——神九设计师揭秘航天员穿舱过程中的“门道”与“玄机”
2008年，通过电视屏幕，亿万观众目睹了航天员翟志刚打开舱门置身于茫茫太空的场景。时隔近4年，很多人依然对出舱前翟志刚推舱门的“那一刻”记忆犹新。2012年6月18日，在天宫一号与神舟九号载人交会对接后，航天员依次打开神舟九号飞船轨道舱的舱门和天宫一号目标飞行器实验舱的舱门，从容实现“穿舱跨越”。
这背后有何玄机？设计师们如何从安全、人性化的角度确保航天员在太空中能够顺利“穿舱”？记者就这些问题采访了中国航天科技集团公司五院负责神舟九号飞船和天宫一号目标飞行器研制的相关设计师。
释疑之一：
神九与神七舱门有哪些区别
通过电视转播，细心的观众发现，在穿舱过程中，神九和天宫的舱门相较神七，变得灵活了许多。只见航天员利用一个貌似机械轴一样的工具，很轻松地打开了神舟九号飞船轨道舱的舱门，然后进入对接通道，接着打开天宫一号实验舱的舱门。好了，在实现天宫一号、神舟九号的连通后，航天员可以自由穿梭其中了。
尽管要开两道门，但是航天员操作起来轻而易举，并无神七时的费劲，为什么神九的舱门就比神七的舱门好开呢？
五院载人航天总体部相关设计师告诉记者，首先神舟七号飞船舱内是一个大气压的状态，而舱外却是一个真空的状态，航天员在出舱前需要进行泄压，在有限时间内，从“1个大气压”泄到“0大气压”并不能完全达到理想值，这就意味着舱门在出舱时刻内外气压会有少许压差存在，需要一定的开门力。
另外，在神舟七号任务期间，我国主要依靠地面测控站，这需要航天员在限定的时间里完成出舱活动，这也在一定程度上加大了航天员的操作压力。此外，航天员穿的是出舱航天服，150公斤的“负重”和体积在一定程度上影响了航天员的灵活性。虽然航天员在地面上做了充分的试验，但是地面情况难以完全模拟出太空环境。尽管舱门设计、出舱程序都已考虑了上述因素，但出舱过程仍显得有些“吃力”。
对照神七，来解释神九的舱门好开就不难理解了。首先，神九与天宫大气压不是神七舱内舱外“1比0”的关系，而是“1比1”，即神舟九号和天宫一号都处于一个大气压的环境下，气压平衡迅速，便于操作；其次，此次任务中，由于中继卫星正式应用，对航天员操作时间能够有充分的保障，航天员承受的心理压力相对要小一些。而航天员此次穿着轻便的舱内工作服进行操作，无疑也能为此次任务“减重”，确保操作的灵活性。
释疑之二：
穿舱要做哪些“功课”？
然而，看似“行云流水”的“一招一式”实际上却需要每个步骤的环环相扣。在“穿舱”过程中，航天员必须要严格按照“指导书”来进行操作，做好“功课”，才能确保万无一失。
在神舟九号与天宫一号实施对接后，航天员就可以实施穿舱动作了。他们首先要检查对接通道是否密封，在确保完全密封的情况下，航天员将对对接通道复压，并打开舱门上的平衡阀，确保对接通道和轨道舱气压一致，即都在一个大气压的状态下。在轨道舱内外状态一致的情况下，航天员就可启用一把形同扳手一样的“钥匙”打开第一道舱门——轨道舱舱门，进入对接通道。
对接通道是一个连通飞船和目标飞行器的“中间地带”，空间相对狭小，是一个最小通径为80公分的圆筒形状的密封器具。处在这个地带的航天员要想打开天宫的舱门，就显得要比打开神九的舱门要困难一些。在这个狭窄的地带，航天员没有一个着力点，他几乎要以悬浮的状态打开第二道舱门。在这种情况下，另外一名航天员的配合就显得格外重要。同样他也要先启用平衡阀，实施通气平衡压差，然后再打开天宫舱门。
据设计师介绍，为了保证飞行期间气密安全，所有舱门的设计都是朝舱内开，即航天员站在神九里实施的是“拉门”的动作，而站在对接通道里对天宫实施的是“推门”的动作。这样保证正常飞行时，舱门被舱内大气“压”在门框上，确保密封。
为了确保航天员顺利实施“穿舱”，设计师们曾经在设计神九时亲身进行过模拟操作，选择了几位不同体型的设计师进行穿舱体验，依据他们的穿舱感受来验证设计的科学性。尽管对接通道空间狭小，但试验证明，不同体型的设计师都能顺利“穿舱”，再次验证了设计的合理性。
据设计师介绍，为了确保航天员能够顺利“开门”，他们在设计中也加入了“工效设计”的元素，打个比方，就像攀岩的着力点一样，为了让航天员在失重的状态下“吃上劲”，他们在舱内设计了若干个“手脚限位器”，确保每一个操作环节都有着力点。“我们所有的设计都是按照‘保障安全、能够实现操作、容易实现操作’的原则来进行。尽最大程度为航天员想得周全一些，让他们的每一个动作都相对容易。”
释疑之三：
物品搬运如何实现？
在我国首次载人交会对接任务中，在组合体运行期间，航天员工作、生活、睡觉、娱乐都是在“天宫”里。航天员需要把从地面带来的物资转运到“天宫”里面。这就意味着航天员顺利实施“穿舱”之后，接下来就要进行“货物搬运”了。
再次回到80公分对接通道这个话题。在看到航天员几乎是以“爬行”的姿态穿过对接通道进入“天宫”时，很多人不禁心生疑惑：为什么不能把对接通道设计得更加宽敞一些，让航天员“穿行”更加便利一些？这主要是结构设计、对接机构设计等多种因素综合平衡优化的结果。而为了确保货物穿舱顺利，航天员所有传递的货物都是经过打包的，而且尺寸上有严格限制，最大不能超过80公分。另外，“80公分”的对接通道能够确保航天员能对货物实现“手手相传”，确保货物搬运的便利性。
释疑之四：
穿舱时如何控制组合体的平衡？
天宫一号和神舟九号以组合体的形式在茫茫太空中运行时，当航天员在实施穿舱操作时，如何控制组合体运行平衡也是一个公众关心的问题。即是否会发生组合体倾斜的情况？是否需要技术干预来确保组合体的平衡呢？
据五院相关设计师介绍，从理论上讲，这种“失衡”的可能是存在的。但是考虑到神舟九号、天宫一号共重16吨，而一名航天员才60公斤左右，航天员对“组合体”的扰动量很小，几乎可以忽略不计。而在茫茫太空中，受磁场的差异、重力梯度等扰动因素的影响，组合体实际上一直处于微动的状态，而航天员进行的穿舱活动，也可视为扰动因素之一，属于控制范围之内，不用专门实施技术干预。
设计师还打比方说：“就像坐在小轿车里，人从前排挪到后排，车会有明显的扰动感受；而在大公交里，人在车内的挪动不会对车产生明显影响。这是因为在重的飞行器内，人的扰动因素可以忽略。‘组合体运行’的平衡控制也是这个道理。”（黄希）
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