中国の宇宙飛行士が船外活動の新記録を樹立

9月17日、蔡旭哲と陳東は文天実験モジュールからの脱出に成功し、中国の宇宙飛行士による船外活動の最短間隔の記録を樹立した。

中国の宇宙ステーションの建設と運用が着実に進展するにつれ、宇宙飛行士は宇宙でますます忙しくなり、船外活動もますます頻繁になっている。では、宇宙飛行士が宇宙船から頻繁に外に出ると、どのような課題に直面する可能性があるのでしょうか?どのようなトレーニングと準備が必要ですか?

神舟14号宇宙船の宇宙飛行士による2回目の船外活動

隠れた危険と薄氷の上を歩く

宇宙飛行士の船外活動は、おそらく最も人気のある宇宙ミッションの 1 つです。船外活動は、宇宙遊泳とも呼ばれ、宇宙飛行士が有人宇宙船を離れて宇宙に入ることを指します。一般的に、宇宙飛行士は、宇宙船の外部設備の保守、軌道上での機器の組み立ての支援、船外科学実験や科学研究の実施などのタスクを完了するために船室の外に出ることができます。

客室の壁の保護がないため、宇宙飛行士は客室外の温度、圧力、放射線などの複雑で変化する課題に直面します。残念ながら、ロボットやその他の自動化機器は、船外ミッションの遂行において宇宙飛行士に完全に代わることはできないため、宇宙飛行士が宇宙船から出ることが必須となります。

宇宙飛行士が宇宙船から脱出するビデオを見て、多くの人が「行動がもっと早くなるだろう」と期待した。実際、船外活動は非常に危険なので、注意して行う必要があります。人類初の宇宙船外活動中に、非常にスリリングな光景が起こりました。 1965年、ソ連の宇宙飛行士で「宇宙を歩いた最初の人間」アレクシ・レオーノフが船外活動を行っていたとき、気圧差により船外宇宙服が膨張し、しばらくの間、船室に戻ることができなかった。幸いなことに、彼は思い切って生命維持装置の空気圧を下げるリスクを冒し、頭を前に向け、必死に体を回転させて無事に帰還した。

公開情報によると、神舟12号宇宙船の宇宙飛行士、劉波明が船室から出ようとした時、突然地上から「02、今すぐ船室に入ってください。船室のドアに足制限装置を一時的に設置してください。02、今すぐ船室に入ってください。以上」という命令が下された。この命令は、宇宙遊泳ミッションのリスクの高さを示しています。

当時、地上監視により宇宙飛行士付近の地域で異常な放射線レベルが検出されました。中国の宇宙ステーションの客室は、危険な放射線のほとんどを遮断できる多層防護構造になっているため、司令官は宇宙飛行士たちにできるだけ早く客室に戻って避難するよう指示した。異常な放射線が消散した後、劉伯明は再びキャビンから出て、ノードキャビンの外面にある機器インターフェースにフットリミッターを設置し、関連タスクを無事完了しました。

このエピソードから、宇宙飛行士は恐ろしい光線、高エネルギー粒子、高放射線、太陽風などを避けるために、船外活動のたびに適切な時間を選択する必要があり、そのためあらゆる船外活動の機会が貴重であることがわかります。さらに厄介なのは、船外活動には宇宙飛行士と地上の科学研究者との緊密な協力と調整が必要だということだ。一部の特殊ミッションでは、宇宙ステーションの姿勢を調整したり、太陽光や地上から宇宙への通信技術などの条件を考慮したりする必要もあります。したがって、頻繁な船外活動は宇宙飛行士や科学研究者にとって大きな試練となります。

船外活動は宇宙飛行士の体力を大量に消費し、頻繁な船外活動は宇宙飛行士の体力に極めて高い要求を課します。無重力環境では体の動きを制御するのが不便なので、宇宙飛行士は足で力を発揮することが難しく、主に手で物をつかんだり慎重に移動したりします。

神舟14号宇宙船の宇宙飛行士による2回目の船外活動

さらに、船外宇宙服は質量が大きく、無重力状態でも変化しません。物体の質量が大きいほど慣性が大きくなり、制御が難しくなります。そのため、宇宙飛行士が船外活動を一部の人々が想像するほど容易かつ快適に行うことは困難です。船外活動のたびに回復し、健康状態を監視する必要があります。そうしないと、圧倒されてしまう可能性があります。

複雑な技術サポートに備える

中国の宇宙ステーションの建設は順調に進んでいる。宇宙ステーションに駐留する宇宙飛行士は、低重力環境下での筋肉の萎縮を防ぐために毎日運動しなければならず、それが日常生活や船外活動に影響を及ぼす。船外活動ミッションを実行する前に、宇宙飛行士はまずミッションマニュアルと地上訓練の内容に従って、船外活動の手順とミッション実行プロセスを事前にシミュレーションする必要があります。その後、作業マニュアルに従って安全ロープ、電動ドライバー、ファスナー、リミッターなどの必要な工具を準備し、工具が正常に使用できることを確認する必要があります。次に、宇宙飛行士は船外活動用の宇宙服を着用します。

船外宇宙服は「スペースブラックテクノロジー」を凝縮した具現化ともいえる。人体を過酷な宇宙環境から隔離するために、その製造プロセスには、断熱、衝撃保護、放射線防護、湿度制御、圧力調整などの複数の機能を考慮した高い要件が課せられます。船外宇宙服は「小型有人宇宙船システム」に相当し、金よりも価値があるともいえる。宇宙に打ち上げるだけでも多額の費用がかかります。

このように精巧で複雑な宇宙服は耐用年数が比較的限られており、使用するたびに信頼性が低下するため、宇宙飛行士が船室から出ることが間違いなく困難になります。今年8月、ロシアの宇宙飛行士が国際宇宙ステーションから離脱する際、船外活動用の宇宙服に電源供給の問題があることが偶然に発見され、ミッションを早期に終了せざるを得なくなった。

ウェンティアン実験モジュールのエアロックが使用されるようになったことで、中国の宇宙飛行士は船外活動のためのより充実した設備と、より広い活動スペースを手に入れることになる。しかし、これまで宇宙飛行士はコアモジュールのノードモジュールを使用して船外活動を行っていたが、その操作は複雑で、「三閉一開」、すなわち宇宙船とコアモジュールを接続する軌道モジュールのハッチ、コアモジュールの小柱とエアロックの間の双方向の圧力ドア、および船外宇宙服のバックパックドアを閉じ、船外活動用のハッチを開ける操作が必要であった。

複数のドアを閉めた後、宇宙飛行士は船外宇宙服を着用し、高流量フラッシュ、酸素吸入、窒素呼気を実施します。簡単に言えば、船外宇宙服の内部が純酸素環境に変換されるのです。宇宙ステーションの客室内の気圧は標準気圧よりわずかに低いため、客室外の宇宙服内の気圧は地上の標準気圧の半分しかありません。宇宙飛行士は純粋な酸素を呼吸し、体内から窒素を排除するよう努めなければなりません。さもなければ、窒素が異常に船外に溢れ出し、宇宙飛行士が減圧症にかかったり、命の危険にさらされたりするおそれがあります。

宇宙飛行士が船室外の放射線や宇宙ゴミなどの潜在的な危険を時間内に回避したい場合、地上の監視およびコマンドシステムの助けなしには不可能であり、地上から宇宙への通信技術に対する要求がさらに高まります。船外活動中は、エネルギー供給の問題を軽視することはできません。太陽光パネルの位置は太陽光の入射角に合わせて調整する必要があります。宇宙ステーション内のさまざまな機器の操作を支援するために少なくとも1人の宇宙飛行士が必要であり、その背後には先進的な製造業の総合的な支援があります。

年間を通して半日の船外訓練

「小屋を出て、気分は良いです。」 2008年9月27日、翟志剛は船室を離れた後にメッセージを残し、宇宙に中国人として初の足跡を残した。宇宙飛行士の船外活動は通常数時間続きますが、地上ではその100倍の労力が必要になります。

宇宙飛行士は宇宙に飛ぶ前に、科学研究訓練センターで基礎理論を学び、運用スキルを練習し、船外活動手順やミッション訓練を実施します。地上訓練の全過程は極めて過酷であり、男性と女性の訓練基準は同じです。彼らは日々粘り強く努力することで、常に自分自身を超え、限界に挑戦し、船外活動のための強固な物理的基礎を築いています。

船外シミュレーターは、宇宙環境や機器の使用状況をシミュレートし、リアルな触覚、視覚、聴覚、船外圧力密度などを作り出すことができます。また、宇宙飛行士にさまざまな問題を作り出し、緊急事態に対処する能力を訓練することもできます。

無重力環境がまだ十分に現実的でない場合、宇宙飛行士は中性浮力タンクを体験する必要があります。水中には宇宙ステーションモジュールの縮小模型があります。宇宙飛行士は、重さ200キログラムにもなる鉛のブロックが入った特別な訓練服を着用しなければならない。彼らは毎回数時間水中で訓練し、これをほぼ毎日繰り返さなければなりません。訓練服の重量は精密かつ巧みに制御されており、人体が水中に浮かぶ、ほぼ無重力の環境が提供され、宇宙飛行士が船外活動や船外手順を練習しやすくなり、複雑な個別訓練も複数行われます。

宇宙飛行士が水中で訓練

つまり、宇宙飛行士が宇宙で行うすべての操作は、地球上で磨かれなければならず、練習を重ねることで完璧になり、それによって宇宙飛行士は、総合的な体力、精神力、適応力、技術力を備えた「六角形の戦士」に成長できるのです。

中国の宇宙ステーションは建設中であり、宇宙飛行士たちは仕事に忙しい。厳しい訓練と入念な準備を経て、各飛行乗務員は複数回の船外活動ミッションを経験しており、頻繁な船外活動には一定のリスクも伴います。

今後、中国の宇宙ステーションが正常に建設・運用されると、宇宙環境の監視、指揮統制、船外活動設備、宇宙服などの技術の進歩や、宇宙飛行士のミッションプロセスの最適化により、頻繁な船外活動のリスクは低下し、軽減されると期待されます。観客は残念に思うかもしれないが、これは中国の有人宇宙技術における大きな進歩となるだろう。中国人民の宇宙への歩みはより安定し、より遠くまで進むと信じています。