出艙服

　　出艙服體積雖小，但五臟俱全，基本上是一個能獨立操作的迷你載人宇宙飛船。

　　這艘迷你宇宙飛船要載人，所以首先要提供一個密封恒壓的保護殼。恒壓由純氧支撐，在30到40千帕之間。純氧要源源不絕地輸入，維持航天員生命需求，呼出的廢氣二氧化碳、水氣和體味，馬上循環回收，或由活性碳或氫氧化鋰等化學材料吸收處理。

　　出艙服內要有“空調”溫度控制系統，一般以貼身水冷方式完成。溫度可在約10到25攝氏度間調整。

　　在太空要面對著一輪熱烘烘的太陽，強烈的紫外線輻射有如排山倒海而來，出艙服要能把紫外線反射或過濾掉。

　　太陽有時發威，噴出大量近光速的高能帶電粒子(solar flare event)，被地球磁場引到兩極地區進入大氣層。如果宇宙飛船在低傾角和低地球軌道上運行，遠離高傾角90度兩極軌道，宇宙飛船和航天員大可不必顧慮這類粒子輻射。但對遠離地球磁場航向月球或火星的宇宙飛船，則會造成巨大傷害，不得不防。“神七”軌道高341公里，傾角42.4度，也就是說它的軌道被控制在南緯42.4度到北緯42.4度之間，夠得到降落地點內蒙古四子王旗，但離北、南極區尚遠，出艙服只要能擋住一般太陽輻射就行。同樣道理，極高能量的宇宙射線(galactic cosmic rays)，對“神七”的作用也甚微。

　　比較厲害的是太空中有很多高速流竄的微隕石和流星體，雖然撞上的機率不大，但一旦被撞上關鍵部位就事態嚴重。1995年10月發射的航天飛機，貨倉蓋就被打穿了一個小洞(圖3)。航天飛機的駕駛艙擋風玻璃每次飛行平均被撞三次，每出任務10天，擋風玻璃就得換新。出艙服對這類高速飛行流星體基本上無萬全防御之計。出艙服最外層目前以21世紀最先進、強度最大的復合纖維材料制成，至少能抵抗這類流星體一下，給航天員提供一點應變時間。

　　出艙服要設有完整的通訊設備，提供出艙航天員與宇宙飛船和地面任務控制中心聯絡。

　　出艙服要精巧靈活，航天員指到那，出艙服就能打到那。“神七”的出艙服背包中有一個燃料助推器，航天員可用以控制移動方向。

　　“神七”的“飛天號”出艙服很可能連著“臍帶”，以確保航天員不會與宇宙飛船分離。俄美兩國在1965年第一次出艙活動時，都是連著“臍帶”，除開保證航天員不會漂離母船外，同時也通過“臍帶”供氧供電供通訊供空調，絕對安全可靠。“臍帶”一般不能太長，5米左右，太長會打結。“臍帶”雖好用，但嚴重地局限了航天員活動范圍，所以新一代的出艙服都已切斷“臍帶”，改用先進的推進器，大幅度增加了艙外活動的范圍和能力。

　　據2008年8月底訊息，“神七”的“飛天號”出艙服也可能是先進無“臍帶”型號。

　　航天員出艙活動好幾個鐘頭，出艙服要能處理“解手”問題。兩年前美國一位女航天員，在地面綁上太空尿布，十小時車程不入廁，追上在千里以外機場轉機的情敵，打翻醋壇子，大發雌威，潑辣較勁，彪悍無敵，造成美國用的“太空尿布”，在世界媒體上爆光，狠狠出過一陣風頭。

　　俄羅斯的出艙服使用短褲式尿布，并設有便器。

　　在出艙服的研發上，人類的確花了不少工夫。出艙服除了能提供航天員基本生命所需外，重要的是出艙服要有彈性，航天員不需用太大的力氣，就能彎臂、用手抓東西，且能靈活使用板手和螺絲刀等工具，保證生命安全并完成任務。

　　出艙服皆為多層結構，美式14層，由上、下身兩部份組成，重130公斤。俄式10層，由前、后兩半組成，重110公斤(圖4)。由外往里看，最外層防輻射紫外線，以耐熱尼龍材料制成；緊貼著的是防微隕石兼隔熱層，由先進復合纖維材料制成；再進去是一道“限制”層，為控制30至40千帕氧壓在太空高真空向外擴張而設，由聚酯類纖維材料制成；再往里幾層為數層純氧氣囊加襯里層、氧氣運送管道層，氣體循環層，液冷“空調”層和最里面的貼身層。

　　據北京科技報報導，中國已研制出300平方米先進出艙服面料，具有高強度、抗撞擊、防輻射，耐高溫等特性。“神七”的“飛天號”出艙服是根據俄羅斯“海鷹號”系統基本藍圖設計而成，可是所用的材料及零件，都是21世紀的新產物。盡管外型相似，內芯早已脫胎換骨，青出于藍而勝于藍。

　　目前人類出艙服，雖已能操作自如，飛翔無礙，但外表皆極臃腫，是20世紀的產物。臃腫是因為氧氣氣壓而來。為了“消腫”，已把氧壓調低到接近生理底線，并為了使用這個超低氧壓，還不得不付出幾小時在天上預先吸氧驅氮的辛勞代價，才能出艙。壓力雖低，但在太空高真空中，膨脹依然。航天員一舉一動，都要和這個膨脹僵硬的出艙服奮斗。尤有甚之，臃腫的出艙服使手套靈敏度大幅度降低，增加活動困難性。

　　目前正在研發的出艙服，將使用最先進的生物材料，為現任的出艙服進行減肥瘦身運動，把航天員用類塑料薄膜材料緊縮罩住(圖5)。貼身的生物材料以80千帕的壓力緊壓全身。身體在這個壓力下，不需預吸氧氣，就可由一大氣壓的太空艙出艙。出艙后，因為沒有氣體籠罩全身，彎臂蹬腿幾和艙內活動接近。

　　未來的出艙服以不需預吸氧排氮程序就能出艙，和出艙后工作起來省力為主要發展方向。

　　歷史出艙任務

　　在加加林進入太空3年11個月25天后，蘇俄航天員里奧諾夫步出“黎明二號”，成為第一個太空行走的人類。

　　前文已提到，“上升二號”的艙壓為70千帕純氧，出艙服40千帕純氧。里奧諾夫拉著超長15米的“臍帶”出艙后，發現夠不著裝在大腿部位的照像機拉繩，幾經掙扎，只好放棄(作者認為在微重力下，拉繩位置可能和地面模擬訓練時不同。在太空中他可能還是夠得到，但摸錯地方)。人類第一次出艙存照是由另一架攝影機拍下，為電影片，模糊不清(圖6)。出艙12分鐘后，里奧諾夫沒按照預定姿態腳先頭后回艙。在極度緊張下，他一頭就扎回氣球式氣閘艙，頭下腳上，被卡住了，無法翻身回去關外氣閘門。他急得汗流如漿，體溫迅速上升1.8攝氏度，心臟砰砰砰加速跳躍，已近休克狀態。他本想吞下隨身攜帶的自殺藥丸，但決定最后一搏，將出艙服的壓力由40千帕降到27千帕，終能勉強翻個個兒，成功地關上外氣閘門，喘一口大氣，然后加壓，開內氣閘門，回到內艙。回程中，自動導降系統失靈，改由人工操縱，降落在烏拉爾(Ural)深山老林之中，3月冬雪尚深，群狼眈視，兩天后獲救。

　　里奧諾夫不得已釋放出艙服的氧氣自救，是一個向死神挑戰的超級危險動作。出艙前他吸氧排氮只到40千帕純氧壓力，離27千帕的壓力還有一段距離。美國出艙服設在30千帕純氧壓力，吸氧排氮預備時間要比設在40千帕的蘇俄出艙服多出一倍。里奧諾夫的生理狀態顯然尚未平衡在27千帕純氧壓力基準線上。他在“黎明二號,”任務后，仍然健康地活著，最合理的解釋是他在27千帕壓力下停留時間甚短，血液中殘余的氮氣分子尚無法匯集成較大氣泡闖禍。另一個解釋是他的體質特佳，血液和血管管壁的優質流體結構，減低了氮氣氣泡成形速度。

　　表面看來，“神七”的出艙程序比“上升二號”清爽許多，但為了絕對安全，兩位準備出艙的航天員，已在地面中性浮力深水水槽中重復進行模擬失重訓練和出艙回艙活動任務訓練，以達到完美無缺動作的目標(圖7)。

　　里奧諾夫在1975年7月15日參加了“阿波羅-聯盟號”太空對接計劃(Apollo-Soyuz Test Project，ASTP)，為冷戰時的美蘇憑添一頁佳話。

　　1965年，美蘇登月競賽方酣。要登月成功，需要做兩個關鍵動作：宇宙飛船對接和在月球高真空環境下出艙。要去月球，返回艙得在地球軌道上翻180度的個兒，回頭和登月小艇對接。拉出登月小艇后，推進艙返回艙登月小艇，三位一體，脫離地球軌道，奔月。從邏輯上安排，美國認為應先演練對接，再演練出艙。但蘇俄沒按牌理出牌，先搶“太空行走”秀，繼“斯普特尼克”和加加林后，再次令美國措手不及。

　　太空對接技術難度高，美國本來計劃以“雙子星四號”(Gemini 4)先只練習“會合”(rendezvous)，完成軌道編隊飛行。“會合”技術熟練后，再“對接”(docking)。送“雙子星四號”上天的最后一節火箭空殼，會跟著雙子星宇宙飛船后面，在軌道上飛行一陣子。這火箭空殼就是“雙子星四號”的“會合”對象。

　　但蘇俄已下“出艙”重手，美國得急速反應。

　　蘇俄太空行走兩個半月后(1965年6月3日)，“雙子星四號”升空，先執行太空會合任務，再操作臨時加進去的出艙活動。

　　最后一節火箭空殼跟在“雙子星四號”后面，“雙子星四號”朝火箭空殼方向發動火箭推力，企圖和它接近，奇怪的現象發生了。在科幻片中，火箭飛船都是像在大氣中的飛機一樣，朝目標方向飛去就成。但在太空軌道上，“雙子星四號”越想向目標方向推進，結果卻越離越遠。不信邪，再接再厲，耗掉大半燃料，目標卻有絕塵而去的架勢。休斯頓控制中心緊急叫停，放棄這項任務。

　　太空會合牽涉到軌道力學。兩船會合，要追要等，全靠調整軌道周期和速度。比如要追同一軌道上前面目標，不得本能向目標方向加速，反得要反本能減速，先進入周期短的小軌道，繞地球一圈后，自然與前方軌道周期長的目標會合，夠玄了吧？“雙子星四號”兩位航天員軌道力學不及格。

　　主要任務失敗，兩位航天員極度沮喪和疲倦，先繞地球休息一圈，在澳洲上空，開始全艙減壓(作者注：“雙子星”宇宙飛船小，沒有像“神七”獨立的氣閘艙)。減壓完畢后，艙門彈簧錯位，費了九牛二虎之力，終于打開。懷特身牽“臍帶”，手持高壓氣體槍出艙，先繞宇宙飛船一周巡視，左瞄右閃，酷帥齊發，演出一場生猛鮮活的太空行走秀(圖8)。三分鐘后，壓力槍氣體耗盡。15分40秒后，休斯頓下令回艙，結束了美國第一次出艙活動。

　　懷特后來入選為“阿波羅一號”航天員，不幸在1967年1月27日地面訓練時，純氧大氣的太空艙失火，和另外兩位航天員同時罹難。

　　1969年7月20日，阿姆斯特朗在月球低重力高真空多塵埃環境出艙，為人類完成登月壯舉。

　　1984年2月7日，美國航天員麥肯利斯(Bruce McCandless)由一大氣壓的航天飛機出艙，第一次演示無“臍帶”太空行走。他使用第一代太空摩托艇(Manned Maneuvering Unit, MMU)，駛離母船98米。此后，由航天飛機出艙活動頻繁，有時每次長達8小時，遠遠超越太空作秀功能。經過近20年的發展，出艙活動正式投產，包括以后幾次哈勃望遠鏡維修和國際空間站組裝任務。

　　結語

　　出艙服夾層重重迭迭，結構復雜，在制造過程中，需大量手工縫紉，一針一線，嘔心瀝血。慈母手中線，游子身上衣，臨行密密縫，惟恐遲遲歸……“神七”航天員穿著神州母親精心縫紉的“飛天號”出艙服，帶著全世界炎黃子孫的祝福和期盼，走出宇宙飛船，為中華民族的太空事業邁出了一大步！

　　“神七”出艙任務一小時(圖9)，表面看來，像是重復蘇俄和美國早期的動作，但骨子里，中國“飛天號”出艙服使用大量21世紀先進材料，電子、計算機、通訊科技也內芯全新，今非昔比。更重要的是中國那股氣沖霄漢之勢。中國渡過了150余年艱辛國運，東方睡獅已醒，經濟開始騰飛，太空能力迅速崛起。“嫦娥一號”已把月球三維地表勘測完畢。“神七”和“神八”為“神九”對接鋪墊。中國未來建造空間站，登月，高飛，遠航。中國按照自己的進度，自力更生，獨立前行，一步一個腳印，驕傲自豪地為全人類太空事業做出和平真誠的貢獻。