航天员太空出舱模拟图。中国航天科技集团五院供图
7月4日，在中国空间站天和核心舱内外，神舟十二号航天员聂海胜、刘伯明和汤洪波携手打赢了一场约7个小时的太空出舱配合战。
这是继2008年神舟七号载人飞行任务后，中国航天员再次实施的空间出舱活动，也是我国空间站阶段航天员首次出舱活动。
太空出舱在“天宫”上演期间，中国航天员中心的航天员教员赵阳实时盯着屏幕上的出舱画面，为地面作后续任务的航天员同步解读出舱程序。为了这次出舱活动，他曾和航天员一起在水下训练4个月，忙起来一天只睡4小时。
出舱任务成功的消息让他长舒一口气。他想起来航天员常说的那句话：“纵然脚下没有土地，但我依然能够坚定地迈出每一步；纵然飞行没有翅膀，但我依然能够勇敢地张开双手。”而在航天员出征宇宙的道路上，他们这些航天员教员始终在身边。
天上做的每一个动作，都有地上的模拟训练
2008年9月27日，神舟七号航天员翟志刚完成出舱太空行走，成功返回轨道舱，标志着我国历史上第一次太空行走成功完成，更标志着中国成为继美苏之后，第三个独立掌握空间出舱技术的国家。
而从今年开始，我国将有更多的航天员漫步太空。7月4日，刘伯明和汤洪波的出舱活动，就是一个开始。
与神舟七号突破出舱技术相比，此次空间站任务，航天员出舱时间将由半小时提升到6小时以上：空间站舱外建造、舱外设备安装、维护、维修、更换和试验样品回收等等，都需要出舱活动。
2006年，赵阳就被任命为航天员出舱活动主教员，参与完成了神舟七号任务出舱活动训练。从2017年开始，他承担起航天员空间站出舱活动模拟训练的任务。
他告诉记者，天上做的每一个动作，地上的模拟训练就必须反复练，直到形成身体的肌肉记忆。
在航天员出征前，赵阳经常和他们一起泡在水槽里，每天要按照出舱活动6小时的标准，开展作业技能训练。
赵阳介绍，为了全面模拟太空的种种特殊环境因素，光模拟训练就分解为出舱活动模拟器、水槽、低压舱等多个训练现场。
这些现场中，航天员将处于悬吊、低压和水下等特殊环境，不确定因素多，危险系数大。因此，航天员顾虑的，教员必须先想到；航天员做到的，教员必须先做到。
“要为中国航天探寻舱外活动训练的道路，并形成模拟失重环境舱外活动及作业训练标准，难度之大，可想而知。”赵阳说。因为，无论有多努力，地上是无法完全模拟天上的实际情况。这一点，他十分清楚。
赵阳（右）辅助航天员进行水下训练。中国航天员中心供图 孔方舟/摄
出舱期间需要应急返回怎么办
航天员在出舱活动期间，需要应急返回怎么办？
在7月4日的出舱活动中，就有一场应急返回演练，主角是汤洪波。
在这项工作中，汤洪波要徒手爬到空间站天和核心舱最远处。接到撤离指令后，他第一时间折回，以最快速度返回舱口，并直接进入节点舱。
中国航天科技集团五院空间站系统总体副主任设计师汤溢说，舱外活动非常考验航天员的臂力，人在失重环境下很难控制自己，轻轻移动就出去了，可要想停下来就得花很大力气。
事实上，这种应急返回场景，航天员在地面时就曾多次在水中演练，为的就是必要时刻为自己赢得一线生机。
赵阳说，训练，就要将各种可能的情况都得训练到。
“为了确保训练设计能够满足要求，立足最极端的情况——航天员在空间站最远端的工作点，而机械臂万一出现故障，不能转运航天员返回，航天员只能自主应急返回。”赵阳说。
回舱的路拐来拐去，并不顺畅。
直线路径约10多米的距离，航天员必须依靠安全系绳，借助舱壁上的固定扶手，绕开太阳翼支座等多个大障碍物，在多次调整身体姿态后才能安全、快速地返回。
在水深10米、直径23米的巨大水槽中，空间站水下训练模型如同一个庞然大物，静静卧在水底。
这就是模拟出舱训练的主要现场。
要突破地面的条件限制，尽可能模拟外太空环境。赵阳严格设计训练场景，分解到每个动作，帮助航天员迅速、安全地找到返回的路。
每次训练，他与航天员一起，将应急返回的时间一分一秒地缩短。
前期，赵阳穿着水下服一口气在水下练了5小时58分。虽是模拟太空出舱，但由于并非处于失重环境，水的阻力很大，举手投足十分费劲，几个小时下来，浑身酸痛。
事非亲历，不知其因。经过多次反复训练，赵阳总结出了训练的重难点，找到了最佳操作角度。以机械臂状态设置为例，他花了两个半小时找到了最佳坐标值，正式训练时，按照坐标值，两分钟就可以设置好。
作为出舱活动训练组组长，赵阳参与编写的《航天员出舱活动训练实施方案》，包括水下训练方案细则、指挥程序等6个文件共80多页。训练涉及的数百类上千个产品，大到舱外服的训练次数，小到一个电极的型号数量，他都了然于胸。
航天员选拔与训练研究室副主任范继荣说：“别看他训练时主要在水下，其实他才是整场水下训练的幕后导演。”
航天员说：“有他在，我们安心。”
47道工序打造太空面窗
“每一起事故的背后，都有9次轻微事故和300起未遂先兆，以及100起事故隐患。”“成功是差一点点失败，失败是差一点点成功。”“质量第一，生命至上。”
这些标语在中国航天员中心的训练大厅、试验厂房、实验室到处可见。载人航天，人命关天，而出舱活动中，最关乎安全的，非舱外服莫属。
有人说，这120公斤重的舱外服，就是航天员执行出舱活动的铠甲。它像一个人形飞船，充上一定的压力后，保护航天员的生命安全，抵御外太空的高低温、真空、强辐射等环境因素。
舱外服上的头盔面窗，则是航天员进行出舱活动时观察外界的窗口。
在7月4日的出舱任务中，刘伯明通过面窗看到太空景象，感叹道：“哇，这外面太漂亮了！”
“没有看到满天繁星吗？”之后，聂海胜又忍不住问。
赵阳告诉记者，头盔面窗有多层，最里层名为双层压力面窗，它是整个头盔的承压密封结构，呈曲面型，直接关系到航天员的生命安全。要做到绝对安全可靠，且不说它的承压材料要经过多少轮的选择、测试，光密封加缝合就耗时两个月，一共完成47道工序，涉及的工艺规程文件摞起来约10厘米厚。
这些工序包括除尘、粘胶、缝合、密封等，听起来简单，但流程相当复杂、严格、细致。就拿面窗除尘来说，要先吹洗，再不间断擦拭两小时左右，直到肉眼看不到一丝灰尘。
中国航天员中心研装部副部长邓小伟介绍，粘胶要分多轮逐步进行，每次粘胶完，都要将其放到恒温恒湿箱里进行胶固化，再进行气密性测试以及低温露点测试，可视区还要进行充分的氮气置换，防止夹层中残留的水汽在低温情况下起雾影响视线。
这一套严密的工序，是邓小伟带着车间工人花了近一年的时间研制摸索，做了10多套样品后确定的工艺标准。空间站任务中新型舱外服、新型面窗，一切都在摸索中前进。
一次，在对可视区夹层进行氮气吹除时，有两粒胶的碎末，进入密封的面窗夹层。
这两个碎末也就沙粒大小，吸附在面窗夹层下沿，理论上对视觉没什么大的影响，却成了技师的“眼中钉”“心头刺”。他们尝试了各种办法，最终只能将碎末扫除到边缘区域，就是无法吸出。
邓小伟说，为了做出完美的面窗，他们从生产流程入手，改变生产工序，采用先预埋空心针再进行内外层面窗粘合的方法，彻底解决了密封胶穿刺产生多余物的这个问题。
一个面窗尚且如此精益求精，一套由100余个单机产品组成的舱外服，其复杂程度可见一斑。
奋战6年研发太空跑步机
保障航天员在轨生命安全的舱外航天服和环控生保产品固然重要，保障航天员在轨健康的医监医保设备同样重要。比如，在空间站任务中首次亮相的太空跑台。
很多人还记得在神舟十一号飞行任务中，景海鹏和陈冬太空跑步的情形。当时，他们做的就是跑台束缚系统技术验证。景海鹏和陈冬穿上束缚装置，在简易跑步装置上试验了多次以后，终于轻松自如地跑起来。
研究表明，航天员在太空失重环境中容易产生心肺功能减弱、血量减少、下肢肌肉萎缩、骨流失等问题，长期下去会影响航天员的健康和在轨工作能力。太空跑台就是针对这些不利影响而采取的一项防护手段。在神舟十二号任务中，航天员每天运动时间一般不少于两小时。
跑台设计人员余新明告诉记者，太空跑台与人们所见的跑步机外观类似，不同的是，由于太空的微重力环境，跑台要有隔振设计、束缚带和力负荷加载装置等。
对于中国航天员中心健康保障工程室的跑台设计团队，横亘在他们面前的“拦路虎”就是隔振设计。
余新明说，由于跑步时，人体足底需要承受3到6倍自身体重的冲击力，会对空间站产生严重的影响。他们研究后发现，采用隔振设计，将冲击力降到30公斤以内，既保持跑台自身的相对稳定性，又不影响空间站上其他设备的运行。
没有任何经验借鉴，太空跑台设备研制整整用了6年，这其中隔振设计从理论研制到工程实现就跨时4年。
如何模拟太空失重环境得到精确的设备参数值？研制团队想方设法将跑台悬吊起来，人躺在坐垫上，将腿部悬空束缚在跑台上，躺着跑步，然后在跑台各个方向测冲击力。他们选取了不同性别、年龄、身高、速度的情况全面科学采集数据。反复测试，反复调整设备参数。
“当时试验就在一个空荡荡的车间里进行，正值冬天，车间没有暖气，门还敞开着，大家在现场被冻得瑟瑟发抖。”余新明说。就这样持续了一个月，终于获得了正确的设备参数。
此时，他们又碰到下一个“拦路虎”：跑台使用时产生轻微噪声，不符合空间站噪声标准。
项目副总师刘伟波带领团队人员前往厂家。他们用噪声计测，趴在跑台各处用耳朵仔细分辨，最后定位到数十个具体噪声源部件，经过一遍遍调整，一次次拆装，一场场测试后，噪音下降到一定数值后，就不再下降了，但离标准还差一点点。
眼看着山穷水尽了，厂家人员说：“跑台使用时才产生噪音，又不是全天候都有，而且就差一点，大不了戴个防噪音耳罩，影响不大。”
刘伟波坚决表示反对：“不行！”
他的理由很简单，一切上天的设备，都要考虑航天员的身心健康，必须给他们创造舒适的环境，要尽力减少噪声源。
最终，他们采用愚公移山的笨方法，把1000来个零配件逐一进行审查、完善装配工艺。在所有的零配件工艺都优化了一遍后，噪音数值终于达标。
6月28日，空间站核心舱的摄像机拍到这样的画面：聂海胜在跑台上迈着“太空步”，汤洪波则取过相机，为他拍下跑步的音像资料。
航天员时刻保持良好的身心状态，这是为了7月4日的首次出舱任务，也是为了下一次的太空出舱作准备。
