北大焦维新教授做客新浪聊发现号太空行走

北大焦维新教授做客新浪聊发现号太空行走。
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　　视频：北大焦维新教授聊发现号太空行走

　　新浪科技讯 7月10日下午5点，北大地球与空间科学学院焦维新教授做客新浪嘉宾聊天室，就发现号航天飞机太空行走等话题与广大网友进行交流。以下为聊天实录：

　　主持人：各位网友大家下午好，欢迎来到新浪嘉宾聊天室。今天我们请到的嘉宾是北

大地球与空间科学院的焦维新教授，与我们就发现号太空行走以及相关的问题进行交流。焦教授和网友打声招呼。

　　焦维新：各位网友好。

　　主持人刘允：谢谢焦教授。各位网友除了通过电脑参与，还可以通过手机访问新浪网，在移动中关注聊天的全程。手机新浪网的网址是3g.sina.com.cn。

　　焦老师，

　　焦维新：对。

　　主持人：虽然前面经过两次推迟，但还是在北京时间7月5日凌晨顺利发射升空。9日凌晨4时49分发现号两个宇航员完成了第一次太空行走，他们这次太空行走主要是完成一些怎样的任务？

　　焦维新：这次太空行走应当说任务还是比较重要的。第一件工作是把已经失效的一个移动运输车的电缆系统进行修复，上次在操作的时候出现一些失误，使得连接电缆线中断。电缆线一中断，就跟移动车的通讯、联系以及数据通信系统都中断了。这次做这个工作，当然这次这个工作还没有完全结束，有些部件需要更换，就需要今天晚上北京时间8点多钟进行第二次太空行走，继续完成这个任务。

　　如果这个任务完成以后，移动的运输车、运输工具就可以投入使用了，在建设空间站过程中起很大作用，因为传输一些大一点的部件就可以通过移动运输车完成。但是现在已经失效了，已经不能工作了，所以这个任务还是非常重要的。

　　这是属于太空行走的正常的业务。还有一件是验证，把航天飞机机械臂作为工作平台，研究这种机械臂的稳定性。机械臂加在一起30米长，在地面是难以想象的30米长的细杆，两名航天员站在杆的末端进行工作是不可想象的。但是在微重力条件下，人的重力基本消失了，可以正常在这个平台上工作。

　　也有一个问题，在那么长的杆上，如果人站在上边，而且不是一对不动，要进行各种各样的操作，比如最简单的操作，他对感兴趣的部位进行拍照或者维修，有动作。这一有动作就可能发生颤动，这次进行实验的目的就是了解这个支杆作为工作平台的稳定性怎么样。为什么检验它的稳定性呢？因为他在上面工作，通俗一点说做的都是细活，比如维修一个小的部件，非常精细的。如果一个工作发生颤抖，很难很好地完成这个工作。所以这两个工作还是非常重要的。

　　主持人：谢谢焦老师，这次机械臂做了一个改进，延长到30米。这次检测结果现在出来了没有？

　　焦维新：这次主要目的不在于具体维修解决什么问题，最重要的还是了解它的稳定性问题。为什么用这样一个30米长的支杆来作为工作平台呢？因为我们从电视画面上看，机械手还是比较灵活的，30米长的机械杆可以伸到航天飞机的各个部位，到我们用其它方法不容易观察到的部位。可以这样说，它可以把航天飞机的边边角角都可以看得一清二楚，不管它出现任何隐患，我们都可以看到。这次试验我们看到杆30米长，不是说排成一条直线，可能是拐了几道弯。为了实验它的稳定性还分几种位形，两位航天员站在杆的末端，这个机械手臂可以变换三种位置，分别看看在不同位置上它的稳定性如何。现在虽然没有全面地公布它测出的一些结果，但初步来看把它作为一个工作平台还是比较稳定的。因为在每一种位形实验的时候，都有相应的仪器进行测试。比如看杆受的应力变化情况、振动情况，都有专门的仪器进行测试。这个测试的结果不会那么快出来，需要地面科学人员对这些数据进行相应的处理。

　　主持人：好像今天早上有新闻说两个宇航员做了各种动作，觉得非常灵活。比如前俯后仰、拍照，以一个脚为中心旋转。

　　焦维新：对，如果光固定不动是没有多大意思，要修理，要模仿将来拍照，比如要修理防热瓦，或者要修理机翼前沿增强型的碳钛复合材料，不同部位人体产生的姿势和动作是不一样的。所以，就是多种方式进行接近实战的演练。

　　主持人：我想问一下焦教授，以前没有改进机械臂，是不是就够不着航天飞机的一些地方，宇航员没有办法过去维修？

　　焦维新：对，这次是把原来的臂延长了15米，原来的用处，臂的顶端是放着各种各样的摄像头、传感器，航天飞机进入轨道以后它可以伸到不同位置进行察看。现在功能多了，人要站在杆上进行维修，不光是用摄像头或者是传感器看的问题，人还要到实际地方去维修。所以，杆的作用就大大增强了。

　　网友：是不是空间站的大部分建设和维修工作都需要通过太空行走来完成？

　　焦维新：也不是大部分，但是太空行走是非常必要的，从空间站的建设来说分两个层次：一是需要安装一些特殊的部件。其二，有些部件工作一段时间之后，因为在空间严峻的环境失效了，微流星和轨道碎片的作用把电线切断了。像这些细致的活靠机械手是不能做的，当然比如像明年哥伦布舱要发射了，这些大的部件，用笨重的机械手一下子就安上去了。但是细致的活还得靠人手，比如电缆哪条线断了，只能人到那儿去检查。或者一些小的、特殊的部件，像以前太空行走的时候，宇航员安一个激光反射镜，目的是未来欧空局的运输工具跟空间站对接的时候，做一个激光瞄准的装置，实际上有一些小的部件，安装精度非常高，要求人要做。这是从空间站建设的角度来看。

　　当然广义太空行走就更多了，比如像航天飞机，以前没有空间站对接的时候，也要搞太空行走。其实太空行走是我们中国人最通俗的一种说法，确切地说应该是舱外活动。比如像美国把哈勃空间望远镜做完了之后，航天员修理空间望远镜或者是做实验，都需要通过太空行走来进行。太空行走做的事情还是非常多的。我们国家目前还没有太空行走，将来神州7号、神州8号也要进行太空行走，因为我们的目的也是建立空间站。

　　网友：因为在太空中的环境是比较恶劣的，比如说真空的环境、高辐射，宇航员进行太空行走之前都需要进行哪些准备活动？

　　焦维新：外界的环境是非常恶劣的，真空，没有空气，另外温度变化非常剧烈，太阳一照着的时候非常热，背离太阳的时候就非常冷。另外，还有强烈的射线作用。所以，这种恶劣环境要求航天员一定穿着舱外航天服，对身体体有保护。舱外航天服里边的压力跟大气压力不一样，像空间站、航天飞机内部压力一般都保持地面一个大气压左右。但是航天服一般都是几十个千帕，一个大气压大概103千帕，它只有几十个千帕，压力不一样。所以，为了使他保证身体不受影响，他在进入太空行走之前，一个必做的动作就是要吸收纯氧排氮，可以做一些激烈的运动，但是吸的是纯氧，排出氮气。有关氮气这方面，因为我对生物医学不太懂，看了一些文件，如果血液中氮的含量比较高，进入压力比较低的地方，就容易起气泡，影响人类身体健康。所以，一个重要的准备活动之一就是吸纯氧、排氮，进入气压舱以后，使得气压减到和航天服的压力基本相等，才打开外边的舱进行太空活动。

　　主持人：吸氧的过程大概需要多长时间？

　　焦维新：有两个过程，一个是吸氧排氮的过程，还有进入气大舱是减压的过程，这跟航天服的压力有关系。美国航天服的压力比较低一些，减压持续时间稍微长一些。俄罗斯的航天服里边的压力要高一些，所以减压的过程时间稍微短一些。

　　主持人：刚才说到俄罗斯和美国的航天服，我记得有报道说，从国际空间站不同的舱段出来，必须穿不同的航天服。好像从俄罗斯的舱段出来得穿俄罗斯的航天服，从美国的舱段出来得穿美国的航天服，是这样吗？

　　焦维新：是这样的。当然有一个探索舱，现在航天员太空行走用的，探索舱设计的是兼备这两个航天服的特点，所以不管穿俄罗斯还是美国的航天服，从这个舱里出来都没有问题。

　　网友：宇航员在太空行走的时候会遇到哪些危险？

　　焦维新：从目前人类所进行的太空行走来看，虽然遇到一些困难、问题，但还没有发生太大的危险。因为从对航天员危险的因素来看，主要有比如恶劣的空间环境、强的射线辐射、粒子的照射、真空环境，甚至还可能有微流星和微轨道碎片，这些可能都打到航天员的身上，但是穿的航天服都有防护这些危险的功能。那种微流星，非常细小的，大一点不行，不仅人受不了，空间站也受不了。所以空间站要实时监测轨道碎片的分布，发现大的轨道碎片它也得躲着。像这些东西虽然对航天员有危害，但是舱外航天服有预防功能。以前出现的一些情况，比如最早期那个航天服，还不像现在那么先进。现在的航天服实际上相当于一个小的航天器，但是往上运动、往左运动，只要一喷气就可以运动；而以前，宇航员是附在一个航天器上移动，为了保证安全有一段小的绳索跟联盟号或者其它飞船连在一起。另外，供养装置有点像婴儿的脐带似的，通过一条管线连着，保证航天员吸氧。

　　有一次比较危险，有一个前俄罗斯航天员，他出来的时候有点大意，没有把绳子系在飞船上就出来了。但是另外一个航天员一手就把他抓住，就有惊无险，要不然就真成了太空人了，有这个情况。

　　但是我看了这些年进行的太空行走情况，出现的问题主要还是出在航天服上。尽管美国和俄罗斯的舱外航天服，应当说是当今世界水平最高的航天服，但是也不时地出毛病。我清楚地记得有一次，那是在中央电视台国际频道做一次节目，那次节目叫“不寻常的太空行走”。因为空间站就剩两个航天员了，必须得进行太空行走，两个航天员出去以后，空间站就唱“空城计”了，所以称为“不寻常的太空行走”，那次太空行走计划进行6个多小时，但是在进行3个多小时的时候，美国航天员所穿的航天服可能冷却系统出了问题，他出的汗蒸发后，把面罩都挡住了，所以不得不中途退回来。

　　还有一次国际空间站进行太空行走，听说也是因为航天服出现了问题，中途返回了。

　　所以，现在来看，因为航天服技术含量比较高了，没有什么太大的风险，但是航天服有时还是会出现一些问题，使得舱外的作业不得不中途停止。

　　主持人：准备也是一个比较关键的过程。

　　焦维新：对。

　　网友：我在以前的一些报道中看到宇航员经常需要在水中穿宇航服训练，请焦教授解释一下这是什么原因。为什么要在水中训练？

　　焦维新：因为航天员是跟航天飞机和空间站绕地球做圆周运动，处于微重力状态，工作条件和地面是不一样的。举个最简单的例子，我们固定螺丝，我们用扳子一拧就拧紧了，可是在没有重力的环境下，可能一拧，一使劲就有一个力矩，可能你没有把螺丝拧进去，你的身体倒飞起来了，所以很不适应这种环境。照理来说应该在微重力条件下不断锻炼适应这个环境，可是在地球上，磁场、电场可以屏蔽，引力没有办法屏蔽，所以在地球上很难模拟一个无重力的环境。怎么办？只能找一些比较接近的情况，比如我们在水下，水对你有一个浮力。可能经常参加游泳的人就会知道，因为有浮力，跟你原来有重力的情况下不一样，可能你要搬个东西，可能用手指头一点，身体就起来了。所以，在水下适应微重力条件。虽然不是微重力条件，但是尽量造成跟有重力情况下不同的体会。

　　同样比如拧个螺丝，正常情况下很容易。可是现在你一拧，水的平衡作用，你使劲一拧，身体也就漂浮起来了。所以，像航天员做一些工作，都要在地面有水的环境下进行模拟。包括这次航天员做的主要的一些工作，都在地面演习过，不是说上去以后什么东西，实际上之前在地球上已经搞清楚了，第一步做什么，第二步做什么，而且在水中进行操作体会一下在微重力环境下操作可能会有什么问题，有这个体会，有这个体验。

　　主持人：在水中训练主要是为了模拟微重力环境。

　　焦维新：造成微重力环境，往前又接近了一步。

　　主持人：下一次网友在游泳的时候可以好好体会。

　　网友：据最新的消息，休斯敦飞行指挥中心确认发现号的隔热系统可百分之百保障安全返回。这其中是否还可能发生意外和有意想不到的威胁，在返航的过程中。

　　焦维新：应该说这次发现号做的准备还是比较细致的，在没有入轨之前，航天飞机的机械臂顶头上那些传感器系统，不光是可见光，红外等等对轨道各个部位进行扫描、拍照。在和国际空间站对接之前，大家也都听说了，在空间站下部180米处做一个360度的旋转，这样空间站用高清晰度的、高分辨率的摄像机对它进行拍照。

　　经过这详细的检查，应当对航天飞机表面各个部分异样的情况都进行了详细的研究。通过这些拍照，找到了6个比较感兴趣的区，有两个是在航天飞机下边，还有是在航天飞机机翼前沿有两处黑斑，还有腹部有填充物凸起。他们重点观测，经过仔细研究，认为这些问题不足以对航天飞机返回造成危害。即便这些问题存在，这些问题即便是在最严重的情况下，在进入大气层的时候，气温加热也不会达到危险的程度，很可能不对这些小的问题进行专门的太空在轨维修了。

　　应该说这些问题基本上有两方面：一是泡沫脱落，比如泡沫塑料撞到轨道器上。还有一种，比如像固体助推

　　主持人：是不是可以初步证明这次美国宇航局对发现号的一些改进措施是比较好的呢？

　　焦维新：对，可以说明这一点。因为它的改进措施，从燃料箱来讲尽量减少大的碎片脱落，现在这个目的已经实现了。在发射过程中掉一个碎片都是小的，这在以前每次发射都会有小的碎片脱落，这是很正常的。只要碎片的大小、质量在一定限度内，是不成问题的。

　　这次检查设施非常完善，原来有什么毛病，比如防热瓦出现了什么毛病以前是没法知道的，现在有了扫描仪，都可以非常清楚，心里更有底了。所以，无论是发射前的准备还是上天以后检查的措施，都是很得力的。

　　主持人：刚才说到安全检查的事情，我这里有张照片，是发现号的宇航员在进入轨道之后拍摄的一个冰结晶的照片，这个照片据美国宇航局网站报道，是来自于发现号的主引擎喷管。我想问一下焦教授，这个结晶是怎么形成的？

　　焦维新：大家看外观燃料箱，外观燃料箱装的是液氢和液氧，液氢、液氧发热时就变成了水，我们看到航天飞机发热的时候，一直飞到很高的位置，都看到白色的雾状体，就是水蒸气。当航天飞机越往上飞温度越低，水蒸气在喷到航天飞机进入高空的时候，就会形成薄薄的一层冰。这对航天飞机没有任何影响的，它不同于外挂燃料箱结冰，外挂燃料箱发射过程中一结冰，一脱落，像泡沫塑料都可以把航天飞机防热瓦砸坏，冰就更厉害了。

　　主持人：还好，据美国宇航局网站说，这块冰是属于比较正常的现象，而且在以前的航天飞机任务中也是出现过的，而且对航天飞机是没有什么影响的。如果网友没有看清这幅照片，可以登陆新浪发现号专题进行浏览。谢谢焦教授。

　　刚才我们谈到航天飞机在与国际空间站进行对接之前有一个360度的旋转，它是通过一个什么动力装置来实现这个翻转过程？

　　焦维新：航天飞机发射过程中动力是靠主发动机和两个固体助推火箭。进入太空以后，两个固体助推火箭在两分钟就自动脱解了，6分钟左右外怪燃料箱就脱落了，但是并不等于航天飞机没有动力了，还有动力，动力有两个作用，一个是变轨的时候，主发动机还可以工作进行变轨。另外，除了主发动机之外还有一个自带控制系统，用通俗的话说还有好多喷嘴，靠着这些喷嘴喷出的气体，通过这些小型发动机喷出的气体做一些姿态的变化。微型发动机在航天飞机发射第一天还是第二天，在倒计时时就检查到一个微型发动机加热器出了一点毛病，后来解决了这个问题。那上头还有一些微型发动机，这些微型发动机就是在做姿态调整时用的。

　　主持人：这次发现号航天飞机除了执行送货、维修空间站的任务之外，这次还为国际空间站送上去一名德国宇航员，也就使自2003年哥伦比亚号失事之后，国际空间站重新恢复了三名宇航员。他也是首位欧洲宇航员是吧？

　　焦维新：非美国和俄罗斯的宇航员。

　　主持人：能不能请焦教授谈一谈这个国际空间站整个建设过程，之前是不是主要都是由俄罗斯和美国进行建设的？

　　焦维新：因为国际空间站顾名思义由许多国家联合建造，所以这个空间比历史上任何一个空间站规模都大很多，目的是开展多方面的科学实验。为了开展多方面的科学实验，需要在轨的航天员比较多。所以，等国际空间站完全建成的时候，需要同时有6名航天员在国际空间站上工作。但自从哥伦比亚号航天飞机失事以后，给养供给就出了问题。航天飞机可以载20多吨，但是像联盟TMA载人飞船，如果一次能够载三名航天员，额外带几十公斤的给养，如果带两名航天员，可以带一百公斤的给养。可是航天员一呆呆半年，靠这点给养怎么行？除此之外还有货运飞船，货运飞船一次也就载两三吨的给养，还有少量的设备。所以，如果航天员在空间站停留时间长，不用说科学实验，连给养都出了问题，所以不得不减少人员。所以，从那以后就减到最低的是两名航天员。因为从安全的角度，如果进行太空行走一般是两名航天员。就这两名航天员，所以国际空间站一搞太空行走就唱空城计了。航天飞机给养各方面都受到限制。

　　现在欧空局这个航天员上去除了继续开展科学实验，一个很重要的任务是在2007年发射欧洲空间局研制的哥伦布号实验舱，这个实验舱是比较大的实验舱，可以开展很多科学实验，为哥伦布舱的发射做准备。

　　提到给养，提到设备，这里要特别提到一点，这次航天飞机带去两千多公斤的货物和900多公斤的设备，在这些设备中有三件是值得我们注意的。一个是美国造的制氧机，这个制氧机工作以后，可以保证六名航天员吸氧的问题。即便是我们上去更多的航天员，首先能够满足氧气的供应。第二，有一个新型的制冷机。因为进行生命科学实验的时候，要把样品放在一个冷凝的地方保存，这样可以开展更多生命科学实验的活动。第三，也是非常有趣的，有一个离心机，有这个离心机就可以模拟不同的重力环境。

　　在国际空间站的微重力环境也生产出植物，还有大豆、其它一些植物，这是在这样的微重力环境下。有了离心机可以模拟月球上的重力环境，模拟

　　主持人：谢谢焦教授。

　　网友：为什么有一些实验一定要在太空中进行？

　　焦维新：特别在空间站这里边，最重要是微重力环境。我们在地球上受到地球引力的作用，到几百公里的上空，最主要的是空间站或者航天飞机围绕着地球做圆周运动，地球的引力完全用于他做圆周运动，所以物体就感觉不到重力了。在微重力环境下可以开展各种各样的科学实验，可以开展在地球这样的重力环境下不能做的实验或者生产一些产品。举一个简单的例子，比如我们病了用开水冲点感冒冲击摇晃一下，好像均匀混合了，稍微一放底下就有沉淀，上面是清汤，底下就没有溶合，这是重力的环境下。但是在微重力环境下是均匀分布的，比如药品都不是一种元素构成的，药品是一种非常复杂的有机物，它在一起，如果有重力环境下就不可能均匀结合在一起，在无重力环境下结合得就比较均匀。

　　再比如半导体器件、晶体生产，在有重力环境下，晶体的块比较小。可是在微重力环境下，我们看到晶体又大、又均匀，包括一些合金也是这样的，合金是几种金属成分合在一起。如果在有重力条件下，因为比重不一样，不可能完全融合在一起，性能大大降低。但是微重力环境下，可以均匀混合在一起，性能大大提高。将来可能形成太空产业，比如太空制药、太空冶金，能开展地球上无法做的实验。

　　主持人：太空微重力环境是一个非常好的实验环境。

　　焦维新：对。

　　主持人：发现号航天飞机的宇航员在今天晚上北京时间8：13分将进行第二次太空行走，焦教授您清不清楚发现号宇航员第二次太空行走将做一些什么事情？

　　焦维新：第二次太空行走基本上是两个任务，一个是为一套系统安装一个泵。第二项工作是上一次太空行走的继续。上一次是可移动的小车电缆系统出了毛病，做了一些维修，这次是把旧的电缆系统，以及跟电缆系统有关的旧的部件要拆掉，换上新的。这在地面上看是很简单，可是在空间站那种环境下就不行。到达指定的位置再把它拆出来，你不能说拆掉顺手就扔了，一顺手扔就变成太空垃圾了，对航天飞机和空间站本身都有危害，哪怕一个小的螺丝都不能让它掉下来。所以，拆下来以后，不用的部件还得传递过来，中间有两个人，两个人靠接力似的，把不用的东西传到航天飞机部件里边放好；新的东西又把它传到指定的位置，把它安装起来进行调试，连接以后能正常运行就算完成。如果今天的太空行走任务完成得好，就在国际空间站上，可移动的车就能正常工作了。这在以后建设空间站的时候，这个舱到那个舱传递一些什么东西，就可以通过移动的平台进行传递，对以后空间站的建设还是有很大作用。

　　主持人：实际上就是为空间站建设做一个铺垫。

　　焦维新：对，做一个铺垫，创造一个条件。

　　主持人：有媒体报道今天晚上进行太空行走，难度会比第一次大，您怎么看这个问题？为什么难度会大呢？

　　焦维新：它的难度主要在于，因为现在有了机械臂，到达一个指定的地点不成问题。问题是你把那些拆除了以后，还要把这些旧的东西传回来。因为不是说拆完了顺手放在另外一个工具箱，不是这样，得一点点两个人靠机械臂连起来，传到指定的位置，把新的部件通过一定的程序传到相应的位置，把它安装好、调试好。可能在地面上看这个工作很简单，但是在那样的环境下还是有很大的难度。

　　因为上一次太空行走，比如在支杆上做各种动作，但都是模仿动作、拍摄，没有实际来做。即便照相姿态不是那么合适，或者是做某一个具体动作不那么规范没有关系，可这是实打实的，就得要把那个东西拆除掉，而且不能让有些部件掉下来，而且一定要把这些部件传到一个安全的地方，都是实地操作。而且结果马上就要检验，一通电以后这个小车是不是能马上移动，就要受到检验了。

　　主持人：这次发现号航天飞机的宇航员总共是将进行3次太空行走，今天晚上8点钟是将进行第二次太空行走。第三次太空行走预计在12日。有关太空行走的最新进展网友们可以登录新浪网的发现号专题，了解最新的情况。

　　今天的聊天就到此结束，谢谢焦老师。

　　(本次聊天结束)