航天员出舱活动到底都干些什么？

北京时间2023年2月10日0时16分，执行神舟15号载人航天任务的航天员费俊龙和张陆，在舱内航天员邓清明的密切配合下，结束了长达7个小时的出舱活动，顺利返回“问天”实验舱。这也是天宫空间站全面建成后的首次出舱活动。

神舟15号出舱活动截图（图源：中国载人航天）

肯定有航天爱好者好奇：经常从媒体看到航天员出舱的新闻，他们出去都干什么？事实上，作为载人航天领域内的核心技术之一，出舱活动的种类很多，大概分为如下三大类。

种类一：验证出舱技术

一次成功的出舱活动，需要的支撑技术非常多，从航天器、航天员、航天服这些太空部分，到测控通信、飞行控制、任务管理这些地面部分，缺一不可。而且出舱活动适用“桶底理论”：只要有一个漏洞，就会所有的水都流掉，成为彻头彻尾的失败。正因如此，人类航天时代开启近70年来，依然仅有苏联/俄罗斯、美国和中国独立掌握了这个复杂的技术门类。

中国航天员水槽训练场景（图源：我们的太空）

这个技术发展过程也是不断“理论论证-模拟实验-技术验证”迭代而来的。例如，在理论和仿真模拟之外，世界各大航天员中心都有巨大的水槽，里面放置各种航天器模型，航天员穿上航天服后，通过控制浮力与重力平衡，模拟在太空中失重的效果，反复练习出舱活动，尽可能暴露问题。但是水槽练习局限性也很大，不可能模拟太空中的真空、失重、强辐射场景。必须要到太空真刀真枪去全面检验，每一个新技术的提出都是如此循环迭代。

早期的出舱活动，需要把航天服通过一个“脐带”连接到载人飞船上，获得补给。后来，广泛使用便携式航天服，航天员出舱之后就变身为一个小型的独立“航天器”。载人机动装置的出现，更是“科幻级”地吸引眼球，航天员坐在装置内可通过控制小型发动机，在航天器附近自由飞行。上述每一次技术迭代，都需要验证。例如我国早在2008年的神舟7号任务，就由航天员翟志刚和刘伯明验证了出舱活动的可行性，这也意味着我国载人航天进入了能出舱活动的时代，一直迭代发展至今：天宫空间站全面建成，航天员首次出舱。

载人机动装置（图源：NASA）

不仅整体方案需要验证，各项具体技术也需要检验。航天员出舱必备保障是舱外航天服，可以把它直接看做微型的“航天器”，我国的“飞天”舱外航天服历经多年积累，但也需在太空中实际测试它的应用情况；出舱必经之路是负责舱内和舱外（真空）过渡的气闸舱，每一个载人航天器（神舟飞船、天宫1/2飞行器、“天和”核心舱、“问天”实验舱）都需要配备（或兼用），它的在轨表现事关整个任务成败；出舱活动需要频繁使用机械臂辅助，它的太空表现能力需要检验；活动期间，舱内外协同、天地通信测控保障、地面流程控制、紧急情况撤离等，这些场景都是在地面无法模拟的，必须通过真实的出舱活动来测试。

正如真刀真枪的军事演习才能暴露问题、总结经验，相当一部分出舱活动目的就是为了验证出舱相关的技术体系。

翟志刚那句经典的：“我已出舱，感觉良好”，就是该种类出舱活动最想达到的效果。

种类二：载人航天器安装与维修

载人航天器的设计与制造难度远远超过无人航天器，对于大型的空间站舱段级别航天器，更是如此。例如，天宫空间站的核心舱“天和”和两个实验舱“问天”、“梦天”实在太大了，它们长度约18米，直径4.2米，创造了人类航天单舱段的尺寸记录。但这还不是全貌：这个尺寸已经逼近长征五号B这个“矮胖子”的整流罩所允许的极限，其他的全景相机、舱外扩展泵组和外置仪器等，跟本没法完整安装展开后发射，必须在进入太空后继续组装。

航天爱好者们不妨回忆一下，此前的新闻中反复提到的出舱内容大都会有“抬升全景相机”、“安装舱外拓展泵组”等关键词，且一般发生在重要的舱段升空和组装后。本次的天宫空间站建成后首次出舱，重要任务也是安装舱外拓展泵组。它是航天器内外热控循环系统的动力心脏，与舱内的心脏一起，才能保证整个舱段的正常运转。全景相机，则用于监测航天器的整体外部情况。还有一些外部仪器设备，只有所有的外置部分都完整了航天器才算达到了设计要求。

天宫空间站全貌艺术效果图（图源：中国载人航天）

此外，任何一个航天器不可能完全不出现问题，对于空间站级别的大型模块化多舱段载人航天器更是如此，尤其是它需要长时间稳定飞行。例如，国际空间站已经做到了约500吨、飞行了25年，天宫空间站也有近100吨、飞行时间10年起步。期间，出现的各种问题，都必须及时修理，尤其是外部出了问题，几乎只能依靠航天员出舱活动去维修。

如果用大白话来解释这种出舱活动就是：毛坯房（舱段）盖好了，装修小工（航天员）开始装修，让房子（空间站）更宜居。出了问题，还要请小工来，缝缝补补，这房子住起来才舒服。

种类三：科学研究与应用

载人航天发展的根本目标是利用太空这个独一无二的空间，拓展人类的科学边界。空间站建成后，就会变成一个长期有人驻留的太空实验室，允许航天员开展各项科学研究，这才是航天强国大力投入载人航天的最核心动力。

国际空间站和天宫空间站上，搭载了各种实验柜，开展各种网友们“看不懂的名词”实验。但是有些研究，是必须在舱外进行的，例如与天文观测、真空暴露、舱外辐射等相关的科研。有些科学仪器设备，无法通过机械臂系统完全操作，就必须依靠航天员出舱活动去安装、回收、替换，成为事关科研成败的关键。我国自第三批航天员招募起，开始培养“载荷专家”类角色，他们的主要业务就将集中于科研。

航天飞机靠近失效卫星后，航天员通过出舱活动把它送回航天飞机并带回地球（图源：NASA）

各类载人航天器本身也是“空天母舰”，微型的“航天器（航天员）”从这里出发，也能服务于载人航天器之外的目标。例如航天飞机时代多次出现过回收失效卫星返回地球的场景。大名鼎鼎的“哈勃”太空望远镜，它在发射后出现了一系列技术问题，导致根本没法正常工作，通过后来的连续5次航天飞机出舱活动，才将它完全修好维护、几乎替换掉了各大科学仪器，才让这个传奇的望远镜重获新生，一直工作至今，重塑了人类天文学。我国即将发射的大型巡天望远镜，未来将进入与天宫空间站共轨的飞行状态，一大原因就是未来航天员可以通过出舱活动，对它进行维修更新，保障它的长期工作状态。

此外，载人登陆月球，包括未来预期的载人登陆火星，也可以看作非常复杂的出舱活动。我国的第五部航天白皮书中已经明确了“全面建成并运营中国空间站、实施探月工程四期、深化载人登月方案论证”等重要目标，在可预见的将来，也会有中国航天员踏上月球，完成一次从嫦娥到现实的出舱活动。