1、概述
世界上第一次不系安全带的太空行走,是1984年2月3日,美国“挑战者”号航天飞机上的两名宇航员他们是在喷气背包(MMU)也称“太空和动艇”的帮助下完成这一过程。实际上它就是一个最小的宇宙飞行器。宇航员带上这种喷气背包,能在茫茫太空中随心所欲地翻筋斗,旋转、向上、向下、向前、向后自由移动,左右摇摆,或“高车定点”。宇航员说:“你只要动动手指头,转转头和眼珠就可以了。”因为在太空中既没有重力又没有阻力。为了保险起见,宇航员仍需系安全索。美国研制的喷气背包的维持生命系统有效工作时间为7小时,能提供的最大速度是每秒13.4米。但这会很快耗尽能量,因此宇航员常用一根带有刻度的小棒测量离开航天飞机的距离,以保证能安全返回太空行走的时间一般不超过6~6.5小时。
2、作用
在飞船的密封座舱中,由于失重,人处于飘浮状态,只要用脚、手或身体的任何部位碰一下固定物体,借助反作用力可进行立体行走,到达空间的任何地方。人走出飞船的密封座舱,仍以原有速度与飞船一起作轨道运动,即仍处于失重状态。由于太空为真空,也四处无着,无法靠人体自身的动作产生反作用力来达到行走的目的,只能靠喷气背包代步。但走得多快和走得多远,却无法作出主观上的判断。因在广阔无垠的太空,除同速前进的飞船外,没有什么物体可作参照物,既难以判断速度的快慢,也难以判断距离的远近。同时,对看到的物体,也难以判断它的大小,会将遥远的星星看成是近在咫尺的小石头,而如果眼前飘着一片小小的锡纸片,却可能看作是远在天边的屏障。如果并排前行的飞船在转动,长时间盯它,更会使人晕头转向。
太空行走
从最早的系绳装置(世界上第一位太空行走的苏联航天员列昂诺夫就使用这种装置)、机械臂、“牧羊钩”装置、发展到手持式机动装置(HHMU,是最早的喷气机动装置,像一把手枪,有3个推力器,1个前喷,2个后喷,航天员用手控制各推力器的工作。但控制质量很差,稍有不慎就会飞离目标,需备有系绳装置才能返回原处重新飞行)、航天员机动装置(AMU,这是第一种喷气背包式装置,具有良好的飞行与控制精度,可以保持±0.03米的位置精度和±0.009每秒米的速度精度)、载人机动装置(MMU)和舱外活动救生辅助装置(SAFER)等。
所谓机动装置其实就是推动装置,就“太空喷气背包”,使用喷嘴喷出的高压气体,推动航天员的身体朝一定方向移动。机动装置都是和舱外航天服配套使用的。因此,也可以认为机动装置是舱外航天服的延伸,是航天员遨游太空的“座驾”。
太空试验
航天员机动装置(AMU)在美国的天空实验里曾使用这种机动装置,外形就像一位长途旅行者背在身后的背包,背包内装有高压氮气瓶,在背包周围装有14个喷嘴,分别指向上下、前后、左右。通过控制器打开喷嘴后,航天员不仅可以作上下、前后、左右移动,而且还能进行翻滚和旋转运动。它的最大优点是能准确地进行身体定位,能让身体保持任何姿势。可惜的是这种机动装置,仅在天空实验室内做过试验,没有正式进入太空使用过。
载人机动装置
(MMU)在航天飞机上使用。它是一个大型的喷气背包式机动装置,重154千克,高1.27米,宽0.86米,厚1.22米。在其呈长方体的8个角上共安装有24个推力器,每角3个,每个推力器的推力均为7.56牛。24个推力器分为主备份2组,在发生故障时可实现整个推力器的切换。推力器所用的推进剂为氮气,2个气瓶携有氮气11.8千克,能为航天员提供每秒20米的移动速度,而其控制系统的精度达到±1.25度并有自动姿态保持功能。该装置有左右两个控制手柄,平时处于收缩状态,当装到航天员背上后即自动伸出来,长短能够调节。航天飞机在每次飞行中都带有两个这种装置。载人机动装置在1984年中曾三次在航天飞机上使用,大出风头,原本是用作修复航天飞机外表面防热瓦的工具,由于当时防热瓦未发现有重大问题,为此坐了几年“冷板凳”,终于在修复和回收卫星中一展身手,仅仅在1984年就出手3次:第一次航天员背着该载人机动装置进行太空行走,最远走了100米;第二次航天员依靠该装置抓获了太阳峰年卫星,第三次两名航天员依靠该装置捉住了两颗未进入轨道的通信卫星。
舱外辅助装置
(SAFER)是20世纪90年代后,美国航空航天局又研制成功用于太空救生的新型机动装置,主要供国际空间站使用。它是一种小型轻质的装置,其体积为高0.35米、宽0.66米、厚0.25米、重37.6千克,平时不用时可以折叠起来放置。它也有24个氮气推力器,分别装在背包的4个角上,每角安装6个,每个推力器的推力为3.56牛,通过手动控制,航天员可以实现上下、左右、前后移动并能使航天员在太空中保持所需要的姿态,有利于救生。该装置在太空中能推动航天员以每秒3米的速度移动。
3、举例
苏联从20世纪60年代开始也进行过载人机动装置的研究,其典型代表作是用于暴风雪号航天飞机及和平号空间站的YMK装置。其总体构型与美国的MMU相类似,采用32个推力为5牛的氮气推力器,并分为2组可互作备份。航天员可获得每秒30米的移动速度。1990年俄罗斯航天员在太空行走时曾使用过,移动的距离最大可达100米。
~6.5小时。万一宇航员不能自己走回航天飞机,可以用牵引缆索把他拉回来。