在出艙活動中，航天員背上背的“背包”到底起什么作用呢？

由于太空為微重力環(huán)境，航天員進(jìn)行太空行走時(shí)會處于漂浮狀態(tài)，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，或者使用特制的身體移動工具，這種移動工具的正式名稱是“太空機(jī)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后的太空機(jī)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(wù)，美國和蘇聯(lián)曾先后研制出多種型號的機(jī)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(jī)動裝置

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

幫助航天員懷特實(shí)現(xiàn)太空行走的是自足式手提機(jī)動噴射器。這個裝置主要由兩個氧氣儲罐和一個壓力調(diào)節(jié)器組成，重3.4千克，其中高壓氧氣推進(jìn)劑重約0.13千克。它每秒能產(chǎn)生約181牛的推力，速度為1.82米/秒，相當(dāng)于普通人慢跑的速度。該裝置有3個噴管，2個噴管對著后方，1個噴管對著前方。開動對著后方的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(jī)動噴射器雖然成功幫助航天員懷特實(shí)現(xiàn)了太空行走，但這種裝置并不好控制。造成這種情況的原因是，自足式手提機(jī)動噴射器必須緊靠航天員身體的質(zhì)心，才能準(zhǔn)確控制移動方向。但由于航天員身穿航天服，頭上又戴頭盔，很難確定身體質(zhì)心的位置，因此航天員一般只能憑經(jīng)驗(yàn)行事。一旦遇到維修衛(wèi)星這種要求精確定位的作業(yè)，航天員就可能由于定位不精確而無法完成維修任務(wù)。因而，這種機(jī)動裝置并沒有得到廣泛應(yīng)用和普及。

自足式手提機(jī)動噴射器是手提式機(jī)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制的航天員機(jī)動裝置幾種類型。但這幾種裝置由于種種原因，并沒有在實(shí)際任務(wù)中應(yīng)用。

貢獻(xiàn)卓著的機(jī)動“背包”

背上背包去旅行，是不是很多小伙伴們比較向往的事情呢？為了幫助航天員出艙行走，科研工作者曾為航天員設(shè)計(jì)了一款“背包”，這款背包的名稱是M509機(jī)動裝置。

M509機(jī)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(nèi)裝有高壓氮?dú)馄浚诒嘲車b有14個噴嘴，分別指向上下、前后、左右，通過控制器打開噴嘴后，航天員不僅可以進(jìn)行上下、前后、左右移動，而且還能進(jìn)行滾翻和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。這種裝置的最大優(yōu)點(diǎn)是能準(zhǔn)確進(jìn)行身體定位，能讓航天員身體保持任何姿勢。

M509機(jī)動裝置曾在美國的天空實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行過試驗(yàn)，但這種裝置并沒有得到實(shí)際應(yīng)用。盡管如此，M509試驗(yàn)時(shí)獲得的很多數(shù)據(jù)，都成為重要的資料，被應(yīng)用到了后來的研究中。

比如，后面將講到的噴氣鞋的氮?dú)鈮毫藓碗姵囟际墙?jīng)過M509試驗(yàn)得到的。后來，在航天飛機(jī)上多次使用的載人機(jī)動單元也是在M509試驗(yàn)研制基礎(chǔ)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！想象一下，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(jī)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(nèi)裝有高壓氮?dú)?，每只鞋上裝有4個噴射器，用腳控制噴射器噴出氣體，航天員就可以實(shí)現(xiàn)太空行走了。

噴氣鞋的優(yōu)點(diǎn)是可以解放航天員的雙手，但它也存在著明顯的缺點(diǎn)。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，航天員的行動方向并不自如，所以，這套裝置并沒有在實(shí)際中應(yīng)用。

能自由行走的載人機(jī)動裝置

本文開頭提到的國際空間站航天員身后的“背包”被稱為便攜式環(huán)控生保系統(tǒng)，而航天員所使用的載人機(jī)動裝置則是便攜式環(huán)控生保系統(tǒng)背包上的一個模塊。這種背包的外形有點(diǎn)像汽車座椅的靠背，它高127厘米、寬83厘米、厚69厘米，重150千克。這種設(shè)計(jì)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，美國航天飛機(jī)也采用了這一設(shè)計(jì)。

• 速度夠快

載人機(jī)動裝置以氮?dú)鉃橥七M(jìn)劑，推進(jìn)器的噴口裝在“靠背”的兩個側(cè)柱上。上下、左右、前后，每個方向上都有4個噴口。每個推進(jìn)器可以產(chǎn)生的推力為7.6牛。裝滿氮?dú)獾目勘持?50千克，加上航天員及生命保障系統(tǒng)，總重可達(dá)295～335千克。如果按335千克計(jì)算，同方向上的4個推進(jìn)器一起工作，可以使航天員獲得75千米/小時(shí)的速度。這樣的速度與高速行駛的摩托車不相上下。

• 定位精準(zhǔn)

載人機(jī)動裝置的控制有手控和自控兩種方式。只要一按控制鈕，航天員可以向任何方向轉(zhuǎn)動和前進(jìn)，同時(shí)還可以精確定位身體。一旦身體定位好以后，航天員啟動自動姿態(tài)保持功能，即可保證航天員在太空操作過程中身體不移位。

• 足夠安全

為了最大程度地保證航天員的安全，載人機(jī)動裝置中推進(jìn)系統(tǒng)的管路都是雙重的，以便在發(fā)生故障時(shí)航天員能自救和返回航天飛機(jī)。

1984年4月10日，美國挑戰(zhàn)者號航天飛機(jī)上的兩名航天員首次太空回收修理衛(wèi)星成功。在這個過程中，載人機(jī)動裝置幫助航天員在太空中行動自如，并且進(jìn)行了許多精密操作。

不過，不知道這種機(jī)動裝置能不能應(yīng)用到生活中呢？想想大家每天上班不用擠公交、地鐵，每人一個機(jī)動裝置，背起來就出發(fā)了，是不是很酷呢？不過如果有，造價(jià)肯定也不菲，美國航天飛機(jī)航天員使用的機(jī)動裝置造價(jià)就高達(dá)750萬美元。

2008年9月27日，在神舟七號任務(wù)中，航天員翟志剛進(jìn)行了我國首次太空行走。未來，隨著我國空間站計(jì)劃的展開，太空行走任務(wù)肯定必不可少。讓我們期待我國的航天員穿上我們自己研制的太空行走機(jī)動裝置，在太空自由行吧！

來源：中國航天科普