太空行走100问(四)

来源 :太空探索 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xmnp
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  什么是气闸舱?
  
  24.什么是气闸舱?航天员太空行走为什么要用气闸舱?
  气闸舱是指居于两个气压不同的环境之间的过渡舱,在载人航天器上就是居于加压座舱与宇宙真空之间的过渡舱,目的是在人员和物件通过时防止两个环境之间的气体交流。这个词是直译,也可译成“气压过渡舱”。气闸舱有两个作用:其一是在打开载人航天器的舱门时防止加压座舱内的气体丧失;其二是在航天员出舱前对大气压力进行调节。目前空间站内都是地球海平面的大气压力,即1014兆帕,而舱外航天服内的压力是296兆帕,如果航天员在加压座舱内穿上航天服,从高压环境很快转为低压环境,就可能患减压病。如果在气闸舱内,高低压环境之间有一个过度,再加上预吸氧,就可以预防减压病的发生。
  


  25.为什么航天员从飞船上出舱是通过舱门,而从航天飞机和国际空间站上出舱要用气闸舱?
  从载人飞船上进行太空行走一般都不需要气闸舱,但苏联的上升-2号飞船例外,不过从航天飞机和空间站上进行太空行走都需要有气闸舱。产生这种情况的原因是,美国载人飞船座舱内当时都是采用纯氧大气,压力为34.5千帕。为了预防减压病,航天员在发射前要预吸3小时的纯氧。美国的舱外航天服也是使用纯氧,压力为25.5千帕。虽然航天服内的压力比座舱内的压力低,但因航天员在座舱内一直呼吸纯氧大气,当航天员从座舱压力转换为服装内压力时,就不会有患减压病的危险。因此航天员穿着航天服即可安全出舱。而航天飞机和空间站的加压舱内都是使用氧氮混合大气和海平面大气压力,如果没有气闸舱,航天员从加压舱内的高压直接转换为服装内的低压力时,就会有患减压病的风险。
  另外,美国载人飞船座舱内航天员的活动空间比较小,其中双子星座飞船仅有2.55立方米,阿波罗飞船为6.17立方米。在太空行走时,打开舱门,座舱减压到零,让航天员出舱,当航天员完成太空行走回来后,再关上舱门,重新给座舱加压,不会浪费太多的氧气。而且每次飞行中航天员从飞船上进行太空行走的次数也不多,因此完全可以不用气闸舱。但从空间站上进行太空行走则不然,空间站内航天员的活动空间一般都是比较大,如天空实验室为361立方米,国际空间站为908立方米。空间站上如果没有气闸舱,在航天员太空行走时要将舱内的空气全部排放空,当航天员回来后又要重新加压,这会造成极大的气体浪费。何况航天员在航天飞机或空间站上一般要进行多次太空行走,这样造成的气体浪费将是不可接受的。因此从航天飞机或空间站上进行太空行走必需要有气闸舱。
  


  26.世界上第一个气闸舱是什么气闸舱?由几部分组成?给航天员的太空行走造成什么麻烦?
  世界上第一个气闸舱是苏联在上升-2号飞船上安装的“伏尔加”气闸舱。这是一种可充气的气闸舱,重250千克,直径700毫米,高770毫米,在飞船发射时气闸舱是储藏在返回舱内。当航天员在轨道上要进行太空行走时,气闸舱充气,这时气闸舱长2.5米,内部直径1.0米,外部直径1.2米。
  这种气闸舱在发射时安装在飞船的舱门上,突出到船身外74厘米。气闸舱由三部分组成:一个宽为1.2米的金属环,扣在飞船的舱门上;连接一个长为2.5米、由两层化学纤维制成的气囊;在气闸舱的舱门上方又安装一个宽为1.2米的金属环。在化学纤维制成的气囊内,用36根橡皮充气棒将气囊支撑起来。36根橡皮充气棒被分成三组,每组12根。如果其中两组橡皮充气棒失灵,剩余的一组橡皮充气棒也能保证气闸舱的形状。气闸舱以折叠状态固定在飞船返回舱外舱口的上方。气闸舱中装有为保证充气而使其展开的系统、压力调节系统、控制板、照明灯、摄影机、航天员出舱时的脐带式软管(长15.35米)、完成任务后与飞船分离的系统以及其他一些部件。36根橡皮充气棒需要7分钟时间才能充完气。飞船上有4个球形氧气瓶可供橡皮充气棒充气和气闸舱加压。
  1965年3月18日,上升-2号飞船成功地到达轨道后,苏联航天员列昂诺夫准备出舱。他首先背上应急背包,并将脐带式软管与飞船相连,然后进入气闸舱。另一名航天员别列亚耶夫关闭上气闸舱的舱门,对气闸舱进行减压,列昂诺夫打开通向太空的舱门,然后就离开飞船。开始时他感到很顺利,但10分钟以后就出问题。他的航天服像气球一样膨胀,不仅使他不能在太空活动,而且膨胀力还使他的手和脚要从太空手套和太空鞋中被挤出来。这时列昂诺夫已经不能工作,由于手指不能弯曲,手也不能抓住气闸舱上的扶手,因此太空行走12分钟以后他准备返回飞船。列昂诺夫没有征求地面控制中心的意见,擅自决定将航天服内的压力调低20%。因为他认为自己一直都在呼吸纯氧,因此不会得减压病。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,但他在慌乱中颠倒了进入的顺序,先进头后进脚。
  


  气闸舱的直径是1.0米,而列昂诺夫穿着航天服的身高是1.9米,因此他不能在圆筒形的气闸舱内将身体倒转过来关闭身后的舱门。他反复弯曲自己的身体,想将身体倒转过来,但都无济于事。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。这时他已大汗淋漓,航天服里面全是汗水。
  列昂诺夫的太空行走是险象环生,因此人类的首次太空行走并不顺利,这跟在载人飞船上安装技术不成熟的气闸舱有一定关系。1969年1月16日,联盟-5号航天员进行太空行走时,载人飞船上就没有气闸舱,航天员是在飞船座舱减压后打开舱门直接出舱的。
  
  27.美国航天飞机有几个气闸舱?内置气闸舱如何构成?舱内有何设施?
  美国航天飞机有两个气闸舱,一个是内置气闸舱,另一个是外置气闸舱。
  内置气闸舱位于航天飞机乘员舱的中层甲板舱内,气闸舱的内部直径1.58米,长2米,内部容积4.2立方米,能同时容纳两名穿着航天服的航天员。前后有两个压力密封的舱门,内舱门与中层甲板舱相通;外舱门与航天飞机的货舱相通。舱门呈D字形,直径为1米。气闸舱的舱门具有以下特点:从舱门的两边都能锁上和打开;使用寿命达2000次;身穿航天服的航天员用一只手就能打开和关闭;在前后方向上能耐受20g的冲击力;压差在1.38 千帕时仍能打开舱门;开关的手柄最大能承受13.5千克的力。
  


  航天飞机气闸舱有多种用途:航天员太空行走前后的减压和重新加压,维修太空行走装备和补充消耗品,给液冷服中的冷却水散热,太空行走装备的测试,航天员穿脱舱外航天服以及进行通信联系。在气闸舱内的舱壁上安装有放置舱外航天服的地方,此外舱内还有航天服测试装置和补充消耗品的设备。
  气闸舱有两个舱门。内舱门安装在气闸舱的外边,与中层甲板舱相通,其作用是将气闸舱与航天飞机轨道器的乘员舱分隔开,在航天员进行太空行走时保证乘员舱内不会发生减压;外舱门安装在气闸舱的里边,与航天飞机的货舱相通,其作用是将气闸舱与货舱隔开,通过此舱门航天员即可进入货舱。航天飞机的货舱不加压,在太空中可以完全敞开。
  对气闸舱重新加压可以由在中层甲板舱的航天员控制,也可以由在气闸舱内的航天员控制。通过安装在内舱门上的等压阀,可以使气闸舱与乘员舱内的压力相等。将气闸舱内大气排放到舱外的太空,气闸舱内即减压。两扇D形的气闸舱门都是朝轨道器乘员舱的方向开,由于乘员舱内的压力作用,因此当舱门关闭时即可加强舱门的密封。
  


  在太空行走前后,为了方便航天员在失重环境中行动,气闸舱要安装各种扶手和脚限制器。脚限制器是用螺栓固定在地板上,在飞行过程中不能拆卸。它是按航天靴的尺寸来设计的。在使用时,航天员要先将脚插入脚趾带,然后来回活动其后跟,以便靴的后跟被限制器固定住。在气闸舱内还装有4盏泛光灯供照明用,航天员可通过舱内的开关进行亮度调控。气闸舱内可以存放两套舱外航天服。在气闸舱的舱壁上安装有专供存放航天服的设备。此外气闸舱内还有维修保养航天服和为两名太空行走航天员服务的各种必要设备。航天服存放设备不仅可以将航天服固定在一定的位置,而且还能协助航天员穿脱和对服装进行测试。
  气闸舱内有一根脐带式软管,长366厘米,直径1.89厘米,重9千克。软管可向服装提供电力、通信、氧气和冷却水。在出舱之前,航天员不用服装内的电、氧气和水,而是由气闸舱通过这根脐带式软管供应。
  


  上面讲的都是内置气闸舱,航天飞机除内置气闸舱外还有一个外置气闸舱。外置气闸舱放置在航天飞机的货舱内,其功能作用与内置气闸舱一样。外置气闸舱内的有效容积比内置气闸舱大,内置气闸舱为4.2立方米;外置气闸舱为5.236立方米。外置气闸舱也比内置气闸舱重,内置气闸舱重440千克,外置气闸舱重1591千克。另外内置气闸舱有2扇舱门,而外置气闸舱有3扇舱门。外置气闸舱的第三扇舱门安置在舱的上部,主要作对接用。
  外置气闸舱由于安放在货舱内,因此在气闸舱的外面需装隔热材料,以防太空温度的作用。
  
  28.国际空间站上的联合气闸舱有多大?联合气闸舱内分几部分?各部分的功用是什么?
  国际空间站上的主要气闸舱是一个称为探索号的联合气闸舱。这种气闸舱既能提供给穿着美国舱外航天服的航天员使用,又能给俄罗斯的穿着海鹰-M型航天服的航天员使用。美国航天员在没有这种气闸舱之前,只能使用航天飞机(对接以后)的气闸舱或俄罗斯星辰号服务舱上的过渡舱进行太空行走。但由于两个服装系统之间的设计差异,美国的服装不能使用俄罗斯的服务舱。不过新的联合气闸舱可供这两种型号的服装共同使用。联合气闸舱是于2001年7月才与国际空间站的节点-1号舱联结。
  


  联合气闸舱长5.5米,最大直径4.4米,重6064千克,舱内容积34立方米,造价1.64亿美元。该舱由2部分组成:人员舱和设备舱。人员舱供美、俄航天员太空行走用;设备舱除用来存放航天员太空行走用的各种装备外,还供航天员在里面预吸氧。人员舱内有照明和脐带式软管的接口装置。这种脐带式软管接口装置固定在气闸舱的舱壁上,通过脐带软管可以同时给两套航天服供水、回收废水、供氧、供电和通信联络。在气闸舱的舱门打开之前,舱内压力先下降到20.7千帕,然后再降到零。这时服装内的压力为29.6千帕。设备舱还可供航天员对服装进行定期保养维修,因此舱内有各种维修保养用的工具和设备。
  联合气闸舱是安装在国际空间站1号节点舱的右侧边,气闸舱边上还装有4个高压气瓶,两个装氧气,两个装氮气。这些气体是供国际空间站美国站舱使用的。因为当航天员打开舱门准备出舱时,会损失大量气体,太空行走结束返回气闸舱时,要关闭舱门补充气体。
  联合气闸舱改进了航天员的预吸氧程序。过去航天员在太空行走前进行预吸氧,一般需要很多个小时,费时费事;而航天员在联合气闸舱中进行预吸氧,只需头一晚上在联合气闸舱中睡一觉,醒来以后预吸氧就完成了。
  


  人员舱高2.57米,外部直径2.0米,加压容积4.25立方米,舱内的脐带式软管接口可同时与两套舱外航天服相接,而且既可接美国航天服,也可接俄罗斯的航天服。设备舱宽2.96米,外部直径4.45米,加压容积29.7立方米,舱内有一个航天服服务台,不仅可以协助航天员穿脱航天服,而且还可以对航天服进行定期保养。舱内还有两个设备柜,一个装电子设备,另一个装供氧设备。另外,设备舱内还装有电池、动力机械工具和一些消耗材料。
其他文献
中国数字科技馆青少年创意馆诚邀您一起    在浩瀚的宇宙中,除了光芒万丈的太阳外,月亮这颗神秘的星球,是离我们最近的“邻居”,几十亿年来它形影不离地伴随着地球转动,是地球唯一的伴侣。进入21世纪,“嫦娥奔月”对我们来说将不再只是美丽的幻想,建造月球基地也不再只是遥不可及的梦想。因此,2008年全国青少年科学创意体验活动以“探索月球,创意无限”为主题,旨在通过参与性强的科学互动活动激发青少年的奇思妙
期刊
水是生命的源泉,而现代社会水资源的污染,严重吞噬着人类的健康,人们怎么也没有想到,和我们的生活息息相关并始终不渝支撑我们的生命之水,竟然会有直接威胁人类生存的一天。  从干旱到洪水,从红潮到咸潮……水正在以前所未有的姿态向人类一次又一次地敲响警钟。  现实生活中,水污染已经成为我们难以避免的潜在威胁,因为水污染造成的疾病和伤害时刻威胁着我们的生存。我们在媒体上看到因为水污染造成的环境问题和生态恶化
期刊
机动装置      29.什么是机动装置?航天员太空行走为什么要使用机动装置?  航天员如果想在太空移动身体,不能用脚,只能用手握住一个一个扶手向前移动,或者使用特制的身体移动工具。这种移动工具的正式名称是机动装置。所谓机动装置,其实是推动装置,就是使用喷嘴喷出高压气体,推动航天员的身体朝一定方向移动。为了保证航天员在太空行走中能很好地移动身体,完成各种操作和任务,美国和苏联曾先后研制出多种型号的
期刊
“老夫今夜宿泸山,惊破天门夜未关。谁把天空敲粉碎,漫天星斗落人间。”明代诗人杨升庵路过西昌时留下的这首诗,引起了“希望号”奥运星搭载方案专家评审组的共鸣,只不过让专家们惊讶的不是杨升庵眼中的“火把节”,而是一张张稚嫩脸上绽放的希望与梦想。    8月21日~23日,来自全国各地的70余名中小学师生和学生家长,怀揣着各自的航天梦想,来到西昌这座美丽的月亮城,参加由中国航天科技集团公司首次为中国青少年
期刊
神七伴飞小卫星获取千余幅飞船多角度清晰图像    中国载人航天工程空间应用系统负责人10月5日公布,神舟七号飞船伴飞小卫星顺利完成前期空间观测任务,共下传1000多幅飞船多角度图像,均清晰完整。  9月27日19时24分许,航天员出舱活动结束后,伴飞小卫星由航天员手控指令释放,释放机构将其推出进入既定轨道,开始第一阶段定向观测任务。伴飞小卫星上的宽视场相机每3秒钟获得一幅飞船静态图像,经高效压缩后
期刊
7月22日,航天科技集团公司新六院正式挂牌成立。这个新的航天液体动力技术研究院,给航天动力事业的发展带来了新机遇。近日,记者就航天液体动力重组的有关问题,采访了航天科技集团公司副总经理、航天液体动力重组领导小组组长雷凡培。    液体动力需要“国家队”    航天发展,动力先行。我国目前正处于由航天大国向航天强国转变的重要时期,迫切需要发展先进的航天动力技术。伴随着航天事业50多年的发展,集团公司
期刊
SysFla GmbH公司展出新型LFKNG导弹  据简氏导弹与火箭7月7日报道,SysFla GmbH公司重新设计了其计划研制的LFKNG地空导弹,并在今年柏林航展和巴黎航展上分别进行了展示。LFKNG导弹是德国SysFla未来地基防空系统的组成部分。  最新设计的LFKNG导弹弹长与先前宣布的1.78米一致,弹体前部的直径为94毫米,火箭发动机的直径为110毫米,而最初设计的弹径为94毫米。这
期刊
美国与八国达成探月合作意向  7月20日~23日,美国航宇局(NASA)主办了一次有9个国家的航天局参加的会议,讨论了月球科学探测今后要采取的步骤。参加会议的9个国家分别是加拿大、法国、德国、印度、意大利、日本、韩国、英国和美国。与会人员讨论了在称为“国际月球网”(ILN)的一项国际计划上开展合作的问题。该项目旨在把6个~8个固定或移动式科研站部署到月面上,取代阿波罗计划时期留下的设备,形成第二代
期刊
业内人士称,如果说加强宇航产品研制是“顶天”,那面向国民经济主战场则是“立地”。中国航天科技集团公司将以“顶天立地”的航天新体系,回馈社会,造福人民。  提到中国航天科技,普通百姓首先会想到神舟飞船、长征火箭、通信卫星等一系列耳熟能详的宇航产品。然而,作为中国科技创新的一面重要旗帜,中国航天的内涵远不止此。近年来,中国航天的触角已经伸向了竞争激烈的国际宇航领域和与百姓息息相关的日常生活中。作为科技
期刊
历时两天的昆明市2008年“大坝杯”中小学生航天模型比赛,于2008年5月18日在昆明市西山区福海大坝中心学校圆满结束。本次比赛是2008年昆明市“科技活动周”的主要活动,由昆明市教育科学研究院、昆明市中小学生课外科技教育活动中心、西山区教育局、西山区科技局联合举办,西山区福海大坝中心学校承办。共有23个代表队(中学组8个,小学组15个)的300余名运动员、教练员参加了比赛。  为探索昆明市青少年
期刊