航天員太空行走時，為什麼要背一個大背包？

知識 06-27

點擊「國家空間科學中心」可以訂閱哦！

文/賈冰玉

來源/中國航天科普（id：space-more）

5月29日，國際空間站的俄羅斯航天員科諾年科(Oleg Kononenko)與奧夫奇寧(Alexey Ovchinin)出艙幹了些「雜活」後，還成功回收了一條在國際空間站外面漂浮了10年的毛巾。據了解，該毛巾是用來擦拭航天員出艙作業時航天服上累積的臟污，大約10年前不小心被遺留在外太空。兩名航天員將毛巾放入專門的盒子，之後將帶回地球，交給專家研究。

（圖片來自NASA）

在讀到這則新聞的時候，小編卻被航天員背上背的「背包」所吸引，在出艙活動中，這個神秘的背包到底起什麼作用呢？

由於太空為微重力環境，航天員進行太空行走時會處於漂浮狀態，如果想在太空移動身體，只能用手握住一個一個扶手向前移動，或者使用特製的身體移動工具，這種移動工具的正式名稱是「太空機動裝置「。這是一種使用噴嘴噴出高壓氣體的推動裝置，可以推動航天員的身體朝一定方向移動。而俄羅斯航天員太空行走所使用的身後的太空機動裝置就「藏」在「背包」里。

為了保證航天員在太空行走中能很好地移動身體，完成各種操作和任務，美國和蘇聯曾先後研製出多種型號的機動裝置。本篇，讓我們來看看其中有代表性的幾種。

不好控制的早期機動裝置

1965年6月3日，美國發射雙子星座4號飛船。在長達四天的飛行任務期間，航天員愛德華·懷特進行了長達21分鐘的太空自由漫步，這是美國人的第一次太空行走。

航天員懷特

幫助航天員懷特實現太空行走的是自足式手提機動噴射器。這個裝置主要由兩個氧氣儲罐和一個壓力調節器組成，重3.4千克，其中高壓氧氣推進劑重約0.13千克。它每秒能產生約181牛的推力，速度為1.82米/秒，相當於普通人慢跑的速度。該裝置有3個噴管，2個噴管對著後方，1個噴管對著前方。開動對著後方的2個噴管，即可推著航天員向前移動，開動對著前方的1個噴管，即可停止移動。

自足式手提機動噴射器雖然成功幫助航天員懷特實現了太空行走，但這種裝置並不好控制。造成這種情況的原因是，自足式手提機動噴射器必須緊靠航天員身體的質心，才能準確控制移動方向。但由於航天員身穿航天服，頭上又戴頭盔，很難確定身體質心的位置，因此航天員一般只能憑經驗行事。一旦遇到維修衛星這種要求精確定位的作業，航天員就可能由於定位不精確而無法完成維修任務。因而，這種機動裝置並沒有得到廣泛應用和普及。

自足式手提機動噴射器是手提式機動噴射器的一種，除此以外還有背包式、臍帶式和美國空軍研製的航天員機動裝置幾種類型。但這幾種裝置由於種種原因，並沒有在實際任務中應用。

貢獻卓著的機動「背包」

背上背包去旅行，是不是很多小夥伴們比較嚮往的事情呢？為了幫助航天員出艙行走，科研工作者曾為航天員設計了一款「背包」，這款背包的名稱是M509機動裝置。

M509機動裝置重115.66千克，長105.41厘米、寬68.58厘米，厚38.83厘米。這個背包內裝有高壓氮氣瓶，在背包周圍裝有14個噴嘴，分別指向上下、前後、左右，通過控制器打開噴嘴後，航天員不僅可以進行上下、前後、左右移動，而且還能進行滾翻和旋轉運動。這種裝置的最大優點是能準確進行身體定位，能讓航天員身體保持任何姿勢。

M509機動裝置曾在美國的天空實驗室中進行過試驗，但這種裝置並沒有得到實際應用。儘管如此，M509試驗時獲得的很多數據，都成為重要的資料，被應用到了後來的研究中。

比如，後面將講到的噴氣鞋的氮氣壓力儲罐和電池都是經過M509試驗得到的。後來，在太空梭上多次使用的載人機動單元也是在M509試驗研製基礎上得來的。

具有科幻色彩的噴氣鞋

噴氣鞋，名字聽起來就很酷！想像一下，穿上這種鞋就能像阿童木一樣自由飛行，是不是感覺很爽呢？

輔助太空行走的噴氣鞋又稱為腳控機動器，它的外形像一輛自行車，包含車座、背包和控制器。背包內裝有高壓氮氣，每隻鞋上裝有4個噴射器，用腳控制噴射器噴出氣體，航天員就可以實現太空行走了。

噴氣鞋的優點是可以解放航天員的雙手，但它也存在著明顯的缺點。一方面，穿著全套壓力服的航天員不容易看到鞋子，不方便操作，存在著一定的安全隱患。另一方面，穿上這種裝置，航天員的行動方向並不自如，所以，這套裝置並沒有在實際中應用。

能自由行走的載人機動裝置

本文開頭提到的國際空間站航天員身後的「背包」被稱為攜帶型環控生保系統，而航天員所使用的載人機動裝置則是攜帶型環控生保系統背包上的一個模塊。這種背包的外形有點像汽座椅的靠背，它高127厘米、寬83厘米、厚69厘米，重150千克。這種設計具有諸多優點，美國太空梭也採用了這一設計。

1速度夠快

載人機動裝置以氮氣為推進劑，推進器的噴口裝在「靠背」的兩個側柱上。上下、左右、前後，每個方向上都有4個噴口。每個推進器可以產生的推力為7.6牛。裝滿氮氣的靠背重150千克，加上航天員及生命保障系統，總重可達295～335千克。如果按335千克計算，同方向上的4個推進器一起工作，可以使航天員獲得75千米/小時的速度。這樣的速度與高速行駛的摩托車不相上下。