“軌道艙的功用如果用簡單的語言來概括的話，一是為航天員提供生活和工作支持，二是作為航天員出艙的氣閘艙來使用。”中國航天科技集團空間技術(shù)研究院總體部的一位設(shè)計師這樣向記者概括軌道艙的功用。
由于此次神舟七號飛船的任務(wù)增加了一項“出艙”使命，使得軌道艙的“氣閘艙”功能格外引人注目。
出艙：“小隔間”內(nèi)完成空間環(huán)境和載人環(huán)境的切換
讓我們先簡單模擬一下航天員即將出艙工作的場景：兩位航天員需要在氣閘艙內(nèi)完成出艙前的各項準(zhǔn)備——兩位航天員相互幫助穿好艙外航天服。此時的軌道艙需要完成在空間環(huán)境和載人環(huán)境的切換，一個“過渡間”能夠提高飛船的安全性，并使航天員最大程度地減少身體的不適應(yīng)感。
很多出入總裝測試廠房的人都有過“吹風(fēng)”的感受：在進(jìn)入廠房之前，必須要進(jìn)入一個“小隔間”——風(fēng)淋間去塵，一道門連接室外，一道門連接總裝廠房，實現(xiàn)室外環(huán)境和廠房凈化環(huán)境之間的過渡。經(jīng)過“吹風(fēng)”除塵程序后，就意味著過渡間環(huán)境已經(jīng)轉(zhuǎn)為廠房狀態(tài)了。
氣閘艙的原理和這個“小隔間”有異曲同工之妙，只不過氣閘艙通過泄壓和復(fù)壓過程實現(xiàn)了空間環(huán)境和飛船載人環(huán)境的過渡。為此，軌道艙要具備泄復(fù)壓功能，即完成從軌道艙到氣閘艙的轉(zhuǎn)變。
據(jù)設(shè)計師介紹，“氣閘”一詞源自英文“airlock”，“直譯就是鎖住空氣的意思。當(dāng)人要走出飛船進(jìn)入太空，為了減少空氣的逸散，建一個小隔間，先開一扇門，進(jìn)入隔間后把這扇門關(guān)上，再把另一扇門打開，走出隔間。從太空返回飛船的過程與之相反。”
要想把軌道艙改進(jìn)成為氣閘艙，需要有兩個必備條件：一是密封；二是要有泄復(fù)壓功能，即把“小隔間”內(nèi)的局部環(huán)境變?yōu)榭臻g環(huán)境和恢復(fù)為載人環(huán)境。對于此次神舟七號飛船而言，艙體的密封是成熟技術(shù)的繼承。作為此次出艙活動前的“準(zhǔn)備活動”，“泄壓”的成功與否，將直接決定航天員是否能夠按計劃出艙。
一套由閥門、管道等零部件組成的泄壓裝置將執(zhí)行“泄壓”重任。“泄壓并不是簡單地把空氣排放到空間，我們需要通過大量的分析計算和地面試驗來找到泄壓過程中最佳速度和壓力控制點。”據(jù)設(shè)計師介紹，艙內(nèi)的氣壓要始終和航天服的狀態(tài)相協(xié)調(diào)。由于航天員在這個過程中將完成穿好艙外航天服的操作，所以從一個大氣壓到泄壓完成是一個循序漸進(jìn)的過程。
“人在快速減壓環(huán)境下容易得減壓病。所以在降壓的過程中，航天員有一個吸氧排氮的過程。航天員在穿航天服時吸純氧，需要約半個小時的時間來置換血液里的氮。這之后再減壓就安全了。”設(shè)計師介紹，在“泄壓”之前，航天員和航天服與外界的壓力一致，“泄壓”之后，航天員穿著航天服站在艙內(nèi)接近零壓力的環(huán)境下，也就是相當(dāng)于站在太空環(huán)境下。
完成“泄壓”操作后，穿好艙外航天服的航天員就已經(jīng)為出艙活動“整裝待發(fā)”了。
與出艙過程相反，航天員從太空回到飛船內(nèi)，要經(jīng)歷一個“復(fù)壓”步驟。與“泄壓”類似，“復(fù)壓”過程也要分階段進(jìn)行，與航天服狀態(tài)相協(xié)調(diào)。此次神舟七號飛船攜帶了五個高壓氣瓶：它們的功用是等航天員回到氣閘艙時，將艙內(nèi)的氣壓從“零”恢復(fù)到一個大氣壓狀態(tài)。
艙外：“天地”協(xié)同 “幫手”云集
航天員30分鐘的艙外活動，對于航天員和地面操作人員而言，是“雙重考驗”。
艙外航天員需要在另一位航天員的配合下按計劃完成試驗項目，地面人員則要保證“天地”聯(lián)系暢通并提供必要的支持。通信設(shè)備、照明設(shè)備、操作界面、攝像機……任何一個細(xì)節(jié)都直接影響出艙活動的成敗。
航天員上天后，航天員與航天員之間，航天員與地面需要進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。為確保可靠的通信聯(lián)絡(luò)，航天服腰際的一個類似于繩子的電臍帶的裝置用于實現(xiàn)有線方式的“天地對話”，同時還有艙外服通信機可以無線方式進(jìn)行通話。兩套通信裝置將確保航天員與地面的有效溝通。
航天員出艙前的“泄壓”以及艙外航天服的穿著這兩個關(guān)鍵程序都需要航天員自己來完成。這個操作界面就是“出艙保障控制臺與服裝控制臺”。
設(shè)計師們根據(jù)泄復(fù)壓和航天服準(zhǔn)備的需要，事先設(shè)計了操作程序。航天員將按照程序要求完成操作。設(shè)計師告訴記者，為了保證萬無一失，所有的操作都要事先備有預(yù)案。指令控制和手動操作相結(jié)合，確保航天員及飛船安全。
安裝在飛船艙外的照明燈將為艙外活動提供照明。這個專門為適應(yīng)艙外環(huán)境設(shè)計的LED燈組，具備在“高真空、高低溫”環(huán)境下工作的特性，確保在特殊環(huán)境下可靠工作。照明燈的亮度、照明范圍都有嚴(yán)格的要求。
相比于之前的神舟飛船，此次“神舟七號”在攝像裝置上配置更加“嚴(yán)密”：首次增加了兩個艙外攝像機。這兩個艙外攝像機，確保地面對航天員的“艙外活動”能盡收眼底。同時地面操作人員將根據(jù)拍攝實況來支持航天員的艙外活動。
艙外航天服的運輸和安裝也是此次攻克的一個難點。“就像我們出遠(yuǎn)門一樣，我們帶的西裝在旅途中是一個打包狀態(tài)，到了目的地后，要穿這件西裝，我們需要把它打開。這樣西裝又是另一種狀態(tài)了。對于艙外航天服而言，也存在這兩種狀態(tài)。”設(shè)計師風(fēng)趣地說，艙外航天服的主材料是鋁材料的，此外還有軟材料，既要保證氣密性，又要保證強度。運輸時不能損壞航天服的支架，展開時又要充分考慮到艙內(nèi)的空間，既能讓航天員順利的“著衣”，又保證操作不受影響。
由于航天員要在空間失重狀態(tài)下穿著航天服，需要對艙外航天服進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓潭ā！案鶕?jù)多項地面試驗，我們在軌道艙內(nèi)安裝了固定的安裝點和懸掛點。確保航天員出艙前能夠順利地穿上艙外航天服。”
在很多宣傳冊上，航天員背負(fù)的一個“行囊”讓很多人感到好奇。“這其實就是航天員自帶的一個空調(diào)。”設(shè)計師形象地說道。“這個行囊將完成供氧、散熱等功能。”
“我們所做的一切，都是讓航天員時刻處在一個正常的環(huán)境下。由于人命關(guān)天，我們所有的工作都必須是100分。”
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