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人類的第一次太空行走,三次都差點要了他的命

2019-11-12| 發布者: 相山新聞網| 查看: 135| 評論: 1|文章來源: 互聯網

摘要: 出品:科普中國制作:李會超監制:中國科學院計算機網絡信息中心10月11日,蘇聯宇航員阿列克謝·列昂諾夫于莫......

出品:科普中國

制作:李會超

監制:中國科學院計算機網絡信息中心

10月11日,蘇聯宇航員阿列克謝·列昂諾夫于莫斯科病逝,享年85歲。俄羅斯總統普京第一時間對他的逝世表示哀悼,稱贊列昂諾夫為“真正的先驅,一個堅強而英勇的人。

1965年的3月18日,在12分鐘的時間里,列昂諾夫和人類一直仰望、幻想與憧憬的那片太空,只隔著一層玻璃面罩。在那12分鐘里,他看到了前所未見的壯美,其后也經歷了九死一生的波折,成為了人類歷史上第一個與太空親密接觸的人。

因比賽而產生,EVA成為宇宙探索的重要技術

列昂諾夫所完成的,是人類歷史上第一次艙外活動(ExtraVehicularActivity,簡稱EVA),也就是更為人熟知的“太空行走”。這種脫離航天器的保護,依靠宇航員自身攜帶的生命保障系統在太空中所進行的活動,對于提升航天活動的效能有著至關重要的意義。目前,EVA主要有五大用途:

一是在太空中組裝并擴建大型的空間站。例如目前人類運行的最大的航天器“國際空間站”,不同艙段和桁架結構的組裝,都借助了不少航天員的EVA活動。

第二個用途是在太空維修和維護航天器。前不久,國際空間站上第一次實現了全部由女性航天員完成的EVA,進行這次EVA的目的就是更換國際空間站上的電池組件。

第三個用途是可以抓取衛星進行維護,或通過宇航員釋放衛星。2017年8月17日,國際空間站上發射了若干顆微小衛星,而它們入軌的方式十分特別:這些衛星由執行EVA的俄羅斯宇航員像丟皮球那樣丟到了太空之中。當然,宇航員并非盲目蠻干,衛星的功能和設計使得這種“發射”方法既方便又實用。

第四個用途是在太空中遭遇險情發射時,執行緊急太空救援。電影《地心引力》中宇航員們通過EVA逃命的橋段就是這個功能的幻想體現。

最后,當航天員在月球、火星乃至更遙遠的天體上登陸時,他們需要通過EVA來完成登陸活動的過程。由于EVA如此廣泛的功能和重要的意義,艙外活動技術與載人發射返回技術、空間交會對接技術并稱為載人航天的三大基本技術,目前全世界只有俄美中三國全面掌握了這三項技術。

在EVA技術產生時,決策者和技術人員并沒有意識到這種技術的廣闊未來。他們想做的,不過是贏下一場比賽。上世紀六十年代,正值蘇美兩國的太空競賽如火如荼的進行之中。在率先發射衛星、率先將宇航員送入太空兩個回合以蘇聯取勝告終后,兩國競爭的大目標是率先載人登月。而率先實現EVA,則是這個大目標中的一個小目標。因為宇航員要到月球表面活動,就必須要從登月飛船中離開。在近地軌道的飛行中對EVA技術進行先期驗證,是能夠在月球表面安全進行EVA的基礎。

1964年,蘇聯EVA設備的總設計師塞弗林得到消息,美國人已經在研發與雙子座載人飛船相配合的EVA設備。于是他趕緊向決策者大聲疾呼,必須加快蘇聯的EVA實現進程,好在美國人之前搞定這件事情,再讓洋基佬們難受一次。

值得銘記的榮光時刻:EVA技術的首次應用

進行EVA的飛船一般要設置氣閘艙。氣閘艙在加壓的飛船內部環境和近似真空的太空環境之間提供一個過渡和緩沖。

在出艙前,氣閘艙的狀態與飛船其他部分相似,宇航員可以穿戴好艙外宇航服后進入氣閘艙,并關閉氣閘艙與飛船內部之間的艙門。在載人飛行中,飛船內部的氣壓一般與地表大氣壓相似,但艙外宇航服內的氣壓一般只相當于大氣壓的0.4倍左右。在出艙前,宇航員需要在氣閘艙中經歷相對平緩的泄壓過程,還要在此過程中吸入一些純氧,以排除身體內的氮氣,防備減壓病的發生。如果不經歷這個過程就貿然出艙,氮氣快速溢出人體,就會出現胸悶、咳嗽、關節肌肉疼痛等癥狀,搞不好還要出人命。

美國早期的雙子座飛船沒有設置氣閘艙,而是采用直接將飛船艙內空氣排空的方式讓宇航員出艙。這種方法看似省事,但只適用于小型飛船。對于空間站等大型航天器來說,為了出艙而排空艙內的全部空氣,將造成巨大的浪費。正在艙內工作的航天員也不得不穿著非常笨重的艙外宇航服。我國的神舟飛船,利用軌道艙“兼職”氣閘艙。在神舟七號任務期間,航天與翟志剛和劉伯明出艙活動時(航天員劉伯明雖然沒有完全出艙,但實際上也已經處在了與太空相連通的環境中),負責操作飛船的航天員景海鵬待在加壓的返回艙中,與軌道艙保持隔離。

而對于急于實現EVA的蘇聯人,在當時設計一艘全新的、配備氣閘艙的飛船在時間上已沒有可能。于是他們就發揮有條件要上、沒有條件創造條件也要上的精神,設計了一個充氣式的臨時氣閘艙。這個氣閘艙與飛船原有的艙門相連,在發射過程中呈收縮狀態,在飛船入軌后則充氣膨脹。這種方案使得原有的飛船無需經過太大改動,就能執行EVA任務。

雖然戰斗民族特有的氣質使得蘇聯人具備敢想敢干的素質,但在上天的問題上他們還是保持了起碼的謹慎。在上升2號任務前,他們發射了一顆編號為“宇宙57”號的試驗衛星,對這種充氣氣閘艙進行先期的技術驗證。然而,由于控制工作出現了偏差,一條自毀指令被錯誤的注入到了衛星上,使得衛星在太空中爆炸。于是就只好由宇航員來親自來驗證這項技術了。

1965年3月18日莫斯科時間上午10時,上升2號飛船在載著宇航員別列亞耶夫和列昂諾夫進入太空。雖然后來揚名天下的是列昂諾夫,但實際上在飛行過程中,擔任飛船指令長的卻是別列亞耶夫,相當于列昂諾夫的太空領導。從艙內走向艙外的過程進行的按部就班,帶著太空領導“祝你好運”的祝福,列昂諾夫從氣閘艙進入了太空之中。莫斯科時間11時34分51秒(UTC+3),列昂諾夫成為了世界上第一個在太空中漫步的人。

列昂諾夫繪制的自己進行第一次EVA的場景,宇航員身后的直筒狀物即為充氣氣閘艙。(圖片來源:blog.sciencemuseum.org.uk/the-first-spacewalk)

出艙后,列昂諾夫開始在太空中歡騰,他翻了幾個跟頭,又移動了幾件飛船外部的物體,并沖著攝像機擺出了各種POSE。當時,他采用的是最原始的臍帶式EVA設備。一根長度約為5米的“臍帶”線纜連接的宇航員與飛船,艙外航天服生命保障系統所需要的電源、通信、氧氣、冷卻劑等物質,都通過臍帶輸送過來。臍帶式EVA設備雖然設計簡單、成本低廉,卻限制了航天員的活動范圍。

目前,各國都已采用了自主式EVA設備,宇航員的生命保障系統被集成到了艙外航天服后面的大背包中。美國還曾經試驗過宇航員的單人機動裝置,使宇航員獲得了自主的動力,可以完全斷絕與航天器的聯系,更自由的飄浮在太空中,儼然一個人形自飛小飛船。當然,這個小飛船自持能力有限,時間一長還得重回大型航天器的懷抱。

從太空到地球:波折回家路

人類的首次EVA進行了12分鐘左右,太空領導提示列昂諾夫該返回艙內了。然而,接連不斷的麻煩也從這里開始了。由于在地面上沒有考慮到宇航服在近似真空的太空中加壓后會膨脹的問題,氣閘艙的尺寸設計的有些小,列昂諾夫返回時被卡在了氣閘艙入口處。為了擠進重啟氣閘艙,列昂諾夫不得不冒險將宇航服降壓。

飛船離軌返回地面的過程中,自動控制系統的工作又出現了偏差,差一點把他們送入離開地球并一去不復返的軌道。好在宇航員們及時發現了這個問題,應急轉入手動控制模式。此時,主發動機的燃料已經所剩無幾,宇航員們只有一次機會手動控制飛船進入正確的返回軌跡。在邊與地面溝通邊自行選定了著陸點,并計算了相關的參數后,宇航員控制制動發動機啟動。

列昂諾夫出艙期間的飛船軌跡,可見出艙主要在飛船飛躍蘇聯國土、能夠與地面保持比較連續的時段進行。(圖片來源http://www.svengrahn.pp.se/histind/Voskhod2/Voskhod2.htm)

最后的返回過程中,險情再一次發生。本來該與返回艙分離的儀器艙在分離動作執行后卻與返回艙“艙斷線連”,一根沒有正確斷開的通信電纜讓兩個艙段一起繼續飛向地球。這根線纜成為了這個古怪的太空組合體的重心,兩個艙開始圍著線纜打轉,讓宇航員們吃盡了苦頭。在到達約100米高度時,線纜被與大氣相互作用產生的熱量熔斷,儀器艙也終于和返回艙分開。

在這一系列意外的疊加下,返回艙落在了一片森林之中,而非預定的著陸場。當宇航員們合力打開被樹枝卡住的艙門后,他們發現自己置身于一片野狼出沒的冰天雪地之中。當時他們只有一把手槍可以自衛。

雖然一架飛過的民航直升機發現了他們,但宇航員所處位置附近沒有足夠大的開闊地供直升機降落,直升機機扔下的軟梯也無法讓身著笨重宇航服的航天員爬上去。

直升機的飛行員利用空中通信頻率傳遞發現宇航員的消息,附近飛行的飛機聞訊后紛紛趕來幫忙,使得這個不毛之地的空域一時間變得繁忙異常。

然而,由于飛來的飛機都沒有配備專業的搜救設備,急于幫忙的人們唯一能做的就是把能扔的物資全都扔了下去。他們甚至扔下去了一瓶上好的白蘭地,卻沒有考慮白蘭地的玻璃瓶無法承受與大地的撞擊,結果好酒都孝敬給了土地爺。一把斧頭也從一架飛機上扔了下來,雖然沒幫上什么忙但幸運的是也沒有砸到宇航員。最有用的物資當屬兩雙皮靴和幾條厚褲子,它們幫助宇航員們度過了寒冷的時間。

在寒冷中度過了一個夜晚后,宇航員們等來了從直升機上機降下來的先遣救援隊。雖然還有24個小時,他們才能等到另一組從陸路趕來的搜救隊開辟供直升機機降的空地,將他們運回航天員基地,但有陪伴和物資給養的感覺總歸更好。宇航員們開心的吃著先遣隊帶來的奶酪、香腸和面包,與先遣隊的兩位醫生、一位航天員同事、一位攝影師和一位當地向導談笑風生,感受到了前所未有的滿足。

“我還看見了我們蘇聯的宇宙飛船,閃爍著耀眼金光?!?/p>

列昂諾夫早年還曾經想報考里加藝術學院,然而對天空的向往使得他選擇了飛行作為自己終身的職業。在業余時間,他創作了大量以太空為題材的油畫,受到了科技界和藝術界的一致好評。也許在親眼見過太空是什么樣的人里,他是畫畫最好的那位。

與列昂諾夫一同逝去的,似乎還有一個航天大國曾經的榮光。在列昂諾夫第一次實現太空行走的那個年代,蘇聯作為航天領域一個不斷進取的大國,不斷擴張著人類向宇宙進軍的邊界。美國與之情愿或不情愿的競爭,客觀上也促進了整個人類航天技術的前進。

2017年,一批在1967年封藏起來的時間膠囊被打開了。這些時間膠囊中封存著十月革命50周年之際,蘇聯各地的人們寫給50年后的信。在當時,航天領域接連取得的成就讓蘇聯國內掀起了一股航天熱。時間膠囊中的不少信件在憧憬未來時,都想象了人們在太空中開辟新領域的景象:

“我們相信,你們已經漂亮地開發了我們的美麗的藍色行星,開拓月球,在火星著陸,不斷地向著宇宙進發。太空船是不是已經沖出了銀河系了呢?是不是已經和其他行星文明的代表們進行了對科學和文化合作的交涉了呢?!?/p>

“我們才剛剛向著宇宙踏出第一步,但是你們應該已經可以飛往其他行星了吧?!?/p>

“你們大概過著比我們更好的生活,在銀河系建功立業,讓地球變得更美麗了吧?!?/p>

“很羨慕你們能夠迎接祖國蘇聯的100周年,但我知道你們也會羨慕我們這些一直忙碌的年輕一代。我們有著明確的目標、光明的未來,以及無數想要做的事情。我們的技能、智力、思想、能量,都有用武之處?!?/p>

而當桑海滄田之后,如今的俄羅斯在航天領域雖然依然是一支重要的力量,但已鮮有新的創造。那個見證了無數次榮耀的拜科努爾發射場,如今也已經不在俄羅斯境內了。

在一次演講中,列昂洛夫這樣描述了它所見到的太空:

“我有幸看到了地球、太陽和星星,沒有透過宇宙飛船的舷窗,比我們平日里看到的世界更立體、更全面。那是一幅宇宙的畫卷,我從中看見了它的宏偉、無垠、壯美和絢麗,深邃的暗夜中耀眼的流星劃過,讓我為之神往?!?/p>

“畫作的末尾,請想象一下,在這樣的背景中,我還看見了我們蘇聯的宇宙飛船,閃爍著耀眼金光?!?/p>

參考內容:

當代出艙活動技術發展,龐之浩,科技導報,2008,26(20),27

載人航天故事(二),士元,中國航天,1997,17

LearningtoSpacewalk——Acosmonautrememberstheexhilaration-andterror-ofhisfirstspace

mission,AlexeiLeonov,AIR&SPACEMAGAZINE,2015

TheFirstSovetCosmonautTeam,ColinBurgessandRexHall,Springer,2009


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