明知山有虎偏向虎山行-高度危險的艙外活動

近期,中國「神舟12號」太空人順利離開天宮太空站的「天和號」核心艙,利用機械臂安裝攝影機和艙外工作臺等任務,寫下中國太空人首次離開天宮太空站的紀錄。在太空題材相關的電影中,也常見到相同場景。然而,看似單純的動作,卻也經過長久的實踐過程,才能順利執行。

「神舟12號」太空人順利執行艙外活動[1]

艙外活動是太空人在離開地球大氣層後,於太空船外執行的任務(即俗稱的太空漫步),也曾於阿波羅任務中在月球表面實行(即月球漫步),包含採取樣本、安裝設備與駕駛月球車。早期的艙外活動是通過繫管連結太空人與太空船,透過繫管傳輸氧氣,完成任務時則依賴繫管將太空人拉近再進入太空船。隨著太空科技的進步,對艙外活動的時間與範圍有了更高的要求後,載人機動裝置便應運而生。

此裝置就像一把固定在太空人背上的椅子,背包裡充滿壓縮氮氣,太空人通過扶手上的開關控制微型噴嘴,噴射出壓縮氮氣,形成各個方向不同大小的反推力而實現移動。為了保險起見,太空人仍需繫上安全索。

電影《太空漫步》中的繫管[2]
電影《絕地救援》中的載人機動裝置[3]

艙外活動其實是十分危險的任務,因為大部分的艙外活動都是發生問題才需偶爾執行。由於難以在訓練中模擬實際環境,且通常為預定規劃外的時間,雖然太空人在壓力下具備高度穩定的情緒,艙外活動時產生的高度危險還是會對造成情緒上的壓力。

再者,太空的環境極其嚴苛,真空、低溫、高輻射量,任何一項都會對太空人的動作產生影響,如果不幸遇到太空廢棄物的碰撞,就相當於被子彈貫穿身體,除了肉體損傷之外,更會導致太空衣破損而可能使其減壓,如果太空人沒有立即進入增壓太空艙,將導致缺氧而迅速死亡。

環繞地球的太空廢棄物[4]

1965年,蘇聯太空人列昂諾夫拴著5公尺長的安全繩,離開太空船於太空中進行了10分鐘的活動,成為首位完成艙外活動的太空人。但是,在返回太空船時,由於太空衣膨脹而被卡在了艙口,在多次排放掉太空衣內的氣體後才得以進入太空艙內。即使任務有驚無險,依然刺激到了美國。

同年,愛德華·懷特在雙子星4號任務期間完成美國第一次的艙外活動。20年後,美國和蘇聯皆完成了首次由女性太空人執行的艙外活動。至此為止,所有艙外活動皆以繫繩的方式執行,直到挑戰者號STS-41-B任務期間,太空人才完成第一次無繫繩太空漫步。

2005年,在哥倫比亞號太空梭失事後,發現號太空梭首次升空執行STS-114任務。升空過程中,外燃料箱上有一塊隔熱泡棉因與太空梭本體在發射瞬間發生觸碰而脫落。由於任務的主要目的之一是測試新開發的隔熱泡棉與機上攝影監測系統,因此在抵達國際太空站之後,太空人史蒂芬·羅賓遜執行了首次以太空漫步方式執行的緊急檢修任務。

過程中,羅賓遜的腳固定在機械手臂頂端,太空站內的人操縱機械手臂將他移動到發現號的機腹。由於太空梭表面的隔熱泡棉極易受損,維修風險極高,因此全程有另一位執行太空漫步的太空人隨時監控狀態並與太空站保持聯絡。最終該塊鬆脫的隔熱棉順利被移除,發現號也安全返回地球。

STS-41-B任務的無繫繩太空漫步[5]
STS-114任務中的艙外檢修[6]

幸運的是,目前為止艙外活動未曾發生過災難性事件,也沒有太空人為此喪命。然而,科學家仍開發出遙控的機械手臂以盡可能減少進行艙外活動的需要,並在太空梭與國際太空站上實際驗證。希望未來,藉由科技的進步開發出更實用的移動裝置,讓太空人能更方便且安全的在太空中移動。

文章參考來源:

  1. 中國太空站天和號太空人首次出艙 劉伯明:太漂亮了(檢索日期2021/07/14)
    https://tw.news.yahoo.com/%E4%B8%AD%E5%9C%8B%E5%A4%AA%E7%A9%BA%E7%AB%99%E5%A4%A9%E5%92%8C%E8%99%9F%E5%A4%AA%E7%A9%BA%E4%BA%BA%E9%A6%96%E6%AC%A1%E5%87%BA%E8%89%99-%E5%8A%89%E4%BC%AF%E6%98%8E-%E5%A4%AA%E6%BC%82%E4%BA%AE%E4%BA%86-062902041.html
  2. Extravehicular activity (檢索日期2021/07/14)
    https://en.wikipedia.org/wiki/Extravehicular_activity
  3. 太空出艙幕後故事揭秘!“工具包”都有啥?誰傳回太空人第一聲讚歎?(檢索日期2021/07/14)
    https://news.sina.com.cn/c/2021-07-13/doc-ikqciyzk5119243.shtml
  4. 我國空間站階段航太員首次出艙活動取得圓滿成功(檢索日期2021/07/14)
    http://www.mod.gov.cn/big5/topnews/2021-07/04/content_4888653.htm
  5. 空間站“工具包”助力艙外活動順利開展(檢索日期2021/07/14)
    http://cn.chinadaily.com.cn/a/202107/05/WS60e2acb0a3101e7ce9758243.html
  6. 天和太空人出艙任務為何吸引全球目光?解讀艙外活動3大“黑科技”(檢索日期2021/07/14)
    https://new.qq.com/rain/a/20210704A07GUL00

圖片引用來源:

  1. https://news.now.com/home/international/player?newsId=440909, retrieved July 14, 2021
  2. https://garageplay.tw/movie/content/1136, retrieved July 14, 2021
  3. https://m.enterdesk.com/bizhi/16173-140673.html, retrieved July 14, 2021
  4. https://buzzorange.com/techorange/2021/02/22/space-junk/, retrieved July 14, 2021
  5. https://en.wikipedia.org/wiki/Extravehicular_activity, retrieved July 14, 2021
  6. https://en.wikipedia.org/wiki/Extravehicular_activity, retrieved July 14, 2021

作者簡介

Louis,成大航太系航太所畢業,
HASSE特派員與作家。
在航空飛行器領域從事研發工作,熟悉產業發展,積極掌握世界太空發展與科技脈動,
文章涵蓋能源,汽車,電腦的發展。
訪問過NASA, HASSE太空學校結業。
致力於推廣太空與科普教育,希望用淺顯易懂的文字讓更多人了解國際太空與科學趨勢。