航天員出艙的秘密：竟然要看這些！

航天員在軌執行飛行任務時，將根據任務安排適時開展艙外活動。為確保航天員的生命安全和任務的圓滿成功，出艙活動窗口的選擇至關重要。

航天員出艙活動窗口的選擇可分為兩個階段，首先是基于任務需要與保障條件的宏觀時間窗口的選擇，其次是結合實施出艙活動的各類約束條件選擇具體的出艙時間窗口，

這個“天時地利”就需要綜合考慮空間站能源約束、空間環境、氣象條件、天地作息等多種因素和條件約束，進行分析后確定。

開展艙外活動，實施艙外作業，正在成為空間站階段飛行任務工作常態。中國航天員將開展次數更多、更為復雜的出艙活動，為空間站順利完成建造及穩定運營提供有力支持。

-任務需要-

空間站的出艙是帶著任務的：比如進行空間站碎片防護裝置安裝、艙外設備巡

檢及處置等，期間在艙壁上攀爬100多個扶手，與機械臂及地面人員協同作業。

因為機械臂有技術的局限性，環境感知與決策能力是有限的，對于機械臂來講，對于突發情況缺乏自主的判斷能力。

另外，機械臂操作的精細度和靈活性還不行，無法與人的手指的精細操作性媲美。

而航天員具備三維空間的認知能力，可以通過雙目視覺準確判斷距離和方位，而機械臂主要是依賴二維圖像重建三維場景，存在視覺盲區。

還有遇到緊急情況，比如設備突然漏電等，航天員可以快速啟動應急預案，而機械臂需要等待地面的指令，可能延誤黃金處理時間。

在當前的技術路線上，人機協作是最佳的方案，機械臂的核心作用就是承擔體力勞動和標準化操作，擴展航天員的活動范圍，航天員主要完成一些安裝，或者復雜的調試，還有故障的排查和精細的維修，以及應急救援和特殊的一些任務，目前主要用于輔助航天員或執行重復性的一些任務。

-保障條件-

空間環境

在滿足空間站能源約束的前提下，出艙活動窗口選擇需考慮空間輻射環境對航天員的影響，根據空間環境預報對出艙活動窗口進行分析。

結合太陽質子事件和地磁暴發生概率預測結果，避開空間天氣事件，根據南大西洋異常區特點，結合我國艙外航天服屏蔽能力實際，綜合分析確定監測預報條件，并進一步根據空間站組合體運行軌道，對出艙活動窗口進行分析并提出建議。

能源約束

在天和核心艙單艙飛行期間，考慮機械臂艙外運動路徑的安全性，在出艙活動期間，太陽帆板將被設置為垂直歸零狀態，不再跟隨太陽轉動。

航天員從核心艙執行出艙活動時，太陽帆板設置為垂直歸零狀態

在核心艙與問天實驗艙一字構型飛行期間，兩艙所需能源分別由各自的太陽帆板供應。

當出艙活動僅使用問天實驗艙小機械臂支持時，核心艙太陽帆板不受影響，可正常跟隨太陽轉動保障核心艙能源供應；

為了防止問天實驗艙太陽帆板轉動時遮擋中繼天線通信，并綜合考慮小機械臂運動路徑安全性，會將問天實驗艙太陽帆板設置為水平歸零狀態，不再跟隨太陽轉動。

航天員從問天實驗艙執行出艙活動時，太陽帆板設置為垂直歸零狀態

也就是說，由于太陽帆板的設置，需在合適的太陽入射角范圍內，才能保障能源供應，因而對出艙活動窗口選擇產生了約束。

待空間站三艙能源并網之后，可采用非出艙作業艙段的太陽帆板來保障空間站平臺能源供應，屆時出艙活動窗口選擇將不再受到能源約束。

氣象條件

出艙活動期間，由中繼衛星提供測控通信支持。由于中繼傳輸數據量很大，在傳輸過程中若受到雨衰影響會導致天地通信受到干擾，因此在進行出艙活動窗口選擇時，還需參考氣象預報結果。

天地作息

在中國空間站中，約每90分鐘就會經歷一輪晝夜交替，為便于天地工作開展，需綜合考慮航天員的身體狀態及天地同步作息制度，盡量安排在北京時間白天進行出艙活動，以保障航天員和地面支持人員均能以最佳狀態實施出艙活動。

如果多次出艙活動接續實施，需給航天員預留充分的休息與恢復時間、必要的在軌訓練時間，以及艙外作業設備測試與準備、艙外航天服消耗品換裝等工作耗時。

此外，出艙窗口的選擇，還要考慮在出艙準備期間發生異常問題需進行臨時處置等意外情況，事先預留合理的備份窗口，以應對可能出現的出艙推遲等情況。

太陽質子事件：太陽爆發活動噴發的大量高能粒子（主要是質子）到達地球附近，能量大于10MeV的質子通量超過10pfu時，表明太陽爆發活動產生了很強的質子流，此類事件稱為太陽質子事件。

地磁暴：當太陽爆發時，日冕物質拋射攜帶大團日冕等離子體及磁場與地球磁層發生相互作用，尤其是其攜帶的南向磁場可觸發地磁暴。地磁暴引發的大氣密度變化可造成空間站軌道高度衰減顯著增加，不容忽視。

南大西洋異常區：南大西洋異常區（South Atlantic Anomaly，SAA）是位于西經0°~60°、南緯20°~50°的南大西洋（非洲和南美洲之間）上空200km以上的一個負磁異常區，輻射明顯高于近地軌道的其他區域，是近地軌道載人航天的一個重要電離輻射環境，出艙活動應盡可能避開SAA。

其核心位置大約在東經35°、南緯35°處，以一定的速率向西北方向漂移。區域范圍與高度有關，隨著高度增加，SAA的范圍增大。在相同高度下，SAA按照質子通量由低至高的順序分為4級，通量越大、SAA等級越高、SAA區域越小，經過SAA所需時間越短，不經過SAA（出艙活動的窗口期）的時間越長。

雨衰：雨衰指的是電波穿過降雨區后受到雨滴的吸收與輻射，產生衰減的情況，是影響衛星通信系統傳輸質量及系統性能的因素之一。

來源 | 中國載人航天工程辦公室