昨天，中国载人航天工程办公室发布消息，根据计划安排，神舟二十一号航天员乘组将于近日择机实施第一次出舱活动。那么，航天员选择出舱的时机和时长，究竟需要考虑哪些关键因素？他们又受到了哪些技术和环境因素的限制？未来，哪些技术有望助力航天员更加安全、高效地完成出舱工作呢？

那么，航天员选择出舱的时机和时长，究竟需要考虑哪些关键因素？他们又受到了哪些技术和环境因素的限制？未来，哪些技术有望助力航天员更加安全、高效地完成出舱工作呢？

在载人航天任务中，精准选择出舱时机至关重要，可以说是航天员安全完成出舱任务的首要前提。这个选择过程涉及多个层面的综合考量。

首先，航天员成功出舱离不开“天时地利”。具体来说，航天员出舱活动的首选时机往往与光照条件、空间天气、季节变换等环境因素密切相关。

由于地球自转和公转的作用，载人航天设施在不同时间段的光照条件、温度等会有所变化。航天员需要选择合适的时间窗口，确保在最合适的光照环境下出舱作业。例如，白天出舱活动可以利用自然光照，有利于航天员观察和操作；而夜晚出舱活动可能需要配备额外的照明设备，从而增大了航天员操作的难度和复杂性，一般用于某些特殊任务。

航天员出舱期间需要注意光照条件

航天员执行特殊任务有可能避开强光照射

空间天气状况也是决定航天员出舱时机的重要因素之一。太空中虽然没有风雨雷电等天气现象，但太阳风、高能粒子流等同样会对持续活动在舱外的航天员造成干扰甚至威胁。因此，为了选好出舱时机，航天员和地面团队必须密切关注空间天气预报，避开恶劣情况，确保航天员在相对安全的环境中作业。

季节变换同样会对出舱时机产生影响。在不同季节中，地球大气层的气候条件和太空中的光照条件都会发生相应的变化，影响航天员出舱工作的效率和安全。

其次，任务需求直接影响航天员的出舱时机。在轨维修、太空实验、航天设施组装等不同任务对航天员的出舱时间、太空光照条件、温度等都有不同的要求。比如，在执行太空维修任务时，航天员可能需要在特定的时间段内进行操作；在开展太空科学实验时，可能要求航天员在特定的光照或温度条件下出舱作业，获取数据更加准确。

此外，出舱时机必须考虑航天员的生物钟和疲劳程度，一般会安排在航天员精力充沛时段。一方面，人体生物钟会影响到精神状态和思维、反应能力，如果选择不恰当的出舱时机，航天员的工作效率甚至安全性均会下降。另一方面，长时间太空飞行会降低航天员的身体素质和操作能力，除了合理安排作息和锻炼，帮助航天员调整身心状态并改善环境适应能力外，合理选择出舱时机，避免航天员在疲劳状态下进行高风险作业，是确保任务成功的关键。

在确定出舱时机后，如何科学地安排出舱时长，同样是载人航天任务中需要解决的重要问题。一般来说，规划出舱时长主要考虑3类因素。

其一，航天员的生理极限。这是确定出舱时长之际最优先考虑的因素。在太空中，航天员的生理节律会受到一定影响，生理机能或许会承受与地球上差异很大的挑战。太空中的失重、辐射等因素都有可能对航天员的身体健康不利，而长时间出舱活动难免会造成航天员体力消耗过度，加剧生理负担。因此，在安排出舱时长时，必须确保航天员在安全的时长范围内执行舱外任务。此外，通过科学训练和合理休息，可以增强航天员的生理机能，以便在太空中保持更好的状态。

出舱活动考验航天员身心素质

其二，由于出舱时长有限，在有限的时长内完成尽可能多的任务，是规划出舱时长的重要原则。这就要求航天员在出舱前完成充分准备和训练，熟练掌握各种操作技能，确保在有限的时长内高效作业。

同时，通过优化任务流程、合理规划作业内容，可以进一步提高航天员的工作效率。例如，采用并行作业方式，使航天员在出舱期间尽量同时完成多项任务，就有望提高出舱活动的整体效率。而这背后是航天员的训练水平和心理素质发挥重要作用。

航天员选准时机打开气闸舱

其三，充分考虑太空中的不确定因素。即使航天员和地面团队进行了周密规划，在当前技术水平下，太空活动也难免会遭遇突发情况。因此，规划出舱时长，需要为可能出现的紧急情况留出足够的余量。

航天员在舱外要完成复杂的操作任务

据不完全统计，各国航天员出舱过程中普遍遭遇过设备故障、太空垃圾和流星体飞散、舱外航天服事故、宇宙辐射异常变化等意外。为了应对这些突发事件，需要航天员做到反应机敏、处理问题高效，也要求提前安排的应急准备时间足以让航天员迅速采取应对措施，保障其自身安全和任务收获。

精心选择时机和时长，是航天员出舱活动成功实施的重要前提，但也受到了技术和环境的严格限制。

在技术方面，航天员出舱活动依赖于舱外航天服、生命保障系统等技术设备支持，其性能直接影响到航天员的安全和效率。例如，舱外航天服设计必须兼顾保温、通风、供氧等多重功能，确保航天员在太空中的生命安全；生命保障系统负责提供稳定的氧气供应、废物处理等功能，保障航天员的生存和工作环境适宜。随着科技进步，这些技术设备正在不断优化升级，为航天员提供更加安全、舒适的舱外工作环境。

在环境挑战方面，太空中的微重力、高辐射、极端温差等对航天员出舱活动构成了严峻挑战：微重力环境使航天员行动受到很大影响，操作难度加大；高辐射环境或许会对航天员的身体健康造成损害；极端温差有可能导致航天员体温调节失常等问题。

为了应对这些挑战，航天员需要通过严格的选拔和训练，掌握在特殊环境下生存和工作的技能。同时，科研人员和航天员持续协作改进载人航天设施和舱外航天服的设计，尽量降低太空环境的不利影响。

从空间站内部视角看航天员出舱活动

随着科技不断进步以及人类对太空环境的认知不断深化，未来一些新技术有望助力航天员更加安全、高效地完成出舱工作。

人工智能是最有可能促进载人航天领域变革的新技术之一。未来，智能化辅助系统有望在航天员出舱活动中发挥更大的作用。比如，智能感知技术可以帮助航天员更加精准高效地识别环境要素、目标情况，规避风险；利用智能决策系统，航天员可以优化任务规划和调度水平；借助智能交互系统，航天员与地面之间的沟通会更加及时顺畅。随着人工智能技术普及应用，航天员出舱活动效率和安全性有望显著提升。

新型材料技术进步将为舱外航天服的设计提供更加光明的前景。未来，更轻便、更耐用的材料可以有效减轻航天员的负担，提高出舱活动的灵活性。同时，新型材料将具备更出色的保温、隔热性能，有助于航天员在极端温差环境下保持体温稳定。

除此之外，未来生物技术在医学、营养等领域深化应用，有望为航天员提供更加个性化的保障服务方案，提升应急处置能力。例如，通过合理合规应用基因编辑技术，或许能够改善航天员的生理机能，提高其在太空环境中的适应能力；利用生物制药技术新成果，可以为航天员提供针对性更强的药物和保健品，增强免疫力和抗病性。

总之，科研人员与航天员将更加紧密地协作，帮助专业航天员和非专业太空乘客在更加安全、舒适的条件下开展出舱活动，通过提供更有力的支持，促使人类探索宇宙的步伐迈得更远、更稳。在这个过程中，天地协作团队将不断探索、创新和完善各项技术措施，确保航天员身心安全且任务圆满成功。

本文原标题为《空间出舱：时机与时长都有讲究》，载于《太空探索》杂志2024年第8期。

文/马杰

编辑/杨斯爽

审核/宿愿

监制/姜军