太空生活

大胆设想 小心求证

1961年，当人类乘坐航天器完成首次太空飞行时，并没有进行出舱活动的计划，无论是美国的“水星”号还是前苏联的“东方”号，在最初设计时都不具备在飞行中打开舱门的能力。

发射时，“东方”号上唯一的一名航天员被固定在航天器弹射座椅上，这一座椅的用途是在着陆的最后阶段，确保航天员靠降落伞着陆。由于在航天器上，舱门位于航天员顶部或顶部靠后的位置，因此航天员不可能从座位上够到舱门。更重要的是，这个舱门只是一个用于弹射进的爆炸型舱门，安装了弹射座椅后，飞船座舱内只有极小的空间供航天员走动。实际上，在飞行期间，他只能在座位上空极小的范围内漂浮。还有，航天服是由高空飞行机组的压力服改制而成的，并不适合在真空中进行长时间的出舱活动。而且，对于一名航天员来讲，离开飞船或地面摇控监测器的监控，而单独进行出舱活动，也确实存在安全问题。科罗廖夫和他的研究团队等不及研制出“联盟”号飞船，便匆忙地把原来只能容纳1人的“东方”号飞船改装成可以容纳多人的飞行器，它的功能虽有所增加，但仍无法进行出舱活动。

美国的“水星”号飞船也不具备进行出舱活动的能力，因为飞船实在太小了(可以说，航天员不是走进飞船，而是钻到里面去！)。舱门同样不是为在轨道中可开启而专门设计的，航天服也是从美国军用飞机上使用的压力服改制而成的。由于已经有了“阿波罗”号的设想，他们决定中止“水星”号计划，转而研究新的具备出舱活动能力、能够进行长时间飞行，以及空间交会和对接的“双子星座”号飞船。

除了舱门和压力服以外，另一个问题也必须引进重视，即:一旦航天器发生泄露，造成空气流失和内部压力降低，生命保障系统应能够提供空气、维持安全压力，以确保航天员能够身着航天服继续作业，以及应付在此情形下逐步增高的温度和湿度。生命保障系统还应该在航天员进行出舱活动之后向舱内补充空气，如果可能的话，还应能够保障航天员进行多次出舱活动。

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出舱方式:用气闸舱口还是舱门

由于搭载3名航天员而增加的质量和容积，给改进“东方”号、设计“上升”号的设计者带来了一些难题。他们发现，如果座椅能够向舱口方向旋转90度，且中间座椅能够稍微向前移动一点儿，把弹射座椅和压力服也都拆除的情况下，座舱可供3名航天员进行为期24小时的飞行。当然这一方法没有考虑在发射或着陆过程中遇到意外事故，以及飞行中舱压降低时，航天员应该采取的逃逸与保护措施。有些人对这一冒险措施持反对态度，但很快就被否决了，理由是在“东方”号飞行过程中并未发生过类似的不安全事故。然而，考虑到进行出舱活动需要压力服，“上升”2号只能搭载2名航天员进行24小时的短期飞行了。

对于“双子星座”号而言，搭载2人的航天器中已经包含了在发射和返回时逃逸用的弹射座椅，对其加以改进就可在进行出舱活动时开关舱门。在座椅内，只有一个乘员区，航天员们必须并排而坐，但是这个小航天器有2个进出舱门。整个乘员区的空气都必须被抽空，这就使得2名航天员都处在宇宙真空中(由于航天器的容积有限，因此航天飞行常被比作在大众汽车的前排座上待了2周)。据史料记载，在“双子星座”号从1965年3月到1966年11月间完成的10次载人飞行中，有6次计划由1名航天员完成出舱活动。结果，只有5次圆满完成了出舱活动计划，完成这5次出舱活动任务的航天员被称作是第一批在太空行走的美国人。而与他们一起执行任务的其他航天员却经常被忽略，实际上，即使是待在舱门紧闭的指令舱内，他们也同样是暴露在真空中的。

对于前苏联人来说，由于“东方”号上缺乏足够可靠的生命保障系统，航天器看起来不够坚固，无法进行减压和增压操作。“东方”号的设计也不允许机舱设备长时间暴露在真空中。实际上，有些设备在真空中根本无法操作。因此，OKB-1设计局提出一系列关于出舱活动的要求，其中包括乘员舱不能被减压。鉴于此，很有必要设计一个具有内外舱门的隔离舱，这样可以使航天员从乘员舱通过气闸舱门进入隔离舱。只要有可能，就要保留使用现有设备，而且对航天器的改变必须要有一个限度。即使是体积和质量均很小的部件要想安装到已经很紧凑的航天器上也只能是见缝插针。这些对出舱活动的预定持续时间都有一定的影响。航天员只能在舱外待几分钟，系统和航天服的性能也很有限，因此他们只能通过拍摄照片或口头描述自己的活动及环境状况，进行更加冒险的出舱活动只能等到在更大的“联盟”号飞船上进行了。

伏尔加气闸舱的加盟

前苏联为完成第一次出舱活动，决定建造一个名为伏尔加(Volga)的气闸舱系统，以使航天员在不给主机舱减压的情况下，离开航天器进行出舱活动。气闸舱长度必须大于2米，以便身着航天服的航天员能够进入，并关上舱门来调节气闸舱的压力。把气闸舱安装在外侧显然是不可行的，因为在航天器发射升空的过程中，空气动力会将其吹掉，所以决定制造一个可折叠的气闸舱，将它安装在航天器的舱门上，在空中轨道上再将它展开，在出舱活动结束后可以丢弃，以便清理舱门重新进舱。 气闸舱是由坚硬的环状部件构成的，里面是一个向内打开的舱门。气闸舱的外壳主要由40个沿结构长度方向排列的软质橡胶(资讯,行情)制成的可充气圆柱体构成，内部是一个气压囊，外表面是软质拉伸度很高的纤维。在气闸舱的底部是一个装配环，将气闸舱固定在航天器进出口上，开口向内。装配环内是展开装置，由4只球形罐体构成气压操作系统、控制板、备份系统及脐带。整个装置被叠放在一起，紧贴在准备发射的航天器的侧壁上，上面有特制的覆盖装置。在脱离顶级火箭、进入轨道后不久，航天员便完全展开气闸舱。

完全折叠状态的可膨胀圆柱体只有73.9厘米长，但完全展开后，气闸舱长度有159.7厘米。与舱门连在一起的，展开结构有2.49米长，其内径为0.97米，外径为1.18米，展开过程需要7分钟，展开后的容积为2.5立方米。前苏联共生产了7个气闸舱，5个用于地面测试，2个被安装在航天器上。第1个于1965年2月在“宇宙”57号(Cosmos 57)无人飞船上进行了飞行测试，伏尔加舱门第一次进入地球轨道进行了自动展开测试，并用随机携带的电视摄像头进行了监控。第2个则是为“上升”2号飞船准备的。

出舱活动舱门的设计

在“双子星座”号的改进过程中，它曾一度被设计成有2个舱门——2名航天员每人1个——作为进出船舱的第一选择。设计成2个舱门的最初目的，是为在发射架上或者在上升或下降到18275米高度时进行紧急弹射之用。在15230米的高度时，降落伞的展开系统才能启动，假如降落伞没能展开，航天员可以启动弹射系统。在发射时，大力神II型火箭的性能监控主要集中在2个故障探测系统(具备冗余能力)上，以便在故障发生时，航天员能够有时间打开舱门，启动弹射系统。据测试，大力神火箭的非爆炸性的推进器有可能会燃烧，但是不会剧烈爆炸，航天员可以在飞行器遭到破坏之前迅速做出反应——启动逃逸系统。舱门要能够在发射时动力最大的情况下打开，并在航天员被弹离座位时保持打开状态。在一次无人乘坐的地面测试中，航天员约翰·扬(John Young)就曾亲眼目睹了舱门打开系统与弹射逃逸系统未能联动工作的情景，弹射座椅撞过舱门直冲出来，扬说，这会让航天员经历“强烈而短暂的头疼”。

在出舱活动时，这个舱门要手动进行开关，并且与弹射系统相分离，直到航天员重新回到船舱。在“双子星座”3号之后，在弹射控制系统中又加入了一个安全栓，以避免意外操作。1964年上半年，在KC-135飞机零重力飞行过程中进行的模拟试验表明，舱门最后10～15厘米的空隙必须手动关闭。因此，又增加了一个系索系统，其目的是便于任何一个航天员在身着航天服的情况下进行操作。覆盖弹射座椅的D形环尺寸被缩小了，目的是为了使它与座位齐平，以免对出舱活动操作造成障碍。舱门操作机构控制杆的尺寸也缩小了，因为测试表明，它有可能在航天员进入船舱时破坏航天员面窗。

舱门设计必须保证在完成每次出舱活动、关闭舱门之后，船舱具有良好的密闭性，这样才能保证航天员在后面的飞行及再入返回和着陆阶段得到压力和热防护方面的安全保证。舱门两侧的栋梁均为1.9厘米宽，深1.27厘米的沟槽，它们是在严格监测之下生产出来的，以确保其具有良好的密封性，并能经受多次开关操作。

在上篇中我们简要回顾了苏美两国的科研工作者对于太空出舱的大胆设想以及他们为了这一设想的实现所做出的艰辛努力。在下篇里，我们将着重介绍出舱航天服的设计和对于两种出舱方式的思考，并泼墨记录前苏联史上第一次同时也是人类史上的第一次太空出舱全过程。

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◆第一折:险些死在太空

列昂诺夫以头前脚后的方式，迫不及待地从航天器舱门飘进更加狭小的气闸舱，别列亚耶夫在后面帮他关紧舱门。这时距离发射升空只有90分钟，航天器进入轨道将近1圈，在对系统进行检查和对气闸舱进行减压后，列昂诺夫打开舱门……新的历史就是这样被书写。

列昂诺夫后来回忆说:“舱门颤动着缓缓地打开，展现在我面前的是太空中的天空。舱门停住了，我向舱门漂浮过去，探出头，看到了一望无际的夜空和点点繁星……那些星星远比在地球上看到的要多得多……而且它们更为明亮，也不闪烁。”当列昂诺夫飘向外面的时候，他抓住了扶手，“太安静了，以至于我都能听到自己的呼吸和心跳。”他回头看了看阳光下的“上升”2号，它看起来就像科幻小说中的东西一样。当他经过黑海和伏尔加河时，他看到的地球景象美妙极了，地球就像“铺开的天鹅绒地毯，多么美的画面啊！我惊叹于它的广袤”。直到别列亚夫通过耳机和他说话时，列昂诺夫才从这美妙的思绪中回过神来，想起自己还有工作要做。

然而，事情并没有人们看到的那样完美。他们险些死在太空。

列昂诺夫穿的是一套多层特制航天服，它不仅能保持恒温，还有维持航天员在太空工作一个小时的生命保障系统。地面气压训练室只能模拟距地球9万米高空的气压，而航天员走出飞船时周围则是真空状态。出舱后不久，列昂诺夫离开航天器7米远，在脐带的另一端边扭边转。他的航天服鼓了起来，限制了他的行动，他感到弯曲胳膊和腿都很困难，以致无法按动绑在他腿部的相机快门。四肢活动越来越困难，他不得不努力控制它们。他在一个点上一连转了好几圈，而且由于缺乏可以利用的操作装置，他无法使自己停下来，旋转使得启动像“章鱼一样”缠在他的身上。

由于意识到在太空中这种意外的转动不是一个好兆头，因此他努力解脱自己。但他很快发现，没有东西可以支撑，要保持一个状态需要付出很大的努力。“航天服里变得越来越热，我感觉背上开始出汗，手变湿了，心跳也加快了。”为了防止航天服膨胀变形，列昂诺夫特意在上面系上了许多带子。

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完成太空行走后，他突然发现因为航天服发生膨胀自己有可能无法返回飞船了。它的活动也对由别列亚耶夫控制的航天器产生了影响。此外，穿着航天服长时间的行走也使他感到很疲惫，因为每个动作都需要付出比在地球上多得多的努力。抵抗航天服的压力更使他疲惫不堪。但是，即使这样，他还是坚持了下来。当他通过耳机听到莫斯科广播电台在报道有一名航天员正在太空中自由活动，他还在想，这个人是谁，后来他才意识到这个人就是他自己！

是我自己！一瞬间，他油然而生一种自豪感，列昂诺夫就这样凭借他顽强的意志和毅力实现了这次划时代的壮举。

◆第二折:险些回不了座舱

12分钟后，列昂诺夫准备结束出舱活动返回座舱。这时，汗水流进了他的双眼，航天服也因为膨胀得很大，以至于无法进入舱门。按飞行规则，航天员在采取自救措施前必须向地面指挥部请示报告。列昂诺夫知道，要让航天服体积变小就必须调低生命保障系统的气压，地面指挥部在同意这一建议前肯定要详细研究他此时的心电图和各项生命指标。虽然氧气还可持续30分钟，但是照明系统只能再工作5分钟。在黑暗状态下，航天员返回飞船将更加艰难。

于是，列昂诺夫果断地调低了生命保障系统的气压。但是当他将头伸进气闸舱时又发生另一个问题。因为按规定程序，他应该先进脚后进头，然而列昂诺夫是头朝前进入飞船的，他这样做是为了确保手中的摄像机万无一失，但他不能在圆筒形的气闸舱中将身体转过来关闭身后的舱门。他反复弯曲自己的身体，想将身体转过来，但都无济于事。该舱断面直径只有120厘米，而膨胀的舱外航天服直径达到190厘米。列昂诺夫拼命旋转着身体，此时他的心律达到每分钟190次，体内温度也急剧升高。情况紧急，他不得不冒着患减压病的风险，再次调低航天服内的压力。最后终于转过身来，将气闸舱的舱门关闭上，对气闸舱重新加压，并回到飞船座舱中。

虽说从发现航天服膨胀到关闭舱门前后不过210秒，但列昂诺夫所承受的心理和生理压力却是难以想象的:他的体重减少了5.4公斤，每一只靴子里积聚了3升汗水。

多年后，莫斯科流传着这样一种说法:在太空行走的准备过程中，科瓦廖夫命令别利亚耶夫在列昂诺夫无法返回飞船的情况下单独返航。经过一番痛苦的思想斗争，别利亚耶夫终于答应了这一要求。列昂诺夫听到这个说法后，在接受媒体采访时袒露了心声:“即便牺牲自己的生命，我的战友也不会让我孤独地留在太空。”