太空行走１００问（五）

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机动装置。

30.美国双子星座航天员在太空行走中曾使用过什么机动装置？这些机动装置各有何特点？

双子星座航天员的机动装置称为手提式机动喷射器，这种机动装置又分为几种型号：自足式手提机动喷射器、背包式机动喷射器、脐带式机动喷射器和美国空军研制的航天员机动装置。

自足式手提机动喷射器是由双子星座4号航天员怀特试用，重3.4千克，里面装有0.31千克的高压氧气作为推进剂，能产生每秒18.1千克的推力，推进速度是每秒1.82米。该装置有3个喷管，两个喷管对着后方，一个喷管对着前方。开动对着后方的两个喷管，即可推着航天员向前移动，开动对着前方的一个喷管，即可停止移动。这种机动装置有一个缺点，就是装置必须紧靠航天员身体的质心，才能准确控制移动方向。但由于航天员身穿航天服，头上又戴着头盔，很难确定身体质心的位置，因此航天员一般只能凭经验行事。一旦遇到维修卫星这种要求精确定位的作业，航天员就可能由于身体定位不精确而不能完成维修任务。

背包式机动喷射器原计划由双子星座8号航天员试用，该装置的推进剂由氧气改为氟利昂-14，以35兆帕的压力储存在7200立方厘米的容器中，由于高压容器是背在航天员的背上，因此称为背包式机动喷射器。该装置能产生每秒272.16千克的推力，显然比使用高压氧气的效率要高很多。由于双子星座8号飞行中出现故障而提前返回，因此这套装置未能在飞行中试用。

脐带式机动喷射器原计划由双子星座10号和11号航天员试用，这套装置使用氮气作为推进剂，储存在两个11150.6立方厘米的容器内，而这两个容器又是存放在飞船的接合段内，因此用一根长17.4米的脐带式软管与机动喷射器相接。在脐带式软管内除了氮气管外，还有一根氧气管，不过这根氧气管是与航天员的服装相接。由于双子星座11号航天员在太空行走中遇到麻烦，因此取消了对脐带式机动喷射器的试用。

美国空军的航天员机动装置最初由美国空军研制和发展，后来转给美国航宇局。从性能上说，这套装置比以前所有的机动装置都要先进，因为它完全独立于载人飞船，让航天员可以自由自在地在太空活动。该装置重75.29千克，体积81.2×55.8×48.2厘米，由6个分系统组成：①推力，由10.88千克的过氧化氢产生每秒1361～1588千克的推力；②飞行控制系统，可手控也可自控，能让航天员在3个轴上运动，也能让航天员保持稳定状态；③供氧，一个重3.31千克的氧气瓶，压力为52兆帕，既能向服装供氧，又能通过热交换器提供温度控制；④电力供应，由两个银-锌电池供电，电压一个为28.5伏，另一个为16.5伏；⑤警报器，如果某些重要参数超出规定的范围，可对航天员提出警报，如氧压、温度、过氧化氢压力和燃料压力等，有声音和灯光两种警报方式；⑥通信，包括遥测和通话，后者保证舱外航天员与飞船内航天员和地面控制中心的通话联系。

这套装置原计划由双子星座9号和12号航天员试用，后来双子星座12号的试用因计划变更而被撤消，双子星座9号航天员又因为出舱后头盔面窗产生大量雾汽，出现视觉障碍，因而装置的试用也被取消。由于这套装置是放在飞船后边的接合段上，因此在再入大气过程中与接合段一起被烧毁。

31.苏联的航天员机动装置是如何工作的？是否进行过试验或实际使用过？

苏联为上升号飞船和礼炮号空间站也研制过机动装置，这种装置称为航天员机动装置。苏联的航天员机动装置是跟舱外航天服一起设计和研制的，其外形呈马蹄形，围绕在航天员的腰部。机动装置上有向前和向后两个推进器，推进器上装有42个固体燃料的微型火箭发动机，保证航天员向前和向后移动。另外还有14个空气推进器，是为了让航天员能做6个自由度的转动。该装置重90千克,航天员的机动速度是每秒32米。这套装置虽然经过地面和空中试验，但一直没有在太空实际使用过。后来由于苏联发展出海鹰型舱外航天服，取代原来的航天服，因而这套机动装置的研制工作即被停止。

32.什么是M509？什么是喷气鞋？这两种机动装置各有何特点？

M509和喷气鞋是美国航宇局为天空实验室航天员研制的两种机动装置。

M509原来是为美国的“阿波罗应用计划”研制的，后来这项计划被撤消，M509才转到天空实验室计划中。M509机动装置重115.66千克，外形像一个长方形的背包，长105.41厘米，宽68.58厘米，厚38.83厘米，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，而且还能进行滚翻和旋转运动。这种装置的最大优点是能准确进行身体定位，能让身体保持任何姿势。不过该装置仅在天空实验室的舱内进行过试验，还没有在太空正式使用过。

喷气鞋又称为脚控机动器，主要特点是靠脚来控制和移动身体，将航天员的手解放出来。这套机动装置外形像一辆自行车，有车座、背包和控制器。背包内装有高压氮气，每只鞋上装有4个喷射器，能让航天员做3个轴的运动。这套机动装置曾在天空实验室上进行过试验。

33.什么是“简易出舱活动救生辅助装置”？

上世纪90年代以后，美国航宇局为航天员研制了一种新型的机动装置，称为SAFER，即“简易出舱活动救生辅助装置”的英文缩写，准备在国际空间站上使用。这种装置主要是作救生用。因为国际空间站上航天员要进行大量的太空行走，特别是要安装许多大型结构件，航天员在太空行走时虽然都有安全带，防止航天员远离国际空间站。但万一安全带断裂，航天员就永远不能返回国际空间站，成为“遗弃”在太空的一颗“人体卫星”。为了防止出现这种情况，确保航天员的生命安全，因此航宇局研制了这种装置。

这种装置的体积比载人机动装置小，高35.6厘米、宽66厘米、厚25厘米，重37.6千克。该装置也是使用高压氮气，安装有24个喷嘴。不过它的高压氮气瓶仅装有1.4千克的氮气，推动航天员移动的速度为每秒钟3米，使用时间也不如载人机动装置长。该装置也是放置在生命保障系统背包上。通过安放在航天服胸前的控制器，航天员可以向任何方向转动和前进。该装置也有自动姿态控制功能，将航天员的身体自动保持在一定的位置。

34.苏联是否也有载人机动装置？

苏联航天员在和平号空间站上也有载人机动装置，这种载人机动装置称为UPMK，1990年俄罗斯航天员太空行走时曾经使用过，存放在量子-2号舱内，因为只有通过该舱直径为1米的舱门才能出舱。该装置自重218千克，载人后重400千克，机动速度每秒钟30米。在有安全带联结的情况下，机动范围为60米，没有安全带时为100米。

35.航天员在月面上活动使用什么机动装置？

航天员在月面上活动与在空旷的太空中活动完全不同，他们所用的机动装置也不同，在月面上和在火星表面上航天员使用的是“机动车”。美国和苏联曾经为航天员研制出多种准备在月面上使用的“机动车”，如月球摩托车、月面飞行平台、双人月面飞行器和单人太空行走服务车等。不过这些东西大部分都是处于试验阶段，并没有在月球上真正使用过。真正在月球上使用过的是后来研制成功的“舱式小推车”和“月行车”。

舱式小推车是月行车的前身，仅在阿波罗14号使用过，后来被月行车取代，因此从阿波罗15号至17号均是使用月行车。舱式小推车实际上就是一辆两轮小推车，自身很轻，仅重13.6千克，但能载重163.29千克的月球标本。这种小车其实不是小推车而是小拉车，由航天员用手拉，但由于航天员穿着加压的月球服，行动不便，因此拉起这种车来非常吃力。

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