Polaris Dawn 如何融入太空行走的历史?

太空行走无疑是人类最酷的壮举之一——用一件太空服就能探索外太空,保护你免受宇宙的伤害。然而,尽管太空行走令人惊叹,但它们也非常危险。本周,SpaceX 的“Polaris Dawn”号的船员进行了一次太空行走,在 9 月 10 日星期二发射 后,完成了商业太空飞行中的首次太空行走,创造了历史。

首次太空行走——美国宇航局更正式地称为舱外活动,即 EVA——早在 1960 年代就发生了。1965 年 3 月,苏联抢在美国之前,阿列克谢·列昂诺夫从他的太空舱中漂浮出来。几个月后,美国(为了在太空竞赛中保持领先)进行了首次太空行走,爱德华·怀特搭乘 Gemini 4 任务

S84-27018 (1984 年 2 月 7 日)——这张 70 毫米的画面是由机组成员在地球轨道上的航天飞机“挑战者”号上拍摄的。宇航员布鲁斯·麦坎德莱斯二世正接近他距离“挑战者”号的最大距离。麦坎德莱斯正在进行名为“载人机动装置”(MMU) 的氮气推进、手动控制的背包式装置的首次“野外”试用。宇航员罗伯特·L·斯图尔特在稍后的长时间 EVA 任务中也有机会测试了该装置,当时两名太空行走者被拍摄并由“挑战者”号舱内的机组成员监测。舱内人员包括宇航员 Vance D. Brand、Robert L. Gibson 和 Ronald E. McNair 博士。图片来源:NASA

在太空探索的早期,情况有点危险。没有人确切知道太空行走会如何进行,因为这是人类首次尝试这些机动。宇航员们确实遇到了问题:列昂诺夫的太空服在加压时变得僵硬,难以移动,而且如果不释放一些太空服的空气,他就无法重新进入飞船的舱门。怀特也同样发现,在 EVA 期间,在太空服中移动比任何人预期的都要困难得多。

这些早期的太空行走还有一个独特的安全功能缺失:气闸舱。就像任何科幻电影或书籍一样,气闸舱有助于将飞船中可居住、有氧、加压的部分与太空真空隔离开来。当宇航员进入气闸舱时,可以排出该舱的空气,而不会影响整个飞船的可居住性。例如,国际空间站就有一个气闸舱,允许宇航员在穿好宇航服后进出。而像 Gemini 这样的早期太空行走则是完全排空了整个飞船的空气——这意味着如果太空服出现问题,宇航员将无法迅速撤退到一个安全的地方。

在 NASA 首次涉足太空的几十年里,EVA 已成为宇航员在太空生活中的常规部分。像巴兹·奥尔德林这样的宇航员在月球表面进行了太空行走,后来的宇航员进行太空行走以组装国际空间站。在 20 世纪 90 年代和 21 世纪初的五次任务中,宇航员还进行了太空行走,以修复和升级哈勃太空望远镜,这是天文学领域的主要工作之一,负责无数宇宙发现。

STS064-45-012 (1994 年 9 月 16 日)——在下方 130 海里处巨大的白色云层背景下,宇航员 Mark C. Lee 漂浮着,他正在测试新的“EVA 救援简化辅助”(SAFER) 系统。该图像是用 35 毫米相机在航天飞机“发现”号的恒温环境中拍摄的。1994 年 9 月 16 日,宇航员 Lee 和 Carl J. Meade 在他们共同进行的舱外活动 (EVA) 中轮流使用了 SAFER 硬件。SAFER 的测试是更大 SAFER 项目的第一阶段,其目标是为航天飞机和空间站项目需求建立一套通用要求,开发 SAFER 的飞行演示,验证系统性能,并最终为航天飞机和空间站项目开发 SAFER 的生产版本。照片来源:NASA

这些年的 EVA 教会了我们许多关于如何安全地离开航天器以及如何在太空中导航的经验。1984 年,宇航员布鲁斯·麦坎德莱斯尝试了完全无绳的太空行走,他使用一种类似喷气背包的装置“载人机动装置”在周围移动。NASA 开发了专门的工具供宇航员在笨重的太空服中使用,并改进了他们的扶手系统,以帮助宇航员导航航天器外部,包括航天飞机和国际空间站。他们甚至创建了一个训练程序,利用一个名为“中性浮力实验室”的巨大游泳池来模拟太空行走条件,帮助宇航员在外太空高风险环境中获得经验。

但现在,“Polaris Dawn”号却回到了 1965 年,排空了整个航天器的空气,以至于船员只能依靠他们的太空服来保护他们。“你正在放弃你飞船的所有安全性,对吧?现在这一切都取决于你的太空服——它变成了你的宇宙飞船,”任务指挥官贾里德·艾萨克曼在新闻发布会上说。尽管这种没有气闸舱的 EVA 以前也发生过,但它确实比国际空间站上的现代气闸舱标准风险更大。

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宇航员 Story Musgrave(左)和 Don Peterson 于 1983 年 4 月 7 日在地球轨道上的航天飞机“挑战者”号的货舱中漂浮,当时他们正在执行 STS-6 任务的太空行走。他们的“漂浮”受到安全滑轨绳索的限制。图片来源:NASA

这套太空服也将迎来首次亮相,这是它第一次在真正的外太空进行测试。虽然设备在任何任务前都会经过严格的真空测试,但任何工具第一次进入轨道总是更危险的——你意想不到的问题总会出现,这在航天史中确实发生过。“Polaris Dawn”号还将探索自 20 世纪 70 年代以来无人到达过的太空区域,这带来了额外的辐射和可能刺穿太空服的微陨石的潜在危险。

然而,像任何一次好的太空任务一样,“Polaris Dawn”号团队已经为意外情况制定了周密的应急计划。“虽然每次 EVA 都有风险,但我不会说这风险特别大,”太空行业顾问 Laura Forczyk 在《新科学家》杂志上说。“他们已经考虑了每一种可能的情况,他们为每一种情况都准备了备份和冗余,他们准备得非常充分。”

如果他们成功了,这无疑将是人类航天史上的一个重要里程碑:首次由非政府任务完成的太空行走,甚至可能朝着 SpaceX 将人类送上火星的最终目标迈出一步。

“我们并没有忘记,你知道,可能还要经过十几次迭代和太空服的多次进化,但总有一天,某个人可能会穿着一种版本的太空服在火星上行走,”艾萨克曼在新闻稿中说。“能够有机会在这趟航班上进行测试,感觉是一份巨大的荣幸。”

更新,2024 年 9 月 12 日,美国东部时间上午 8:15:本文已更新,以反映 SpaceX 的 Polaris Dawn 宇航员于 9 月 12 日上午完成了历史上首次商业太空行走的成功。

 

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Briley Lewis

撰稿人

Briley Lewis 博士(她/她)是一位自由撰稿的科学作家和天文学家。在 Twitter @briles_34 上关注她,或访问她的网站 www.briley-lewis.com。


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