航天員在軌執(zhí)行飛行任務(wù)時(shí)，將根據(jù)任務(wù)安排適時(shí)開(kāi)展艙外活動(dòng)。為確保航天員的生命安全和任務(wù)的圓滿成功，出艙活動(dòng)窗口的選擇至關(guān)重要。

航天員出艙活動(dòng)窗口的選擇可分為兩個(gè)階段，首先是基于任務(wù)需要與保障條件的宏觀時(shí)間窗口的選擇，其次是結(jié)合實(shí)施出艙活動(dòng)的各類約束條件選擇具體的出艙時(shí)間窗口，

這個(gè)“天時(shí)地利”就需要綜合考慮空間站能源約束、空間環(huán)境、氣象條件、天地作息等多種因素和條件約束，進(jìn)行分析后確定。

開(kāi)展艙外活動(dòng)，實(shí)施艙外作業(yè)，正在成為空間站階段飛行任務(wù)工作常態(tài)。中國(guó)航天員將開(kāi)展次數(shù)更多、更為復(fù)雜的出艙活動(dòng)，為空間站順利完成建造及穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)提供有力支持。

-任務(wù)需要-

空間站的出艙是帶著任務(wù)的：比如進(jìn)行空間站碎片防護(hù)裝置安裝、艙外設(shè)備巡

檢及處置等，期間在艙壁上攀爬100多個(gè)扶手，與機(jī)械臂及地面人員協(xié)同作業(yè)。

因?yàn)闄C(jī)械臂有技術(shù)的局限性，環(huán)境感知與決策能力是有限的，對(duì)于機(jī)械臂來(lái)講，對(duì)于突發(fā)情況缺乏自主的判斷能力。

另外，機(jī)械臂操作的精細(xì)度和靈活性還不行，無(wú)法與人的手指的精細(xì)操作性媲美。

而航天員具備三維空間的認(rèn)知能力，可以通過(guò)雙目視覺(jué)準(zhǔn)確判斷距離和方位，而機(jī)械臂主要是依賴二維圖像重建三維場(chǎng)景，存在視覺(jué)盲區(qū)。

還有遇到緊急情況，比如設(shè)備突然漏電等，航天員可以快速啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，而機(jī)械臂需要等待地面的指令，可能延誤黃金處理時(shí)間。

在當(dāng)前的技術(shù)路線上，人機(jī)協(xié)作是最佳的方案，機(jī)械臂的核心作用就是承擔(dān)體力勞動(dòng)和標(biāo)準(zhǔn)化操作，擴(kuò)展航天員的活動(dòng)范圍，航天員主要完成一些安裝，或者復(fù)雜的調(diào)試，還有故障的排查和精細(xì)的維修，以及應(yīng)急救援和特殊的一些任務(wù)，目前主要用于輔助航天員或執(zhí)行重復(fù)性的一些任務(wù)。

-保障條件-

空間環(huán)境

在滿足空間站能源約束的前提下，出艙活動(dòng)窗口選擇需考慮空間輻射環(huán)境對(duì)航天員的影響，根據(jù)空間環(huán)境預(yù)報(bào)對(duì)出艙活動(dòng)窗口進(jìn)行分析。

結(jié)合太陽(yáng)質(zhì)子事件和地磁暴發(fā)生概率預(yù)測(cè)結(jié)果，避開(kāi)空間天氣事件，根據(jù)南大西洋異常區(qū)特點(diǎn)，結(jié)合我國(guó)艙外航天服屏蔽能力實(shí)際，綜合分析確定監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)條件，并進(jìn)一步根據(jù)空間站組合體運(yùn)行軌道，對(duì)出艙活動(dòng)窗口進(jìn)行分析并提出建議。

能源約束

在天和核心艙單艙飛行期間，考慮機(jī)械臂艙外運(yùn)動(dòng)路徑的安全性，在出艙活動(dòng)期間，太陽(yáng)帆板將被設(shè)置為垂直歸零狀態(tài)，不再跟隨太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)。

航天員從核心艙執(zhí)行出艙活動(dòng)時(shí)，太陽(yáng)帆板設(shè)置為垂直歸零狀態(tài)

在核心艙與問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙一字構(gòu)型飛行期間，兩艙所需能源分別由各自的太陽(yáng)帆板供應(yīng)。

當(dāng)出艙活動(dòng)僅使用問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙小機(jī)械臂支持時(shí)，核心艙太陽(yáng)帆板不受影響，可正常跟隨太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)保障核心艙能源供應(yīng)；

為了防止問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙太陽(yáng)帆板轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)遮擋中繼天線通信，并綜合考慮小機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)路徑安全性，會(huì)將問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙太陽(yáng)帆板設(shè)置為水平歸零狀態(tài)，不再跟隨太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)。

航天員從問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙執(zhí)行出艙活動(dòng)時(shí)，太陽(yáng)帆板設(shè)置為垂直歸零狀態(tài)

也就是說(shuō)，由于太陽(yáng)帆板的設(shè)置，需在合適的太陽(yáng)入射角范圍內(nèi)，才能保障能源供應(yīng)，因而對(duì)出艙活動(dòng)窗口選擇產(chǎn)生了約束。

待空間站三艙能源并網(wǎng)之后，可采用非出艙作業(yè)艙段的太陽(yáng)帆板來(lái)保障空間站平臺(tái)能源供應(yīng)，屆時(shí)出艙活動(dòng)窗口選擇將不再受到能源約束。

氣象條件

出艙活動(dòng)期間，由中繼衛(wèi)星提供測(cè)控通信支持。由于中繼傳輸數(shù)據(jù)量很大，在傳輸過(guò)程中若受到雨衰影響會(huì)導(dǎo)致天地通信受到干擾，因此在進(jìn)行出艙活動(dòng)窗口選擇時(shí)，還需參考?xì)庀箢A(yù)報(bào)結(jié)果。

天地作息

在中國(guó)空間站中，約每90分鐘就會(huì)經(jīng)歷一輪晝夜交替，為便于天地工作開(kāi)展，需綜合考慮航天員的身體狀態(tài)及天地同步作息制度，盡量安排在北京時(shí)間白天進(jìn)行出艙活動(dòng)，以保障航天員和地面支持人員均能以最佳狀態(tài)實(shí)施出艙活動(dòng)。

如果多次出艙活動(dòng)接續(xù)實(shí)施，需給航天員預(yù)留充分的休息與恢復(fù)時(shí)間、必要的在軌訓(xùn)練時(shí)間，以及艙外作業(yè)設(shè)備測(cè)試與準(zhǔn)備、艙外航天服消耗品換裝等工作耗時(shí)。

此外，出艙窗口的選擇，還要考慮在出艙準(zhǔn)備期間發(fā)生異常問(wèn)題需進(jìn)行臨時(shí)處置等意外情況，事先預(yù)留合理的備份窗口，以應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的出艙推遲等情況。

太陽(yáng)質(zhì)子事件：太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)噴發(fā)的大量高能粒子（主要是質(zhì)子）到達(dá)地球附近，能量大于10MeV的質(zhì)子通量超過(guò)10pfu時(shí)，表明太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)產(chǎn)生了很強(qiáng)的質(zhì)子流，此類事件稱為太陽(yáng)質(zhì)子事件。

地磁暴：當(dāng)太陽(yáng)爆發(fā)時(shí)，日冕物質(zhì)拋射攜帶大團(tuán)日冕等離子體及磁場(chǎng)與地球磁層發(fā)生相互作用，尤其是其攜帶的南向磁場(chǎng)可觸發(fā)地磁暴。地磁暴引發(fā)的大氣密度變化可造成空間站軌道高度衰減顯著增加，不容忽視。

南大西洋異常區(qū)：南大西洋異常區(qū)（South Atlantic Anomaly，SAA）是位于西經(jīng)0°~60°、南緯20°~50°的南大西洋（非洲和南美洲之間）上空200km以上的一個(gè)負(fù)磁異常區(qū)，輻射明顯高于近地軌道的其他區(qū)域，是近地軌道載人航天的一個(gè)重要電離輻射環(huán)境，出艙活動(dòng)應(yīng)盡可能避開(kāi)SAA。

其核心位置大約在東經(jīng)35°、南緯35°處，以一定的速率向西北方向漂移。區(qū)域范圍與高度有關(guān)，隨著高度增加，SAA的范圍增大。在相同高度下，SAA按照質(zhì)子通量由低至高的順序分為4級(jí)，通量越大、SAA等級(jí)越高、SAA區(qū)域越小，經(jīng)過(guò)SAA所需時(shí)間越短，不經(jīng)過(guò)SAA（出艙活動(dòng)的窗口期）的時(shí)間越長(zhǎng)。

雨衰：雨衰指的是電波穿過(guò)降雨區(qū)后受到雨滴的吸收與輻射，產(chǎn)生衰減的情況，是影響衛(wèi)星通信系統(tǒng)傳輸質(zhì)量及系統(tǒng)性能的因素之一。

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