據(jù)中國載人航天工程辦公室消息，北京時間9月2日0時33分，經(jīng)過約6小時的出艙活動，神舟十四號航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲密切協(xié)同，完成出艙活動期間全部既定任務(wù)，陳冬、劉洋圓滿完成出艙首秀，安全返回問天實驗艙。
這是航天員首次從問天實驗艙氣閘艙出艙、由小機(jī)械臂輔助實施的出艙活動。9月1日18時26分，陳冬成功開啟問天實驗艙氣閘艙出艙艙門，至19時09分，陳冬、劉洋成功出艙。蔡旭哲負(fù)責(zé)在天和核心艙內(nèi)配合支持兩名出艙航天員開展艙外操作。
此次任務(wù)是中國空間站建造階段的首次出艙活動。與前四次出艙任務(wù)相比，此次出艙又有許多不同，比如陳冬、劉洋均為出艙首秀，問天實驗艙氣閘艙首次使用，小機(jī)械臂首次輔助艙外作業(yè)。
據(jù)悉，儀表照明分系統(tǒng)研制的儀表智能顯示設(shè)備和機(jī)械臂操作臺聯(lián)動，組成面向雙臂管理的操作平臺，實現(xiàn)空間雙機(jī)械臂多點動態(tài)接入的操作管理，為航天員提供在艙內(nèi)完成空間機(jī)械臂多模式操作的友好人機(jī)交互操作體驗。
系統(tǒng)首次將力反饋技術(shù)引入空間機(jī)械臂的在軌操作中，可增強(qiáng)操作者的臨場感，并通過快捷按鍵、圖形頁面軟按鍵，進(jìn)行全部機(jī)械臂操作。同時，通過靈活的軟件維護(hù)方式，可在軌更新操作交互界面。
航天員出艙活動期間，天地間周密協(xié)同、艙內(nèi)外密切配合，先后完成問天實驗艙擴(kuò)展泵組安裝、問天艙全景相機(jī)抬升、艙外自主應(yīng)急返回驗證等任務(wù)，全過程順利圓滿，檢驗了航天員與小機(jī)械臂協(xié)同工作的能力，驗證了問天實驗艙氣閘艙和出艙活動相關(guān)支持設(shè)備的功能性能。
神舟十二號、神舟十三號乘組出艙時，通過的艙門位于空間站核心艙節(jié)點艙的出艙口，艙門口徑為85厘米。本次任務(wù)，航天員首次從問天實驗艙氣閘艙“出門”，這個“大門”由航天科技集團(tuán)五院空間站結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)團(tuán)隊抓總研制，艙門口徑達(dá)1米，讓航天員在身著艙外航天服的情況下，能夠更加從容地攜帶設(shè)備“走出家門、漫步太空”。
看似簡單的幾何尺寸增大，其實是一項“剛”與“柔”的平衡。利用杠桿放大原理尋找平衡點，在保持航天員操作用力不變的條件下使直徑1米的艙門實現(xiàn)密封，研制難度可想而知。
此次出艙的艙門作為航天器機(jī)構(gòu)中的復(fù)雜產(chǎn)品，涵蓋密封、傳動、鎖緊、導(dǎo)向、潤滑、人機(jī)工效等學(xué)科。艙門設(shè)計團(tuán)隊將這些復(fù)雜的功能落實到產(chǎn)品的操作細(xì)節(jié)中，航天員出艙前，只需使用艙門門體上配套的操作手柄旋轉(zhuǎn)解鎖，使用助力機(jī)構(gòu)消除殘壓，拉動艙門把手即可完成打開艙門的動作。
同時，艙門還配套了特制的艙門保護(hù)罩，并將艙門檢漏儀作為密封的檢測手段，將艙門壓點開關(guān)作為狀態(tài)輔助判斷，全方位保障問天“大門”的使用安全。
在神舟七號任務(wù)時，航天員翟志剛完成了我國首次太空出艙活動。當(dāng)時出艙時使用的安全系繩是固定長度的系繩，其有效長度僅1米多。在空間站建造任務(wù)中，航天員要完成空間站設(shè)備安裝、檢修等出艙任務(wù)，出艙范圍更大、操作難度更高、安全要求更嚴(yán)格，亟需研發(fā)一種長度更長且可伸縮的安全系繩機(jī)構(gòu)。
既能保證航天員與空間站艙體間超過10米的安全連接，不會對航天服產(chǎn)生勾掛或干涉航天員運動，還可經(jīng)受住太空中近200攝氏度的大溫差、空間輻照、空間粒子等惡劣環(huán)境的考驗。同時，考慮到人機(jī)工效學(xué)的要求，還要實現(xiàn)恒力輸出，以保證其收放力不對航天員運動產(chǎn)生影響，研制難度較高，之前國內(nèi)并無類似的空間機(jī)構(gòu)產(chǎn)品。
航天科技集團(tuán)五院529廠的研制團(tuán)隊?wèi){借豐富的空間機(jī)構(gòu)產(chǎn)品設(shè)計能力，開展適用于空間站出艙任務(wù)的新型可伸縮安全系繩機(jī)構(gòu)研發(fā)工作，為航天員出艙助“一繩之力”。針對長距離以及空間環(huán)境適應(yīng)性的設(shè)計需求，研發(fā)團(tuán)隊創(chuàng)新提出了一種巧妙的設(shè)計方案，實現(xiàn)了鋼絲繩的恒力收放，無需電機(jī)提供回轉(zhuǎn)力矩，避免了電纜的引入，保證了航天員攜帶的便捷性和機(jī)動性。
為減小纏繞過程中的阻力、避免空間輻照環(huán)境對鋼絲繩產(chǎn)生影響以及防止鋼絲繩對航天服產(chǎn)生勾掛，設(shè)計人員選用耐空間輻照的特殊包覆材料對鋼絲繩進(jìn)行保護(hù)，確保機(jī)構(gòu)的使用安全。為滿足長壽命使用的要求，還采用了輔助排繩滑輪組引導(dǎo)鋼絲繩排繩的設(shè)計方案，并通過大量試驗驗證，確保10余米長鋼絲繩在機(jī)構(gòu)的狹小空間里上萬次、重復(fù)性的有序纏繞。
此次在軌出艙任務(wù)需要3名航天員合作完成，面臨不同艙段協(xié)同、艙內(nèi)外協(xié)同、天地協(xié)同等復(fù)雜場景，如何高效溝通協(xié)作是一個難點。為此，儀表與照明分系統(tǒng)為航天員提供視頻語音為一體的分布式數(shù)字化遠(yuǎn)程終端系統(tǒng)，提供天地間文本、圖片、流媒體混合通信模式。
在出艙任務(wù)中，航天員可通過智能顯示器實時監(jiān)測艙外圖像及機(jī)械臂全景、局部圖像，話音系統(tǒng)支持天地會議通話、專用通話、出艙通信等多種模式的話音通信，確保航天員之間、航天員與地面之間“看得清、聽得準(zhǔn)”。
而隨問天實驗艙發(fā)射的云臺照明燈則具備全覆蓋角度轉(zhuǎn)動，會為此次出艙任務(wù)點亮艙外環(huán)境，成為航天員艙外行走的“燈塔”。據(jù)悉，艙外云臺照明燈為空間站首次在軌應(yīng)用的照明設(shè)備，通過多自由度轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)以及投光燈光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計，使得航天員出艙路徑以及艙外作業(yè)點的照度得到充分保障。
不同于地球，航天員在軌每天會經(jīng)歷大約14次日出日落，體內(nèi)的生物鐘容易被打亂，并可能造成一定程度上的睡眠障礙。為此，儀表與照明分系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)劃了空間站多艙段多自由度動態(tài)照明為主、固定照明為輔的一體化、多維度、定量化照明系統(tǒng)，提升航天員生活質(zhì)量。
航天員進(jìn)入空間站后，可以根據(jù)個人需求通過手機(jī)應(yīng)用調(diào)節(jié)艙內(nèi)照明環(huán)境、睡眠模式、工作模式、運動模式，避免長時間單調(diào)環(huán)境帶來的不適，保證航天員更高效地工作、更放松地享受高質(zhì)量睡眠，讓他們在太空工作和生活更加活力滿滿。
從“飛船時代”進(jìn)入“空間站時代”，記錄了中國航天科技的發(fā)展進(jìn)步。在空間站任務(wù)中，航天員通過出艙活動，完成空間站的維修、維護(hù)及建造等任務(wù)。當(dāng)航天員出艙成為常態(tài)，出艙活動的時間便會大幅增加。航天員將面臨太空空間環(huán)境的嚴(yán)峻考驗。因此，進(jìn)行出艙活動時與地面建立高速及時的測控通信尤為重要。
據(jù)悉，航天科技集團(tuán)五院西安分院研制的中繼終端為此次航天員太空出艙提供全程通信保障，航天員乘組出艙畫面及與地面通信均通過該院研制的中繼終端傳回地面。空間站問天實驗艙研制的中繼終端是中國第三代中繼終端產(chǎn)品，中繼終端的通信測控數(shù)據(jù)傳輸更加迅速，保障地面與空間站的聯(lián)絡(luò)暢通無阻。
在此次任務(wù)中，航天員要實現(xiàn)長時間駐留，這對中繼終端通信測控能力提出考驗。通過中繼終端建立的天基測控通信系統(tǒng)建成之后，將地面對問天實驗艙以及空間站的測控覆蓋率提高至90%以上，確保問天實驗艙在絕大部分時間都保持著與地面的實時通信。
通過中繼終端搭建的天基測控通信系統(tǒng)，可以同時實現(xiàn)對天舟四號、神舟十四號、問天實驗艙和空間站天和核心艙的“遠(yuǎn)程駕駛”，對整個空間站的飛行器同時進(jìn)行通信測控，所建立的星間鏈路可以實時向地面?zhèn)鬏斀粫赢嬅娴葦?shù)據(jù)。從“天地通話”到航天員的太空授課，從交會對接任務(wù)到執(zhí)行天舟一號“太空加油”任務(wù)，中繼終端的應(yīng)用使中國天基測控通信得以成為現(xiàn)實。
來源：新華社、中新網(wǎng)、中國載人航天工程辦公室等綜合
