紀念人類首位無繫繩太空行走航天員

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作者：王錚

中國科學院國家空間科學中心

空間天氣學國家重點實驗室

2017年12月21日，前NASA（美國航空航天局）宇航員布魯斯·麥克坎德雷斯二世（Bruce McCandless II）在加州的家中去世，享年80歲，死因不詳。他是世界上首位無繫繩太空行走（untethered free flight）的航天員，執行過代號為「STS-41B」和「STS-31」的航天飛行任務。今天本文想就這次飛行的簡要回顧來紀念這位去世不久航天員。

近日去世的麥克坎德雷斯是世界上首位無繫繩太空行走的航天員

所謂「太空行走」（walking in space），指的就是航天員的出艙活動。最早成功進行太空行走的是蘇聯航天員列昂諾夫。1965年3月18日，列昂諾夫身著奧蘭艙外航天服，用一根15.35米長的繩子與飛船連在一起，走出上升2號飛船。我國航天員的首次太空行走是2008年9月27日「神舟七號」任務中，航天員翟志剛出艙進行的5分鐘太空行走。迄今為止，絕大多數的航天員出艙都要系安全繩，畢竟宇宙廣闊無垠又是失重狀態，一旦飄走就很難返回飛船或空間站。而且很多飛行中的「繩子」也不止是安全繩，也有充當提供氧氣等生命維持補給的「臍帶」，特別在早期航天飛行非常常見。

中國首次太空行走

下圖這張無繫繩的航天員照片非常的有名，照片中航天員的就是麥克坎德雷斯。麥克坎德雷斯於1937年6月8日出生在馬薩諸塞州波士頓，1958年他獲得美國海軍學院的學士學位，1965年獲得斯坦福大學的碩士學位。1966年，麥克坎德雷斯成為NASA所選擇的19名宇航員中的一員，其身份為阿波羅11號任務的任務控制通信員、阿波羅14號和首個載人任務Skylab的儲備宇航員。

「STS-41-B」任務中麥克坎德雷斯實現人類首次無繫繩太空行走

上圖照片所發生的故事是代號為「STS-41-B」的航天任務。早在1962年美國空軍就設計了推進背包的雛形，並設計了名為「航天員機動裝置」（Astronaut Maneuvering Unit，AMU）的原型裝置，意圖在1966年Gemini 9飛船飛行任務中實現無繫繩太空行走，但之後因為各種各樣的原因一直沒能實現。1984年2月3日，「挑戰者」號太空梭在佛羅里達發射，執行「STS-41-B」飛行任務，直至2月11號返回降落。這次飛行任務測試了名為「人控機動裝置」（Manned Maneuvering Unit，簡稱MMU）的裝備，也就是上圖中麥克坎德雷斯所使用的裝備。

此次飛行有5位航天員，機長是Vance D. Brand，麥克坎德雷斯（Bruce McCandless II）其實是3位專家組成員的一位，其餘3名航天員分別是Robert L. Gibson、Robert L. Stewart和Ronald E. McNair。「挑戰者」號太空梭有7個座位，如下圖標明了5位航天員的座位位置。

「STS-41-B」任務中5位航天員在太空梭中的位置

1984年2月7日，兩名宇航員麥坎德利斯和斯圖爾特（Stewart）先後出艙。

麥坎德利斯第一個出去，成了世界上首位無繫繩太空行走的航天員。他使用了「人控機動裝置」（Manned Maneuvering Unit，簡稱MMU），其實在飛行方面主要就是噴射氮氣的噴射背包。麥坎德利斯使用噴射背包飛行離艙約97米（320英尺），成了懸浮在宇宙中、僅憑地球引力圍繞地球旋轉飛行的「衛星」，也就是前文的照片中的樣子。

麥坎德利斯在太空呆了90分鐘後返回，把MMU交給了另一宇航員斯圖爾特。斯圖爾特出艙開始時依然在手腕上系著安全帶，但他很快就把安全帶解開，離開太空梭，65分鐘後回艙。

他們兩人繞著地球飛行的速度達到每小時28000公里（每小時17400英里），但在太空中，由於太空梭在不遠處以相同速度飛行、相對靜止，而開闊的視野內只有一個巨大無比的地球，沒有相對速度的參照物，所以他們感受不到自己的速度有多大。

2015年，麥坎德利斯在自己的回憶錄中寫到：「我的妻子（Bernice）當時身在任務控制室，並且有一點擔心，所以我說了和阿姆斯特朗登月時類似的話，對尼爾（阿姆斯特朗）來說可能是一小步，但對我來說，這是一大步。這樣稍微緩和了緊張的氣氛。」

上面是關於麥坎德利斯這次無繫繩太空行走的珍貴影像。

像麥坎德利斯這樣的無繫繩的太空行走可以避免被安全繩纏住，但攜帶MMU這樣複雜的設備依然會限制宇航員手腳的移動，從安全性上考慮更是不應該放棄繫繩。MMU一共只使用過3次。現在航天員太空行走只要背很小的噴氣背包應對突發情況，仍然帶著安全繩。

儘管如此，麥坎德利斯所進行的測試飛行依然是我們航天技術發展中歷史性的一刻，讓我們一起紀念這位去世的航天員前輩吧！

作者：王錚中國科學院國家空間科學中心 空間天氣學國家重點實驗室

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