爱好者时透露，出舱活动的宇航员将会释放一个小型卫星，可以拍摄舱外活动，做一些研究试验工作。这一细节的透露使得英国人曾经大吃一惊，认为中国既然有能力释放和收回自己的卫星，自然也有能力带走或者摧毁别的国家的小型卫星。

  “从神舟五号到神舟八号将会是中国航天事业的一个阶段性科研成就。在此阶段中，中国将会完成载人上天、空中行走、轨道舱试验、空中对接等多个重要科研项目的试验。这是为了将来建设自己的空间站做准备。本次神舟七号完成了重要的太空行走任务，将来可以在空间站做维修、装卸、更换和回收航天器及航天器或者空间站的外部设备。是中国发展空间站必须掌握的一种技术。”焦维新教授说，“神舟八号可能进行空间对接试验。当神舟八号完成之后，中国就基本具备了建设空间站的能力。”

  一般太空船至多只能在太空活动一至两周的时间。只能算作太空的过客，来去匆匆。很多要比较长时间进行的空间实验都无法进行。而空间站则是一个相对固定的永久太空据点，人类可以在上面进行较久的科学试验活动，并能作为探索更遥远星体、空间的前进基地。所以中国必须掌握自己的空间站技术，才能在未来的太空活动中占有一席之地。

  “等完成了此阶段的试验之后，中国也可优先考虑加入现今的国际空间站合作。现今国际空间站系16国合作的产物，代表了当今地球上最高的科学技术。美国和俄罗斯由于具备空间载人活动能力，所以是该项目的主导。其他合作国家，虽然不具备空间载人能力，但是却在其他科学技术方面有所特长。”焦维新教授说。

  加拿大的机械手设计制造科技较强，所有国际空间站的机械手都为加拿大所提供。这就是这一个国家的一招鲜。

  国际空间站计划是1983年美国总统里根提出并于1993年设计完成的，那时中国的太空技术相对落后，所以未能参与其中。

  “一旦本阶段(太空行走和轨道舱对接)的试验完成，中国就拥有了和美俄同等的向空间站输送物资和运输往返航天员的能力。那时从技术角度而言中国已经具备了参与国际空间站合作的能力。”焦维新说。

  另一位不愿意透露姓名的专家则表示，虽然中国必定将会发展自己的空间站技术，但是通过国际合作我们也可以获得很多自己所没有的航天技术，同时管理、制造、开发空间站的经验也是很重要的。毕竟中国作为一个开放的大国，应该积极承担国际间科学发展的责任和义务，尤其在参与国际空间站建设的活动中应该有所作为。