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国际空间站与天宫空间站航天员出舱对比,舱外成像能力差异明显

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本周四国际空间站NASA舱段组织实施了一次航天员出舱行走活动,任务是更换两个舱外通讯设备,此次活动与天宫空间站航天员出舱行走活动对比,有何异同?


在机械臂支持下转移人员与设备(国际空间站)

国际空间站NASA舱段航天员出舱活动主要依托寻求号气闸舱实施,该舱段与团结号节点舱径向对接,出舱活动进行时对舱内逃生通道不构成阻隔。


寻求号气闸舱(国际空间站)

天宫空间站当前组合体构型只能依托天和核心舱节点气闸舱(为便于行文,后文统称“天和气闸舱”)实施,出舱活动进行时对舱内逃生通道构成阻隔,一旦遭遇险情,航天员进入神舟飞船的应变时间较长。


天和气闸舱(天宫空间站)

不过,对于天宫空间站而言这只是暂时情况,待明年问天号实验舱对接后我们将拥有新的尺寸更大的“人员专用气闸舱”,它位于问天号实验舱末端,此布局将完美化解逃生通道阻隔问题。


人员专用气闸舱(天宫空间站)

问天号实验舱气闸舱到位后将是天宫空间站组织实施出舱行走活动的第一选择,届时天和气闸舱将成为“备份”。

实际上国际空间站在建设初期也面临同样的问题,当时航天员只能在星辰号服务舱节点舱进行出舱活动,而NASA舱段也只能在航天飞机靠泊时才能进行出舱活动。

寻求号气闸舱的空间相对较大,缺点是舱内监视设备配置不足,比如它只能通过舱内航天员手持摄像机拍摄方式获取气闸舱舱内图像(舱外航天服摄像机视野有限),但它可以克服单纯依赖电子设备带来的可靠性问题。


舱内航天员观察窗(国际空间站)


使用手持相机拍摄节点舱出舱航天员活动情况(国际空间站)

与之相比,天和气闸舱则配置有舱内高清摄像机,该成像设备严格按照舱外设备标准设计,可以耐受极端的空间环境考验,缺点是双向承压舱门无观察窗,问天号实验舱人员专用气闸舱是否有观察窗有待进一步确认。


天和气闸舱舱内有两台定向摄像机(天宫空间站)

寻求号气闸舱出舱口看似有一个向外开启的装置,那并非是出舱舱门,而是多层隔热材料,其出舱舱门与天和气闸舱一样也都是向内开启。


寻求号气闸舱出舱口向外开启的是多层隔热材料(国际空间站)

另外寻求号气闸舱出舱口位于面向地球一侧,此设计的好处是避免太阳直射干扰航天员出舱活动。

天和气闸舱出舱口则是朝向天顶方向,受太阳直射干扰问题较为突出,也因此不少网友抱怨我们航天员出舱成像画面曝光过度。实际上若NASA舱外航天服成像设备在这一条件下,其表现将会更令人失望。


天和气闸舱出舱口朝向天顶(天宫空间站)

天和气闸舱说到底它也只是临时过渡的性质,明年到货的问天号实验舱人员专用气闸舱不仅可以化解前文所述的阻隔逃生通道问题,其出舱口方向也将朝向地球一侧,这就化解了太阳直射产生的干扰问题。


问天实验舱人员专用气闸舱出舱口朝向地球一侧(天宫空间站)

再就是舱外照明,寻求号气闸舱一旦进入阴影区周围光照条件很差,舱外成像设备难以实时准确掌握舱外航天员活动情况,而天和舱外则配置有完备的泛光照明设备。


进入阴影区后寻求号气闸舱成像画面(国际空间站)


进入阴影区后天和气闸舱成像画面(天宫空间站)

还有老生常谈的舱外成像问题,通过观察此次国际空间站出舱画面可知,其舱外航天服更换头盔摄像机组件的最高清晰度也就是720P,没有更换摄像机组件的舱外服成像清晰度则仅能达到VCD等级画质,同时还有视频信号传输中断现象。另外原先以为更换了舱外成像设备,其部分区域可以达到1080P成像清晰度,实际上并不能达到,其视频成像清晰度最高就是720P(如图一)。


NASA舱外航天服720P成像画质(国际空间站)


NASA舱外航天服VCD等级画质(国际空间站)


舱外航天服成像传输受干扰现象(国际空间站)


国际空间站舱外成像画面

至于天宫空间站舱外成像设备,众所周知已经全部统一为1080P成像清晰度,且丝毫没有传输中断现象。另外成像盲区也更少,这主要得益于四摄镜头组合舱外全景摄像机的功劳。


在阳光直射干扰下的舱外航天服头盔摄像机1080P成像(天宫空间站)


天和全景摄像机a舱外成像(天宫空间站)

国际空间站部分舱外成像设备基于可旋转基座设计,但这并没有解决成像盲区的问题。早期天宫空间站舱外成像设备的遴选方案中也有类似设计,后来基于可靠性问题被否决。

可以看到天宫空间站的一期百吨级设计规模状态下,国际空间站有的实验舱、人员专用气闸舱、货物专用气闸舱、暴露实验平台等功能舱段都能在天宫空间站一一对应找到,同时基于后发优势,其功能将更加完备。相信在不远的将来,待二期工程上马后,它将有更加出色的表现。

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