互动科普

具有里程碑意义的神舟七号从发射、出舱到返回一气呵成，整个过程牵动着亿万中国人的心，吸引着全世界的目光。用中国航天人的话说，一切都按程序进行，非常完美，简直是太完美了。尤其是翟志刚一手扶着舱外栏杆，飘浮在太空，一手握着中国国旗，在太空挥舞，这一幕让人激动，让人着迷，这历史的一刻将永载史册。茫茫太空印记了这一刻，中国人来了，在太空留下了自己的足迹，这使中国成为继俄、美之后第三个独立掌握出舱活动技术的国家。神舟七号圆满完成了预定的出舱活动，已经顺利返回，这是中国载人航天工程的又一个里程碑。从神舟六号到神舟七号用了3年时间，20多分钟的舱外活动凝结了广大航天科研人员的艰辛的劳动和智慧。翟志刚的太空一小步，是中国人的一大步。让我们回首神舟七号的太空之旅，领略中国航天人的智慧，展望中国载人航天的未来。

神舟七号完美完成预定计划

北京时间2008年9月25日21时10分，中国自行研制的载人飞船神舟七号，载着翟志刚、刘伯明、景海鹏3名航天员，在酒泉卫星发射中心载人航天发射场由“长征二号F”运载火箭发射升空。

发射

点火第12秒，火箭距地面高度为211米，火箭向东稍偏南的方向实施程序拐弯。

第120秒，火箭抛掉逃逸塔。

第138秒，助推器分离。

第159秒，火箭一二级分离，此时，火箭已经飞过了平流层和中间层，正在接近大气层边缘。

第198秒，整流罩分离。

第500秒，二级火箭关机。

第578秒，在高度约200千米处，船箭分离。此时，速度每秒7.5千米，飞船进入近地点200千米、远地点346千米的椭圆轨道。发射阶段圆满成功。

变轨

26日凌晨4时零5分，神舟七号载人飞船发动机在远地点点火，实施变轨。飞船由沿椭圆轨道运行变为高度为343千米的近圆形轨道周期。

9月25日21点10分，神舟七号飞船在酒泉卫星发射中心升空。

出舱

26日10时20分，神舟七号飞船飞行到第9圈，航天员翟志刚和刘伯明开始为出舱活动做准备，其中最重要的是进行航天服的拆包、组装、测试、试穿，到21时47分多，两套航天服组装完毕，整个过程持续11个多小时。

27日16时41分，翟志刚顺利出舱，实施中国首次空间出舱活动。翟志刚身上所穿的中国自行研制的第一套“飞天”舱外航天服，也首次在茫茫太空中“亮相”，刘伯明身穿俄制的“海鹰”舱外航天服在舱内支持，增加保险系数。17时整返回轨道舱。

返回

28日15时，3名航天员穿好舱内航天服，准备返回。16时49分，控制中心向飞船发出调姿指令。一次调姿到位，飞船旋转90°，16时50分，轨道舱与返回舱分离。二次调姿到位，再次旋转90°，推进舱由后段变为前段。16时54分，推进舱发动机点火制动，飞船进入正常返回轨道，17时12分，推进舱和返回舱成功飞离。17时21分，飞船进入黑障区，24分飞出黑障区。17时36分，返回舱顺利着陆，神舟七号顺利完成载人航天任务。18时23分，航天员成功出舱。

技术成熟

在神舟七号飞船满载3名航天员近3天的飞行过程中，成功完成了太空行走、空间应用实验和小卫星释放等多项太空飞行任务。从电视直播中，不时地听到航天员向地面指挥中心报告，“神舟七号飞行正常”、“感觉良好”。这充分证明经多次改进的神舟号已经日臻成熟。

为了保证出舱活动的顺利，与神舟六号相比，神舟七号技术状态共进行了227项更改。很多改进技术难度都很大，都倾注了工程技术人员的大量心血。比如进行出舱活动，就要有舱外航天服和飞船的气闸舱，这都是原来所没有的。即使原来有过的，由于条件改变也会有不一样的要求。比如生活和生命保障系统，在神舟七号之前没有过3名航天员同时执行任务，这不仅是一个数量的增加，也是对整个飞船所有能力的考核。多一个人不仅重量要增加，吃、喝、睡、行，甚至呼吸气体都要增加负担，都要经过认真的计算和改进，还要进行周密的实验。再如为了验证改进的供3人5天的生活和生保系统，3名工作人员在返回舱中住了5天。为了确保安全，许多改进都要在地面进行反复的模拟实验和操作训练，保证了飞船结构、功能以及操作安全可靠，万无一失。

把轨道舱“装修”成气闸舱

出舱活动是此次神舟七号飞行的中心任务，也是最大的亮点。太空中接近真空，要出舱的话，航天器上必须有一个能泄气减压的地方，这就是所谓的气闸舱，否则整个航天器都要减压会造成浪费和危险。神舟飞船一开始就设计为3舱式飞船，一个是推进舱，为飞船提供动力；一个是返回舱，是航天员在发射和返回时乘坐的地方，同时也是飞船的操控中心；再有一个就是轨道舱，是供航天员工作和休息的地方，这为以后的出舱活动带来方便。在神舟七号之前，返回舱返回之后，轨道舱都是留轨运行，充当一颗卫星。

正如装修房子一样，根据任务的性质，轨道舱可以改装为不同的用途。神舟七号要完成出舱任务，轨道舱就要改装为气闸舱，除了具有生活功能外，还要让它具有气闸舱的功能，这是前几艘神舟飞船所没有过的。要把轨道舱改进成为气闸舱，首先要在圆筒形的舱壁上开一个通向舱外的门，这就涉及到密封的问题。无论从密封上，还是开、关的方便性上，带弧的圆形门都是最佳选择。舱门是航天员的生死之门，不能有半点马虎，对舱门的密封性和易操作性都要经过上百次实验和改动。我们在电视直播中看到，翟志刚在打开舱门时还是费了较长的时间，尽管在地面模拟演练了无数次，但太空的失重环境在地面还是难以实现。

再一个重要的就是要增加泄复压功能。泄气减压过程不能太慢也不能太快，太快则会给航天员的身体造成伤害。舱内气体压力一般控制在90多千帕，接近海平面的大气压（101千帕），与地面环境压力相似。太空中的太空舱内外压力差很大，就像一个打足了气的轮胎，要能放气，还要能再打气。气压舱泄气时必定会产生很大的冲力，就像火箭的功能一样，对飞船的运行轨道产生影响。我们都有这样的经验，手握一个鼓胀的气球，一松手气球会被快速放气迅速推出。太空中没有大气阻力，失重状态下也很少有摩擦力，任何定向放气都会产生推力，甚至呼吸和排气都会产生冲力，所以航天员睡眠时都要固定在舱壁上。为使气闸舱泄压时不产生对飞船的干扰，采用了四周放气的方式，而不是直接喷射出来，只有这样，四周均衡放气才能抵消冲力的作用，对飞船的扰动最小。

安装、检测神舟七号的舱载气瓶

航天员完成出舱任务后，返回到气闸舱，这时要对气闸舱复压，即恢复到原来的压力水平。这项工作是由安装在轨道舱前端的5个复压气瓶实现的。每个穿有“防护衣”的气瓶里都装有压缩的氧氮混合气体，打开阀门就会进入气闸舱内，使舱内恢复到原来的压力。

除了这两项基本功能之外，为配合出舱活动，除了装有两套舱外航天服之外，还安装了出舱活动操作显示界面、出舱活动通信系统、照明和摄像装置、舱外航天服接口支持系统等舱载支持设备，用于为航天员出舱活动提供电力、氧气和泄复压等保障。当然，为航天员生活考虑，还配备了两个人的睡袋、食品及加热装置、个人生活用品、个人卫生装置等生活设施。

由于飞船轨道舱改造为气闸舱，取消了留轨功能，所以取掉了轨道舱外面的一对太阳能电池板和16台发动机，以减少发射质量。与神舟五号和神舟六号不同，神舟七号只有挂在推进舱外的一对太阳能电池板。

另外，为顺便进行有效的科学实验，在轨道舱前端安放了一颗伴飞小卫星和释放装置，并在轨道舱外侧放置了暴露在外太空的固体润滑剂实验材料，它由航天员出舱活动时取回。

为方便航天员舱外行走，在飞船轨道舱外安装了照明设备和活动扶手。

中国造的航天服经受住严峻考验

要在太空中出舱活动，舱外航天服是必需的。人只适应地面的环境，太空的环境对我们来说是太恶劣了。首先，真空会使人的体液“沸腾”，还会使人窒息；其次是巨大的温差会使人冻死或热死；再有，强烈的辐射会破坏人体机能；另外，高速运行的空间物体会击伤人体。航天服的作用就是创造一个近似地面的环境，保护人体免受伤害。要达到上述防护功能，又要人体活动灵活并不是一件简单的事情。实际上，舱外航天服的研制就是要造一件穿在身上的“服装式飞船”。

航天员出舱模拟图

为配合神舟七号飞船的出舱活动，科研人员用4年时间打造出中国自己的“飞天”舱外航天服。这次翟志刚就穿着“飞天”航天服，轻盈地走出舱外，灵活而又出色地完成了各项出舱任务，承受了太空环境的考验，证明了中国自主研制的舱外航天服舒适、安全、可靠。

飞天航天服从内到外分为6层：由特殊防静电处理过的棉布织成的舒适层、橡胶质地的备份气密层、复合关节结构组成的主气密层、涤纶面料的限制层、通过热反射来实现隔热的隔热层、最外面的外防护层。另外，躯干部分还多一层壳体，为铝合金薄壁硬体结构，壁厚仅1.5毫米，却有极高的强度要求，抗压能力超过120千帕。服装的四肢装有调节带，通过调节上臂、小臂和下肢的长度，身高1.60～1.80米的人都能穿上这套衣服。这些是基本支撑系统，另外还配有生命保障系统、控制与显示系统、遥测与监测系统。

由于功能和工艺的要求，飞天航天服的整体重量达到120千克，在气闸舱中仅组装、测试就要十几个小时。在穿航天服之前，还要先穿上贴身内衣，再穿一件能够测量心跳、体温的生理背心，接着穿防静电的连体内衣和给人体散热的液冷服，戴上通信装备，才可以穿舱外航天服。真正穿舱外航天服的时间就是一两分钟。

在进行出舱准备后，航天员要做的第一件事就是把轨道舱里不能耐受低压的物品转移到返回舱。这些物品包括食品、供水器、饮水嘴、尿液储箱管路、手持摄像机、医学检查用的血乳酸仪等等，轨道舱慢慢泄压，与此同时，航天员进行30分钟左右的吸氧排氮。轨道舱气压泄至3千帕时，舱外航天服与飞船的气液组合连接器断开，服装转入完全自主供氧和冷却。此时，舱外航天服里的压力是40千帕，与俄罗斯舱外航天服的工作压力相当，而美国舱外航天服的工作压力为30千帕。40千帕的压力相当于在海拔6000米的高山上（在地面附近，海拔每升高1000米，大气压就下降约10千帕，如在海拔3600多米的拉萨，大气压为65千帕），人体完全可以承受。不同的是，高山上缺氧，而宇航服内是纯氧，在航天服内比在高山上要舒服得多。

从电视直播中我们看到，翟志刚穿着飞天航天服飘在太空，除了有两根红色的安全绳之外，还有一根粗粗的缆绳，那就是所谓的“电脐带”。电脐带与舱内连接，用于航天员与舱内的通讯，把舱外航天服的工程参数、航天员的生理参传输到舱内。实际上，飞天航天服具备无线传输数据的方式，完全可以把电脐带断开。但为了确保万无一失，也把它作为安全备份，起到第二根安全系绳的作用。

据说飞天航天服的造价为3000万元人民币，这次航天飞行任务结束后，航天员只带回了手套，把航天服留在了轨道舱内，不久就会随着轨道舱进入大气层而烧毁。因为舱外航天服既重又大，据说带回的成本要比再造一件还要高。航天工程就是这样，“扔”在天上的没有低造价的。

（本文发表于《科学世界》2008年第11期）