出舱服

　　出舱服体积虽小，但五脏俱全，基本上是一个能独立操作的迷你载人宇宙飞船。

　　这艘迷你宇宙飞船要载人，所以首先要提供一个密封恒压的保护壳。恒压由纯氧支撑，在30到40千帕之间。纯氧要源源不绝地输入，维持航天员生命需求，呼出的废气二氧化碳、水气和体味，马上循环回收，或由活性碳或氢氧化锂等化学材料吸收处理。

　　出舱服内要有“空调”温度控制系统，一般以贴身水冷方式完成。温度可在约10到25摄氏度间调整。

　　在太空要面对着一轮热烘烘的太阳，强烈的紫外线辐射有如排山倒海而来，出舱服要能把紫外线反射或过滤掉。

　　太阳有时发威，喷出大量近光速的高能带电粒子(solar flare event)，被地球磁场引到两极地区进入大气层。如果宇宙飞船在低倾角和低地球轨道上运行，远离高倾角90度两极轨道，宇宙飞船和航天员大可不必顾虑这类粒子辐射。但对远离地球磁场航向月球或火星的宇宙飞船，则会造成巨大伤害，不得不防。“神七”轨道高341公里，倾角42.4度，也就是说它的轨道被控制在南纬42.4度到北纬42.4度之间，够得到降落地点内蒙古四子王旗，但离北、南极区尚远，出舱服只要能挡住一般太阳辐射就行。同样道理，极高能量的宇宙射线(galactic cosmic rays)，对“神七”的作用也甚微。

　　比较厉害的是太空中有很多高速流窜的微陨石和流星体，虽然撞上的机率不大，但一旦被撞上关键部位就事态严重。1995年10月发射的航天飞机，货仓盖就被打穿了一个小洞(图3)。航天飞机的驾驶舱挡风玻璃每次飞行平均被撞三次，每出任务10天，挡风玻璃就得换新。出舱服对这类高速飞行流星体基本上无万全防御之计。出舱服最外层目前以21世纪最先进、强度最大的复合纤维材料制成，至少能抵抗这类流星体一下，给航天员提供一点应变时间。

　　出舱服要设有完整的通讯设备，提供出舱航天员与宇宙飞船和地面任务控制中心联络。

　　出舱服要精巧灵活，航天员指到那，出舱服就能打到那。“神七”的出舱服背包中有一个燃料助推器，航天员可用以控制移动方向。

　　“神七”的“飞天号”出舱服很可能连着“脐带”，以确保航天员不会与宇宙飞船分离。俄美两国在1965年第一次出舱活动时，都是连着“脐带”，除开保证航天员不会漂离母船外，同时也通过“脐带”供氧供电供通讯供空调，绝对安全可靠。“脐带”一般不能太长，5米左右，太长会打结。“脐带”虽好用，但严重地局限了航天员活动范围，所以新一代的出舱服都已切断“脐带”，改用先进的推进器，大幅度增加了舱外活动的范围和能力。

　　据2008年8月底讯息，“神七”的“飞天号”出舱服也可能是先进无“脐带”型号。

　　航天员出舱活动好几个钟头，出舱服要能处理“解手”问题。两年前美国一位女航天员，在地面绑上太空尿布，十小时车程不入厕，追上在千里以外机场转机的情敌，打翻醋坛子，大发雌威，泼辣较劲，彪悍无敌，造成美国用的“太空尿布”，在世界媒体上爆光，狠狠出过一阵风头。

　　俄罗斯的出舱服使用短裤式尿布，并设有便器。

　　在出舱服的研发上，人类的确花了不少工夫。出舱服除了能提供航天员基本生命所需外，重要的是出舱服要有弹性，航天员不需用太大的力气，就能弯臂、用手抓东西，且能灵活使用板手和螺丝刀等工具，保证生命安全并完成任务。

　　出舱服皆为多层结构，美式14层，由上、下身两部份组成，重130公斤。俄式10层，由前、后两半组成，重110公斤(图4)。由外往里看，最外层防辐射紫外线，以耐热尼龙材料制成；紧贴着的是防微陨石兼隔热层，由先进复合纤维材料制成；再进去是一道“限制”层，为控制30至40千帕氧压在太空高真空向外扩张而设，由聚酯类纤维材料制成；再往里几层为数层纯氧气囊加衬里层、氧气运送管道层，气体循环层，液冷“空调”层和最里面的贴身层。

　　据北京科技报报导，中国已研制出300平方米先进出舱服面料，具有高强度、抗撞击、防辐射，耐高温等特性。“神七”的“飞天号”出舱服是根据俄罗斯“海鹰号”系统基本蓝图设计而成，可是所用的材料及零件，都是21世纪的新产物。尽管外型相似，内芯早已脱胎换骨，青出于蓝而胜于蓝。

　　目前人类出舱服，虽已能操作自如，飞翔无碍，但外表皆极臃肿，是20世纪的产物。臃肿是因为氧气气压而来。为了“消肿”，已把氧压调低到接近生理底线，并为了使用这个超低氧压，还不得不付出几小时在天上预先吸氧驱氮的辛劳代价，才能出舱。压力虽低，但在太空高真空中，膨胀依然。航天员一举一动，都要和这个膨胀僵硬的出舱服奋斗。尤有甚之，臃肿的出舱服使手套灵敏度大幅度降低，增加活动困难性。

　　目前正在研发的出舱服，将使用最先进的生物材料，为现任的出舱服进行减肥瘦身运动，把航天员用类塑料薄膜材料紧缩罩住(图5)。贴身的生物材料以80千帕的压力紧压全身。身体在这个压力下，不需预吸氧气，就可由一大气压的太空舱出舱。出舱后，因为没有气体笼罩全身，弯臂蹬腿几和舱内活动接近。

　　未来的出舱服以不需预吸氧排氮程序就能出舱，和出舱后工作起来省力为主要发展方向。

　　历史出舱任务

　　在加加林进入太空3年11个月25天后，苏俄航天员里奥诺夫步出“黎明二号”，成为第一个太空行走的人类。

　　前文已提到，“上升二号”的舱压为70千帕纯氧，出舱服40千帕纯氧。里奥诺夫拉着超长15米的“脐带”出舱后，发现够不着装在大腿部位的照像机拉绳，几经挣扎，只好放弃(作者认为在微重力下，拉绳位置可能和地面模拟训练时不同。在太空中他可能还是够得到，但摸错地方)。人类第一次出舱存照是由另一架摄影机拍下，为电影片，模糊不清(图6)。出舱12分钟后，里奥诺夫没按照预定姿态脚先头后回舱。在极度紧张下，他一头就扎回气球式气闸舱，头下脚上，被卡住了，无法翻身回去关外气闸门。他急得汗流如浆，体温迅速上升1.8摄氏度，心脏砰砰砰加速跳跃，已近休克状态。他本想吞下随身携带的自杀药丸，但决定最后一搏，将出舱服的压力由40千帕降到27千帕，终能勉强翻个个儿，成功地关上外气闸门，喘一口大气，然后加压，开内气闸门，回到内舱。回程中，自动导降系统失灵，改由人工操纵，降落在乌拉尔(Ural)深山老林之中，3月冬雪尚深，群狼眈视，两天后获救。

　　里奥诺夫不得已释放出舱服的氧气自救，是一个向死神挑战的超级危险动作。出舱前他吸氧排氮只到40千帕纯氧压力，离27千帕的压力还有一段距离。美国出舱服设在30千帕纯氧压力，吸氧排氮预备时间要比设在40千帕的苏俄出舱服多出一倍。里奥诺夫的生理状态显然尚未平衡在27千帕纯氧压力基准线上。他在“黎明二号,”任务后，仍然健康地活着，最合理的解释是他在27千帕压力下停留时间甚短，血液中残余的氮气分子尚无法汇集成较大气泡闯祸。另一个解释是他的体质特佳，血液和血管管壁的优质流体结构，减低了氮气气泡成形速度。

　　表面看来，“神七”的出舱程序比“上升二号”清爽许多，但为了绝对安全，两位准备出舱的航天员，已在地面中性浮力深水水槽中重复进行模拟失重训练和出舱回舱活动任务训练，以达到完美无缺动作的目标(图7)。

　　里奥诺夫在1975年7月15日参加了“阿波罗-联盟号”太空对接计划(Apollo-Soyuz Test Project，ASTP)，为冷战时的美苏凭添一页佳话。

　　1965年，美苏登月竞赛方酣。要登月成功，需要做两个关键动作：宇宙飞船对接和在月球高真空环境下出舱。要去月球，返回舱得在地球轨道上翻180度的个儿，回头和登月小艇对接。拉出登月小艇后，推进舱返回舱登月小艇，三位一体，脱离地球轨道，奔月。从逻辑上安排，美国认为应先演练对接，再演练出舱。但苏俄没按牌理出牌，先抢“太空行走”秀，继“斯普特尼克”和加加林后，再次令美国措手不及。

　　太空对接技术难度高，美国本来计划以“双子星四号”(Gemini 4)先只练习“会合”(rendezvous)，完成轨道编队飞行。“会合”技术熟练后，再“对接”(docking)。送“双子星四号”上天的最后一节火箭空壳，会跟着双子星宇宙飞船后面，在轨道上飞行一阵子。这火箭空壳就是“双子星四号”的“会合”对象。

　　但苏俄已下“出舱”重手，美国得急速反应。

　　苏俄太空行走两个半月后(1965年6月3日)，“双子星四号”升空，先执行太空会合任务，再操作临时加进去的出舱活动。

　　最后一节火箭空壳跟在“双子星四号”后面，“双子星四号”朝火箭空壳方向发动火箭推力，企图和它接近，奇怪的现象发生了。在科幻片中，火箭飞船都是像在大气中的飞机一样，朝目标方向飞去就成。但在太空轨道上，“双子星四号”越想向目标方向推进，结果却越离越远。不信邪，再接再厉，耗掉大半燃料，目标却有绝尘而去的架势。休斯顿控制中心紧急叫停，放弃这项任务。

　　太空会合牵涉到轨道力学。两船会合，要追要等，全靠调整轨道周期和速度。比如要追同一轨道上前面目标，不得本能向目标方向加速，反得要反本能减速，先进入周期短的小轨道，绕地球一圈后，自然与前方轨道周期长的目标会合，够玄了吧？“双子星四号”两位航天员轨道力学不及格。

　　主要任务失败，两位航天员极度沮丧和疲倦，先绕地球休息一圈，在澳洲上空，开始全舱减压(作者注：“双子星”宇宙飞船小，没有像“神七”独立的气闸舱)。减压完毕后，舱门弹簧错位，费了九牛二虎之力，终于打开。怀特身牵“脐带”，手持高压气体枪出舱，先绕宇宙飞船一周巡视，左瞄右闪，酷帅齐发，演出一场生猛鲜活的太空行走秀(图8)。三分钟后，压力枪气体耗尽。15分40秒后，休斯顿下令回舱，结束了美国第一次出舱活动。

　　怀特后来入选为“阿波罗一号”航天员，不幸在1967年1月27日地面训练时，纯氧大气的太空舱失火，和另外两位航天员同时罹难。

　　1969年7月20日，阿姆斯特朗在月球低重力高真空多尘埃环境出舱，为人类完成登月壮举。

　　1984年2月7日，美国航天员麦肯利斯(Bruce McCandless)由一大气压的航天飞机出舱，第一次演示无“脐带”太空行走。他使用第一代太空摩托艇(Manned Maneuvering Unit, MMU)，驶离母船98米。此后，由航天飞机出舱活动频繁，有时每次长达8小时，远远超越太空作秀功能。经过近20年的发展，出舱活动正式投产，包括以后几次哈勃望远镜维修和国际空间站组装任务。

　　结语

　　出舱服夹层重重迭迭，结构复杂，在制造过程中，需大量手工缝纫，一针一线，呕心沥血。慈母手中线，游子身上衣，临行密密缝，惟恐迟迟归……“神七”航天员穿着神州母亲精心缝纫的“飞天号”出舱服，带着全世界炎黄子孙的祝福和期盼，走出宇宙飞船，为中华民族的太空事业迈出了一大步！

　　“神七”出舱任务一小时(图9)，表面看来，像是重复苏俄和美国早期的动作，但骨子里，中国“飞天号”出舱服使用大量21世纪先进材料，电子、计算机、通讯科技也内芯全新，今非昔比。更重要的是中国那股气冲霄汉之势。中国渡过了150余年艰辛国运，东方睡狮已醒，经济开始腾飞，太空能力迅速崛起。“嫦娥一号”已把月球三维地表勘测完毕。“神七”和“神八”为“神九”对接铺垫。中国未来建造空间站，登月，高飞，远航。中国按照自己的进度，自力更生，独立前行，一步一个脚印，骄傲自豪地为全人类太空事业做出和平真诚的贡献。