在北京航天飛行控制中心大屏上拍攝的航天員在艙外工作場面。

艙內航天員聶海勝配合支持兩名出艙航天員開展艙外操作。

航天科研人員在緊張工作。

航天員在艙外工作場面。

這是空間站全景相機拍攝的地球畫面。

7月4日，經過約7小時的出艙活動，神舟十二號航天員乘組圓滿完成出艙活動期間全部既定任務，我國空間站階段航天員首次出艙活動取得圓滿成功。

記者從航天科技集團五院獲悉，我國在核心艙機械臂、艙外維修與輔助工具、天地通信系統等領域取得一系列技術突破，為出艙活動順利實施提供了有力保障。

核心艙機械臂提供有力支撐

此次出艙活動首次檢驗了航天員與機械臂協同工作的能力，雄偉有力的空間站核心艙機械臂格外引人注目。

空間站核心艙機械臂展開長度為10.2米，最多能承載25噸的重量，是空間站任務中的“大力士”。其肩部設置了3個關節、肘部設置了1個關節、腕部設置了3個關節，每個關節對應1個自由度，具有七自由度的活動能力。

通過各個關節的旋轉，空間站核心艙機械臂能夠實現自身前后左右任意角度與位置的抓取和操作，為航天員順利開展出艙任務提供強有力的保證。

除支持航天員出艙活動外，空間站核心艙機械臂還承擔艙段轉位、艙外貨物搬運、艙外狀態檢查、艙外大型設備維護等在軌任務，是目前同類航天產品中復雜度最高、規模最大、控制精度最高的空間智能機械系統。

為擴大任務觸及范圍，空間站核心艙機械臂還具備“爬行”功能。由于核心艙機械臂采用了“肩3＋肘1＋腕3”的關節配置方案，肩部和腕部關節配置相同，意味著機械臂兩端活動功能是一樣的。機械臂通過末端執行器與目標適配器對接與分離，同時配合各關節的聯合運動，從而實現在艙體上的爬行轉移。

據悉，航天科技集團五院在抓總研制過程中，在關鍵技術、原材料選用、制造工藝、適應空間站環境的長壽命設計等方面均取得創新突破，全部核心部件實現國產化。

“機械伙伴”協助克服艙外作業困難

航天服手套充壓后操作不便、單手操作難度大、在軌防飄要求高……開展艙外作業，航天員面臨諸多挑戰。作為航天員執行出艙任務的“機械伙伴”，艙外維修與輔助工具可以協助航天員有效克服這些困難。

艙外維修與輔助工具不僅有用于艙外設備維修的艙外電動工具、艙外扳手、通用把手等工具，也有配合航天員艙外姿態穩定及轉換的便攜式腳限位器、艙外操作臺等輔助工具。

——艙外電動工具可以適應艙外復雜的真空和高低溫環境，具有定力矩擰緊、擰松的工作模式，并且設置有休眠模式。

——艙外通用把手可以安裝到維修設備上，用于航天員在軌維修時進行待維修設備的轉移及防飄。

——便攜式腳限位器設計了旋轉、俯仰、滾轉、偏航四個關節自由度，可協助航天員在艙外調整至執行任務的工作姿態；與之配合使用緊密的艙外操作臺，可協助航天員進行維修任務時掛放設備和維修工具，解放航天員雙手，實現設備或維修工具的臨時存放。

——與航天服直接相連的微型工作臺，則像一根多功能腰帶一樣環繞在航天服腰部，將航天員出艙使用的艙外電動工具、艙外通用把手和艙外扳手隨身攜帶，確保航天員隨用隨取。

通信“天路”確保天地通信暢通

航天科技集團五院研制的第三代中繼終端產品，通過與中繼衛星天鏈一號和天鏈二號建立中繼鏈路，實現中繼通信，確保航天員與地面通信的實時暢通，好比在太空中搭建了地面與中繼衛星、中繼衛星與航天員之間的“天路”。

與此同時，航天科技集團五院研制的出艙通信子系統可實現艙內外航天員之間、艙內外航天員與地面人員之間，以及艙外航天員之間的全雙工語音通信，在航天員艙外活動范圍內實現無線通信全覆蓋。

與上一代系統相比，該產品具有通信距離更遠、通信速率更高、工作壽命更長等特點，同時具有更強的空間環境抗電磁干擾能力，并支持多名航天員同時出艙活動時的通話功能。

此外，艙外圖像傳輸子系統為艙外提供無線網絡覆蓋，通過出艙無線收發設備提供的“熱點”進行圖像傳輸，實現了對航天員出艙活動進行實時顯示、實時記錄等功能。

解碼“飛天”艙外航天服

——走進航天員中心研發與總裝測試部服裝車間

120公斤重的艙外航天服，是航天員執行出艙活動的鎧甲。它像一個人形飛船，充上一定的壓力后，可保護航天員的生命安全，抵御外太空的高低溫、強輻射等。

那么，這件比黃金還貴重的“飛天戰袍”，是由什么做成的？又是怎么做出來的？記者來到航天員中心研發與總裝測試部服裝車間，走進一群制衣匠的世界。

??航天服

裝配一套需近4個月

艙外航天服的軟結構，包括上下肢和手套，從里到外是舒適層、備氣密層、主氣密層、限制層和熱防護層等，既能抵抗太空風險，又能穿著舒適、行動靈活，重而不笨。

據了解，僅做一副艙外航天服下肢限制層需要260多個小時，而裝配一套艙外服需要近4個月……這已經是他們的最快速度了。

??頭盔面窗

制作需要經過47道工序

頭盔面窗有多層，最里層為雙層壓力面窗，是整個頭盔的承壓密封結構，呈曲面型，直接關系到航天員的生命安全，必須做到絕對安全可靠。

“一共完成47道工序。”中心研發與總裝測試部副部長鄧小偉說，就拿面窗除塵來說，先吹洗，再不間斷擦拭兩小時左右，直到肉眼看不到一絲灰塵。

這一套嚴密的工序，是鄧小偉帶著車間工人花了近一年的時間研制摸索、做了10多套樣品后確定的工藝標準。

??“波紋袖”

既舒適又靈活

縫紉車間的王其芳工齡最長，一干就是21年，她手下的針線活走針緊密、順直，美觀又嚴謹。縫紉組組長楊金興說：“她做的航天服上肢是最好的！”

在太空，航天員穿著航天服后活動的操作主要靠上肢實現，所以制作時既要考慮活動的靈活性，還得考慮充壓后的承力性。王其芳用一雙巧手，做出來的“波紋袖”充壓后舒適度和靈活度都是一流。

她以打結為例介紹說，因為結點是多條線的交錯處，特別硬，就得用簪子扎孔、穿針，再用鑷子把針拽出，光打結就有3道工序，一套艙內航天服上肢有76處孔需要打結，僅這個活就得干兩三天。

??艙外手套

尺寸公差不超過1毫米

與王其芳同樣手巧的，還有做手套的師傅郭濃。他兩個月要交付6副艙外手套，幾乎每天都在埋頭苦縫。

就算是手縫，同樣要求精準，尺寸公差也不超過1毫米。郭濃介紹說，更重要的是，由于航天服的特殊性，不能反復拆縫，走針的時候務必小心，力爭一次到位。

也正因為此，郭濃和同事們在縫制的時候，必須做到手到哪眼到哪，時間久了，練就出一雙雙火眼金睛。

??液冷服

全身上下鋪線100米

航天員在艙外活動時會產生熱量，需要穿上給身體降溫的液冷服。

液冷服是由彈性材料制成的，全身上下全是細密的小孔，供42根液冷管路線均勻穿過，每兩孔間穿1厘米的線，全身上下鋪設100米左右，就得穿20000個孔，尤其是頭部的蛇形分布線路，得穿出個太極圖。

??氣密層

反復刷幾遍膠

在真空中，人體血液中的氮氣會變成氣體，造成減壓病，必須給航天服加壓充氣，否則就會因體內外的壓差懸殊而造成生命危險。

因此，航天服的氣密性要求極為嚴苛。車間的林波師傅介紹說，比如為艙外航天服氣密層刷膠，也不是簡單地刷，要觀察溫濕度、刷膠時間、薄厚度要適量均勻?！八⑼炅溃劳晁?，要反復刷上幾遍?！绷植ㄕf。

粘膠組組長莫讓江說，艙外服氣密層的TPU材料表面非常光滑，粘膠前必須涂上一層表面處理劑對表面進行活化，稍微處理不當，表面就有可能造成損傷。而透明色的材料導致肉眼幾乎看不見特別小的損傷，等到后期加工完再充壓測試就為時已晚。

??金屬“硬軀干”

不能有0.1毫米細微毛刺

艙外航天服有個金屬結構的硬軀干，外形像是一個鎧甲，背后掛有保障生命的通風供氧裝置。金屬“硬軀干”上有1000多個米粒大的小孔，和配套的各種不同規格的螺絲，組長岳躍慶帶著組員們用鑷子夾著酒精棉一點點仔細擦拭，再用放大鏡檢查是否徹底擦洗干凈。

“一粒浮塵都有可能釀成大禍?！痹儡S慶說。

碰到毛刺，岳躍慶就變身整形醫生，要給金屬表面做“磨皮”手術。多年來，岳躍慶練就了“好手功”。他說，哪怕是0.1毫米的細微毛刺，都能摸出來。

??背包門

航天員“生命之門”必須密封嚴實

艙外服的背包門被稱為航天員的“生命之門”。在太空環境下，背包門如果密封不嚴，將直接威脅航天員的生命。

岳躍慶介紹說，背包門的插銷座有4組、插銷門有4組，插銷座和插銷門合上時要天衣無縫。

為此，他們用卡尺一點點地量，精度精確到幾十微米。最終，他們用極精準的工藝手段使得開背包門省力一半多。此外，他們還憑著毅力和巧勁，硬是把口徑只有幾毫米的不銹鋼小孔打磨得跟鏡面一樣光滑。

“干就要干到極致。”岳躍慶說，“艙外航天服里有氣液、通風管路和電纜，在保證性能的前提下，還得注意各條線路安裝美觀、整齊，膠痕清理干凈，標識可視角度便利?！?/p>

科普

航天員為何要進行出艙活動？

航天員為何要出艙活動？航天員出艙后通常要完成哪些任務？

出艙活動，又被稱作太空行走，是指航天員或宇航員離開載人航天器乘員艙，只身進入太空的活動。由于太空環境惡劣，航天員要面臨失重、低氣壓和氣溫不穩定以及強輻射等諸多挑戰。

機器人或自動化技術通常是人類出艙活動的替代方案，但目前設計能執行預期任務之外或超出已知任務參數范圍的機器人成本高，且技術尚不成熟，無法完全取代人類。而航天員的出艙活動效率較高，并且對意外故障和突發事件做出響應的能力較強。正如建造摩天大樓需要建筑工人和起重機一樣，出艙活動需要航天員和機器人共同完成艙外作業。

美國航天局認為，宇航員在艙外維修衛星或其他航天器，可以避免將它們帶回地球修理；在艙外開展科學實驗，有助于科學家了解太空環境對不同事物的影響。宇航員還可以在艙外測試新設備。

在艙外作業中，航天員或宇航員主要開展衛星捕獲和維修、更換電池、艙外維修、外部航天器組件的組裝及連接、特殊實驗或測試等工作。

此前，美國宇航員曾通過出艙活動修復了天空實驗室、太陽峰年衛星、哈勃太空望遠鏡等航天器；多次為國際空間站更換電池；緊急維修故障設備。俄羅斯宇航員則通過出艙活動修復了“禮炮”號空間站，組裝、維修了“和平”號空間站，還為國際空間站內壁裂縫“打補丁”。