載人太空飛行器艙外活動系統

載人太空飛行器艙外活動系統（簡稱艙外活動系統、EVA系統）是人類用於開發外層空間的，可以保證太空人在空間環境下能夠生存和正常工作的重要裝備。艙外活動系統是機械、電子、醫學、紡織等多學科的綜合產物。

基本介紹

• 中文名：載人太空飛行器艙外活動系統
• 外文名：Extravehicular activity system（EVA系統）

背景

為完成特定的艙外飛行試驗或服務任務，航天員在艙外空間環境下獨自進行的，或在遙控自動操作裝置與表面運輸工具等協助下進行的運作，統稱為艙外活動（ExtravehicularActivity，EVA)。艙外服務任務包括載人太空飛行器的在軌裝配與維修，空間有效載荷的布放、收回與照料，航天員營救，以及在星體(月球及火星等行星)表面的探測與建站。這些工作大都需要通過以航天員為中心的艙外活動才能有效完成。因此，艙外活動是載人航天工程的重大關鍵技術之一。

1965年人類邁開了進入入外太空（真空環境）的第一步。1965年3月18日，蘇聯航天員列昂諾夫（A.Leonov)從上升2號（Voskhod2)飛船氣閘出艙，這是人類首次艙外活動（12min);不到3個月，1965年6月3日，美國航天員懷特（E.White)從雙子星座4號(Gemini-4)出艙活動（21min)。1969年7月20日，美國阿波羅11號（Apollo-11)飛船的登月艙降落在月球上；3個多小時後，7月21日2時56分(世界時），阿姆斯特朗（N.Armstrong)走出登月艙，接著，奧爾德林（B.Aldrin)也踏上月球，他們第一次在月球表面留下地球人的足印，揭開了人類在外星球進行艙外活動的新篇章。現在，艙外活動已成為“國際空間站’’（InternationalSpaceStation,ISS)不可或缺的例行運作，而人類不久將重返月球並登入火星，將艙外活動擴展到太陽系行星空間。

2008年台北時間9月27日16時35分12秒，中國神舟七號飛船航天員翟志剛開始開啟軌道艙艙門；16時41分00秒，翟志剛身著“飛天”航天服出艙;17時00分35秒，翟志剛返回軌道艙，關閉軌道艙艙門。從開啟艙門至關閉艙門，整個出艙活動持續時間25min23s。事實上，身著“海鷹”航天服的航天員劉伯明也同樣暴露在真空環境中，經歷了“艙內EVA”。中國成為繼蘇美之後第三個獨立掌握艙外活動技術的國家。

宇宙空間環境惡劣，艙外活動系統可以保證太空人在空間環境下能夠生存和正常工作。隨著世界各國相繼發射太空飛行器，太空中報廢的人造天體不斷增加，清理太空垃圾已擺上了議事日程。將各類衛星送入軌道布放，回收、維修過期、失效的衛星，空間救護以及建造空間站等，都需要太空人“走”出艙外作業。因此，發展艙外活動系統對未來開發宇宙空間至關重要。

系統組成

EVA系統包括準備與進行EVA運作、完成特定EVA任務所需的所有硬體與軟體，以及相關人員（航天員、載荷任務專家、地面任務保障專家等）。EVA系統是一個跨越空間的集成系統，按基本功能與組合狀態，可分為三部分:EVA航天員裝備系統;EVA空間支持系統;EVA地面試驗、訓練與保障系統(簡稱地面保障系統）。

航天員裝備系統為EVA航天員提供隨身穿戴與裝配的必需品，如艙外航天服、安全繫繩、機動裝置，以及必要的工具等，確保航天員具備艙外真空環境中生存、運動(肢體活動與空間移動）及自我營救的能力。這個系統的首要任務是為航天員生理活動與安全返艙提供技術上所能達到的最可靠的、最完善的保障。

空間支持系統為EVA航天員運作提供必需的條件，包括艙內外所有支持EVA的設備裝置（出/進乘員艙的氣閘，服務與維修工具，協助乘員移動與工作的約束裝置，提供遠場作業平台的機械臂等）以及用於星體表面EVA運作的運輸工具。此外，還包括航天員在軌訓練設施。

地面保障系統為上述航天員裝備系統與空間支持系統的產品（航天服、氣閘、機械臂、運輸車等）提供地面試驗與測試設施，為航天員使用這些產品與EVA運作提供模擬訓練設施與場地，為EVA運作提供監控設施與技術支持。地面保障系統包括重力減小設施，1-g設施（含熱/真空試驗艙及虛擬現實模擬裝置），星體表面EVA模擬場地，EVA任務保障設施及專家系統。

系統分類

EVA系統的配置及技術水平與EVA的任務需要、運作級別和運作環境有關。

按飛行任務需求，艙外活動有預計的、非預計的和應急的三種基本種類。預計EVA是為完成特定目標的標稱飛行計畫的一部分。非預計EVA不屬於計畫內預定的飛行計畫，是在飛行任務期間，為成功進行有效載荷運作，或是為了推進總任務完成而附加的艙外活動。應急EVA也是非預計的，這是確保EVA航天員安全返回乘員艙所需的艙外活動。預計EVA的一個子類是快速回響艙外活動，

它必須在問題發現後的幾小時內執行，通常與有效載荷的展開有關。快速回響艙外活動應對預計可能出現的問題，也是飛行前計畫的，即使可能不執行，航天員也需為此作出準備。

以太空梭或載人飛船為基地的EVA主要執行與有效載荷相關的任務，通常稱為有效載荷EVA。按運作的複雜程度，有效載荷EVA可分為簡單的、中等的、複雜的三個級別。簡單的有效載荷EVA要求最少的專用工具、模型，或移動器件。現有的程式和技術可滿足特定的簡單EVA需要，因此僅需要最低限度的航天員訓練。中等的有效載荷EVA要求研製新工具和新設備，開發新程式與新技術，同時航天員需要進行更廣泛的訓練。複雜的有效載荷EVA要求設計和研製複雜或精巧的工具與設備。由於航天員可能在進入作業現場或約束措施方面遭遇困難，因此，需要進一步擴展EVA程式與技術的開發以及航天員的訓練活動。

按EVA運作的重力環境，艙外活動可分為兩類：一類為在微重力環境下的艙外活動，另一類為離軌在星體表面重力環境下的艙外活動。前者以美國太空梭與蘇/俄聯盟號飛船及“國際空間站”為基地的艙外活動為代表，後者為阿波羅飛船登月以'及未來在月球、火星等星體表面的艙外活動。星體表面的EVA要求航天員適應星體表面的地質環境，減輕航天員裝備質量，改進航天服組件（如靴子等），提供表面運輸工具，以及適合的模擬星體表面的訓練場地。

艙外活動生命保障系統

艙外活動生命保障系統是一種非常緊湊的攜帶式系統。通常置於航天服的胸前或背後。前蘇聯/俄羅斯航天服的生命保障系統置於航天服後部的穿脫口蓋板內，與航天服組成一個整體，控制航天服內部的大氣環境並維持航天員的生命安全和良好的工作效率。

載人飛船艙外活動生命保障系統主要包括氧氣通風迴路、供水迴路、液體傳熱迴路、冷凝迴路、主氧迴路和輔助氧迴路，其次還有控制及顯示部分。圖4.4為簡化的生命保障系統示意圖。

阿波羅攜帶型生命保障系統是一種自身齊全的、自帶電源的生命保障系統。在艙外活動裝備的結構布局中，生命保障系統佩戴在背部。生命保障系統供加壓服以加壓的氧氣，清除並冷卻排出氣體,並使冷流體在液冷服中通過流體傳輸迴路而循環流動;傳輸航天員的生物醫學數據，並裝有雙工甚高頻通信收發兩用機。攜帶型生命保障系統有一個適於背部造形的玻璃纖維外殼和一個微流量防護罩，裝有三個控制閥，並在一個分離的遠距控制裝置上設定二個控制開關和雙顯甚髙頻收、發機的五位開關。遠距控制裝置置於胸前。

攜帶型生命保障系統繫緊於航天員背部，處於熱及微流星防護服的外部。藉助背帶把它與肩部關節固定緊。不用時，貯藏在地板上或在左邊中段的天花板上，航天員背馱式背包，連線加壓服上的有關係統,並可繞過頭部卸下攜帶式生命保障系統。

攜帶式生命保障系統可以工作7h,使用前必須加注氧氣、水並更換電源。攜帶式生命保障系統的基本系統和迴路包括主氧分系統、氧通風迴路、供水迴路、流體傳輸迴路和電氣系統。

攜帶型生命保障系統中的航天服通信裝備提供基本雙工聲音通信和輔助性雙工通信以及環境和生理遙測。所有的艙外活動裝置的數據和聲音必須通過登月艙和指令艙轉播，通過S頻道並傳送到馬歇爾空間飛行中心。在氧氣沖洗系統上永久性地安裝甚髙頻天線。航天服通信設備中有二個音調發生器產生3kHz和1.5kHz報替音調送至通信帽接收機中。發音器藉助高氧流，或者低通氣流及低的氣密服壓力自動開機。兩種音調易於鑑別。

攜帶型生命保障系統遠距控制組件是一胸前安裝的控制裝置，上面裝有風機開關、循環泵開關、航天服通信模式選擇開關、音量控制、攜帶型生命保障系統氧貯量指示器、五狀態指示器和一個氧氣沖洗系統驅動連線裝置。

氧氣沖洗系統是一獨立配套的、獨立供電和高壓不可充的應急氧氣系統，可以供給30min可調節的沖洗氧氣流。系統包括二個連在一起的球形高壓氧容器，一個自動溫度控制裝置，一個氧氣壓力調節器，一個電池組，一個氧氣接頭和檢測儀器。正常工作模式,氧氣沖洗系統安裝在攜帶型生命保障系統的頂部，應急工作時與攜帶型生命保障系統一起使用。緊急的艙外活動工作模式，系統安裝軀體前下部，獨立於攜帶型生命保障系統工作。此系統不具通信能力，但為航天服通信甚高頻天線提供支架。登月艙中裝有二具氧氣沖洗系統。

一、氧氣通風迴路

和飛船的生命保障系統一樣，氧氣貯存、供給和壓力調節系統是保障航天員生命安全的關鍵部分。這個系統為航天員提供新鮮的氧氣，供航天員呼吸並補償系統的氣體泄漏。氧氣通風迴路的氧氣藉助於通風機而循環流動，首先流入頭盔和肢體末端。進入頭盔的氧氣為航天員頭部散熱，同時排除航天員呼出的二氧化碳、水蒸氣和微量的污染氣體。

氧氣由軀幹部位流人，然後分流到四肢，最後攜帶著航天員代謝排出物又匯集到胸部流出航天服。從航天服流出的氣體，首先通過淨化裝置清除掉二氧化碳和微量污染氣體。二氧化碳由氫氧化鋰吸收劑吸收，其它微量污染物由活性炭吸附。為檢測通過二氧化碳和微量污染吸收裝置的氣體是否合格，在出口處安裝一個紅外式二氧化碳探測器，探測器輸出信號輸送到航天服控制板的顯示器，為航天員提供信息。

航天員代謝產生的廢熱和二氧化碳反應產生的熱，分別由通風氣流和液冷服製冷流體帶走，並通過水升華散熱器從系統中排出。水升華散熱器通過水的相變排出廢熱。氣體冷卻後，水氣被冷卻為液體，經水氣分離器分離出來。

系統中設定一個單向閥門和流量感測器組合件，在系統中發生應急情況時，可使氧氣全部流入頭盔，並在通風流量不足時為航天員發出報警信號。流出流量感測器的氧氣流，進入軀幹部位升溫後再流回頭盔，以防面窗結霧。

迴路中的壓力調節器發生故障時,整個迴路的壓力仍可維持。當過渡艙緊急復壓時,可以用作負壓控制。

充氧系統在正常艙外活動和艙內增壓時，維持迴路壓力為28.3kPa。在艙外活動中沖洗迴路工作或應急情況下，由輔助氧源維持迴路壓力為22.8kPa。

系統在開路情況下沖洗時可進行臨時性工作。系統由於污染或其它原因需要衝洗時，航天員可直接操作安裝在顯示來制組件上的手動閥門，使通風供氧迴路與外部空間相接通。此時供氧系統直接為航天員供氧，航天員則借體表蒸發進行散熱，系統不進行主動溫控。

二、 供水迴路

供水迴路的功能，一是為傳熱流體迴路提供水源，二是供給水升華散熱器所需要的相變水源。系統中設有三個貯水容器，兩個為主，一個備用。容器里的水是出艙前由飛船內的水箱加注的。容器供水的壓力為103.4kPa,這個壓力藉助氧氣迴路維持。備用水容器在主貯水容器中的貯水用完後可再供水30min。供給水升華散熱器的水通過調壓器供應。水升華散熱器的多孔板的一面與外部真空相通。水在通入多孔板時首先結冰，與外部真空相接觸的冰直接升華為氣體放出。在相變過程中吸收氣和水迴路帶來的熱量，不斷地由冰升為汽。連續的供水結冰，藉助於這個相變過程，源源不斷地把航天員的代謝熱散向宇宙空間。

三、 液體傳熱迴路

液體傳熱迴路的功能是對航天員進行主動溫控。系統採用水作為傳熱工質，通過一台離心泵循環流動。冷卻水通過二氣化碳和污染控制裝置帶走氫氧化鋰吸收二氧化碳的放熱反應所產生的熱，然後流過液冷通風服帶走航天員產生的代謝熱。最後,溫度升高的水流入升華散熱器降低溫度並循環流動。

航天員進行艙內活動時，備用的冷卻管路把航天服和過渡艙保障系統連線在一起，維持航天員體溫在舒適範圍內。顯示制組件上的控制閥可以手動控制液冷通風服的水溫來滿足航天員的散熱要求。

四、 冷凝迴路

航天員呼出的水蒸氣充滿氧氣通風迴路。為了維持通風氣體的舒適標準，必須及時清除氣體中的水蒸氣,並將分離出來的冷凝水輸送到供水迴路作為相變散熱的水源。分離水和氣體的水/氣分離器為兩級結構:第一級將冷凝水和小股氣流輸送到第二級;第二級是一離心式分離器，藉助離心力把冷凝水與氣體分開。分離出來的水通過一個安全閥輸入供水系統。氣體通過風機返回通風迴路。

五、 主氧迴路

主氧迴路是貯存和控制航天員呼吸用氧並為航天服加壓提供氧源的系統。系統中設定兩個氧氣容器，氧是由過渡艙中的保障系統加注的。航天服壓力調節器調節航天服內的壓力在規定範圍內。供水壓力調節器為貯水容器提供所需要的壓力。航天服壓力調節器的工作狀況可由航天員通過顯示/控制組件上的閥門進行手動調節。

六、 輔助氧迴路

輔助氧迴路的功能是提供輔助的壓力調節，並在艙外活動時用於系統受污染的應急情況,以保證航天員的安全。開路清洗時,輔助氧迴路可保證航天員在293W的代謝負荷下工作30min。此時，航天員的熱負荷主要由體表蒸發來排除，航天員的熱蓄積限制在316.3kJ。

系統採用雙級調壓系統並設定有流量限制器。氧氣容器的貯氧壓力為0.414MPa,主氧用完時，輔助氧自動接通供氧,供氧壓力22.1kPa,迴路設有壓力感測器，藉此向航天員實時提供輔助氧迴路的工作狀況。

七、控制和顯示分系統

控制和顯示分系統包括:系統信息檢測，系統參數控制和顯示以及報警等部分，還包括電源及其控制系統。系統中的微型計算機用來控制和監視艙外活動系統的運行情況，並通過語音和視覺顯示為航天員提供信息，對系統進行故障診斷和自檢。為航天員提供的系統參數主要有:溫度、壓力參數和氧、水迴路和電源系統的工作狀態。對航天員艙外活動的程式也作為重要信息顯示給航天員。

電源系統主要包括電池組和各種用電器。電池組為銀鋅電池,電壓為16.8V。與座艙環控生保系統連線的胳帶組件由軟管連線加壓服與環控系統、通信分系統以及儀器設備的接頭組件組成。分立的氧氣軟管和電纜與每一航天員連線。氧氣軟管包括帶有加強絲的矽橡膠管（內徑31.8mm)見圖4.5。接頭為斷接器形式，加壓服端為31.7mm的90°彎頭。每一組件包括二個軟管，環境控制系統端的一個雙通接頭和加壓服端的二個分立軟管(供料及排料)。在不與加壓服連線時，環控系統接頭端仍保持連線狀態。電纜載有聲音通信、生物醫學數據和音調脈衝電源，見圖4.6。

航天員裝備系統

艙外航天服（EVAspacesuit)是集多層服裝(EVAmulti-garments)與攜帶型生保系統（LifeSupportSystem，LSS)為一體的結構單元，為真空或近真空環境下的EVA航天員提供最基本的生存條件，即新陳代謝所需的氧氣，適宜的溫度與濕度，以及防止血管擴張的外部壓力，因此，航天服是艙外活動系統必不可少的組成部分。其中，多層服裝也稱為航天服組件（SpaceSuitAssembly,SSA)。按所適用的艙外活動環境，航天服基本可分為兩類：一類用於艙外微重力環境，另一類在星體表面重力環境中套用。代表當今微重力環境航天服系統技術水平的是美國艙外移動單元（ExtravehicularMobilityUnit，EMU)與俄羅斯海鷹-M(Orlan-M)航天服。

美國航天員裝備

美國太空梭與“國際空間站”艙外活動航天員裝備由艙外移動單元（EMU)及簡易EVA自救裝置（SimplifiedAidforExtravehicularActivityRes-cue，SAFER)兩部分組成（參見圖2、圖3)。

（1）艙外移動單元（EMU）

艙外移動單元（EMU)是美國專門為微重力環境下艙外活動研製的航天服系統，主要為連為一體的航天服組件(SSA)與生保系統（LSS)構成的整體單元(參見圖4)。此外，EMU還包括相關的輔助設備。EMU總質量約113kg，其中SSA的質量約38kg，標稱工作氣壓為29.7kPa。

EMU航天服組件（SSA)僅用於航天員艙外活動，按系列標準尺寸製作(手套可定製），且可重複使用。SSA是一個擬人承壓容器，封套航天員的軀幹、肢體和頭部。SSA在特定壓力要求和泄漏準則下運作，當乘員執行艙外活動任務時，提供下列多種功能:(1)服內壓力保持;(2)乘員移動；(3)乘員液冷分配;(4)氧氣流通氣體循環；(5)EMU無線電的乘員心電圖數據的下行傳輸；(6)乘員與EMU無線電的接口；(7)乘員服內飲水;(8)尿液儲存。

EMU的生保系統（LSS)為艙外活動航天員提供安全、舒適的內部生活環境。乘員進行艙外活動時，LSS提供多種功能：（1)提供呼吸用的純氧，驅除排出的二氧化碳;(2)服裝增壓，保持EVA期間服壓為0.3bar(標準ISS氣壓的30%);(3)調節航天服內溫度與濕度，使乘員保持涼爽；(4)乘員語音通信；(5)為乘員操作EMU提供顯示和控制；(6)監測EMU消耗和操作狀態;(7)連續7h的艙外活動生物醫學監測。

按結構及主要功能，生保系統可劃分為三部分：(1)主生保系統（PLSS);(2)備用氧系統（SecondaryOxygenPack，SOP);(3)顯示與控制模組（DisplayandControlModule,DCM)。PLSS是一個背負組合單元，SOP是安裝在PLSS底部的單獨單元。PLSS和SOP—起構成EMU背包，安裝在HUT後面；而DCM安裝在HUT前面，便於航天員監視與操作。

EMU輔助設備由在EVA全階段(包括在氣閘中）支持EMU的硬體組成，包括(1)EMU頭燈；(2)EMU剪刀；(3)EMU手腕鏡；(4)EVA袖口核查單；(5)食物棒；(6)服內飲水袋注射器；(7)熱防護連指手套;(8)LTA穿戴手柄；(9)應急工具；(10)高空病治療適配器；(11)SOP檢驗裝置；(12)DCM塞套；(13)準備套件；(14)維護套件；(15)生物套件；(16)氣閘儲物袋;(17)EVA袋；(18)補給與冷卻臍帶；(19)氣閘適配器。

（2）繫繩與機動裝置

繫繩與機動裝置是EVA航天員的又一項重要裝備。艙外微重力環境中航天員的運動基本可分為兩種情況：一種是艙外沿太空飛行器表面的移行；另一種是脫開太空飛行器表面的太空飛行。在移行過程中，航天員身系雙重安全繫繩，且可利用太空飛行器外表面的扶手、足約束裝置等輔助器件，安全進入目的位置。對這種情況，航天員可以不需要隨身機動裝置。然而，在衛星捕獲、空間碎片回收等EVA任務中，航天員常需進行離開太空飛行器的太空飛行，對此，一般應配備機動裝置，以滿足航天員姿態保持與特定飛行路徑的需要，並確保航天員返艙安全。

蘇/俄航天員裝備-“海鷹”航天服

“海鷹”（Orlan）航天服從20世紀60年代開始研製，最初是為了支持蘇聯的登月項目，計畫用於月面重力環境，但蘇聯登月計畫沒有實現，Orlan月面航天服也從未使用過。後來，Orlan航天服的設計進行了適應性修改，用於蘇聯空間站的艙外活動，形成Orlan航天服系列，已投人使用的有4個型號，BPOrlan-D，Orlan-DM,Orlan-DMA及Orlan-M。從1977年12月Orlan-D首次用於禮炮6號空間站（Salyut-6),至2000年5月Orlan-M最後一次在和平號空間站套用，歷時22年5個月。在此期間，共使用了22套〇rlan系列航天服，39位航天員成功進行了194人次艙外活動，共約800h。而且，有4套航天服的運作時間超過了3年。從2000年起，Orlan-M航天服開始在ISSEVA中使用。據有關資料，現在Orlan航天服的第5個型號Orlan-MK已於2008年9月運送至“國際空間站”，即將投入使用。Orlan-MK套用了計算機系統，具有智慧型化的特點。

“海鷹”航天服技術特點：

(1) 採用硬質上軀幹，且在後背處留有外開門，作為身著液冷服航天員穿脫航天服的進出口，生保系統設備安裝在門的裡面。這種半剛性背開門的服型，方便航天員穿脫航天服；航天員無需別人協助，即可在較短的時間內自行穿脫，縮短了出艙準備時間。此外，這種構型使航天服系統在結構上更加緊緻，且省卻了連通服裝與生保系統的外部軟管。

(2) Orlan系列的每個型式具有單一的標準尺寸，通過航天服軟質肢體部件長度的調整，可適合不同身材的航天員。這個特點增加了航天服在有效工作年限內的使用次數。

(3) 0rlan-DMA與Orlan-M使用電源/通信/遙測集成單元，可進行在軌維修或更換，延長了航天服的使用壽命，並可為聯用的UPMK(航天員轉移與機動單元，相當於美國的MMU)或SAFER提供電能。

(4) 改進後的Orlan-M可由ISSQuest氣閘或Pirs氣閘出艙，滿足ISSEVA運作要求。

中國“飛天”航天服

從2008年9月27日下午實況轉播“神七”出艙活動電視畫面，我們可以清晰地看到，身著“飛天”航天服的航天員翟志剛圓滿完成了艙外活動任務。由實況轉播可見:(1)航天員平穩出艙，動作自然地漫步太空，表明“飛天”航天服功能正常，舒適度良好；(2)航天員準確無誤地移動與操作安全繫繩掛鈎，拆卸固體潤滑劑實驗裝置，表明艙外手套的活動性、靈活性與觸感良好;(3)航天員準確卸下實驗裝置，準確面對裝在推進艙上的攝像機，表明面窗透明度與可視性良好;(4)航天員聲音宏亮，清晰，無失真與雜音，表明“飛天”航天服通信系統工作正常，性能良好；(5)“飛天”航天服胸前的電控台清晰可見，在航天員視界範圍內，表明電控台位置適合，面窗向下的可視性良好;(6)“飛天”航天服配置手腕鏡，反光清晰。此外，我們也注意到以下情況：①航天員在太空沒有使用足約束裝置;②航天服沒有裝備機動裝置;③電臍帶對航天員活動有一定影響。

“飛天”航天服(參見圖15)為一次性使用，可靠度達0.997,可支持4h艙外活動。“飛天”航天服的質量為120kg，上軀幹殼體為鋁合金薄壁硬體結構，壁厚1.5mm，抗壓能力超過120KPa。“飛天”航天服內所有的設備都是雙備份，甚至達到三重備份。航天服胸甲右下側有兩根一長一短的安全繫繩，繩內有彈簧，最長可拉至3m，可承受1t的拉力。此外，腰部左側還有一根“電臍帶”，長8m,與飛船相連。電臍帶用於傳輸航天員生理參數，也作為安全繫繩的備份。“神七”“飛天”航天服在設計理念上與俄羅斯“海鷹”航天服接近，都是背包式，可自主控制。“神七”“飛天”航天服擁有3項新技術：①繼承了艙內航天服的特點，在肘關節、膝關節上柔順度更髙;②更多採用數位化技術代替模擬技術，包括語音和數據傳輸、信息採集等;③通信制式是CDMA，而不是過去的短波方式。就完成目前任務的能力而言，中國的“飛天”航天服接近國際水平。

空間支持系統

艙外活動氣閘

航天員出艙方式可分為兩類：（1）通過乘員艙的艙門直接出艙，主要用於乘員艙容積較小的載人飛船;（2）經由專用的氣閘系統出艙，通常用於乘員艙容積較大且需多次艙外活動的太空梭與空間站。閘門的開啟/關閉機構、閘門密封件、泄壓閥、復壓閥、平衡閥，以及泄漏檢測裝置等是氣閘系統設計的關鍵技術。

對僅有一個增壓艙(氣密艙）的載人飛船，如“雙子星座”飛船，或阿波羅飛船的登月艙，EVA乘員一般由乘員艙艙門直接出艙。在這個過程中，整個乘員艙都要為出艙活動減壓，不進行艙外活動的乘員也將暴露在真空環境中，即經歷所謂“內部艙外活動”。對有兩個增壓艙的載人飛船，如聯盟號飛船，EVA乘員可由軌道艙外艙門直接出艙，而非EVA乘員可留在返回艙中。在EVA期間，兩艙之間的內艙門是密封的，返回艙保有增壓環境。非EVA乘員可在返回艙內調節軌道艙的氣壓，控制軌道艙出艙艙門的開啟與關閉。

太空梭與空間站通常套用氣閘系統出艙。氣閘出艙方式將減壓區域限制在一個較小的範圍內，太空飛行器的主要居住部分仍保有大氣增壓環境，以減少艙內氣體流失，節省有限資源。氣閘系統將EVA乘員組與其餘乘員分開，不出艙的航天員仍可在增壓環境中穿飛行服，通過電視或太空飛行器視窗監控出艙航天員的活動。氣閘系統除了用於航天員出艙外，還可用於載人太空飛行器的對接轉移通道（如阿波羅-聯盟號對接艙）。此外，在天體（月球或行星）表面艙外活動中，氣閘可減少塵埃進入艙內。

太空梭軌道器上的氣閘系統為放置在乘員艙或貨艙的氣閘容器。氣閘內閘門通向乘員艙;外閘門通向貨艙（真空環境），為EVA閘門。置於貨艙的外氣閘還有第3個閘門，即對接閘門，用於與空間站的對接運作。軌道器氣閘與通道適配器（TunnelAdapter)聯用具有出艙、對接、運輸多重功能。

空間站的氣閘系統通常為獨立的艙段，按功能需求，可有下列構型：氣閘艙（AirlockModule)，氣閘/轉移間（Airlock/TransferCompartment)，氣閘/對接艙（Airlock/DockingModule)。空間站上的氣閘系統首次出現在美國“天空實驗室”(Skylab，1973—1979年）設計中，而後這一系統也納入蘇聯第二代空間站（禮炮6號與7號，1977—1991年）與第三代空間站（和平號，1986—2001年）之中。2001年聯合氣閘艙（JAM)與Pirs氣閘/對接艙裝配在“國際空間站”上。

EVA約束裝置

EVA約束裝置是除了作為EVA航天員裝備的安全繫繩與約束繫繩外，還有足約束裝置、扶手，以及滑動線。

攜帶型足約束裝置（PortableFoot-Restraint,PFR)。PFR最初的設計意圖是，在應急活動期間，約束太空梭貨艙中的EVA航天員。當航天員在有效載荷灣系統的不同部件上進行臨時(應急)操作時，攜帶型足約束裝置可作為工作平台約束EVA乘員。這個系統套用足尖導向裝置與足跟夾具作為接口，與EMU靴子連線，以此穩定EVA乘員。整個裝置的質量為13.8kg，包括2節伸縮吊桿(在1.73〜2.44m區間內伸縮），1箇中心線夾具，1個延伸臂和1個足約束平台，足約束平台具有傾斜和翻轉調節功能。延伸臂或鎖進中心線夾具中，或鎖進伸縮吊桿任一端的附屬檔案(接頭）中，為在任何標準扶手上工作提供約束。足約束平台安裝在延伸臂上，延伸臂又鎖進夾具中，因此可沿伸縮吊桿移動和鎖閉。如果需要，陰螺紋管接頭與延伸臂相連線，可以作為有效載荷，通過操作器足約束裝置，為有效載荷工作現場提供約束。

機械臂足約束裝置（ManipulatorFootRestraint，MFR)。MFR對套用遠距離操作器系統(RemoteManipulatorSystems，RMS)的EVA工作現場提供進入口。使用RMS抓鉤固定裝置將MFR固定在機械臂上，這是由太空梭的尾部飛行甲板控制。在這個平台上不僅有足約束裝置，還有把柄和定位件，用於裝載附加設備和工具，將它們運送到所需的工作現場。

扶手為鋁製管，設定在關鍵部位(如軌道器前方及後方艙壁上，貨艙門的鉸鏈，以及RMS末端操作器），用於輔助乘員平移或起約束作用，以完成一項具體工作。扶手與繫繩連線點一起設計。

在貨艙每一側，裝有兩條滑動線，大約長14.02m,便於乘員和設備沿有效載荷灣前方及後方平移。

除此之外，空間支持系統還包括EVA工具和遙控自動操作裝置。

地面保障系統

地面保障系統為上述航天員裝備系統與空間支持系統成功進入現場與運作提供保障設施。按功能，這些保障設施可分為兩類，一類用於研製與試驗EVA系統，以及培訓以後使用EVA系統的人員，為預先試驗與培訓系統；另一類用於保障EVA系統在現場環境中展開的運作，為EVA實時保障系統。

減重/失重設施

減小/失重設施包括機械平衡裝置，中性浮力水槽，以及拋物線軌跡飛行的飛機。

未來發展

艙外活動運作是一項複雜的集成系統工程，涉及出艙準備、艙外作業、進艙操作等全過程多方面技術，不僅包括與艙外活動直接有關的氣閘系統，航天服系統，艙外機動裝置，以及支持與輔助航天員艙外作業的遙控自動操作裝置，星體表面運輸工具等，還包括航天員裝備與支持系統的地面試驗設施，航天員訓練設施，以及飛行任務監控設施等。

在未來太空使命中，艙外活動將凸顯更重要的作用。為適應星體表面重力環境，應進一步減輕航天服系統的重量，這將催生航天服設計新概念，如智慧型化的“變色龍航天服”，這種航天服通過改變絕熱服的物質厚度控制熱傳導與熱對流，並通過控制材料層的紅外輻射率改變熱輻射，由航天服的外表面排除人體新陳代謝和設備運作產生的熱量，不使用消耗品即可實現對EVA航天員與設備的熱管理。總之，傳統的艙外航天服的設計理念將面臨革命性的挑戰。

關於EVA航天員機動裝置，可以預計，隨著EVA運作範圍的擴展及作業難度的加大，在已成功進行飛行試驗的美國MMU與蘇/俄UPMK的基礎上，利用現在SAFER的成熟技術與飛行經驗，美俄將研製體積更小、質量更輕、機動性能更好、功能更全面、可靠性與安全性更髙的EVA航天員機動單元。由於EVA航天員在運動過程中質心位置的變化將導致航天員移動與轉動之間的相互影響更為複雜，因此，相關的動力學研究、敏感器件的研製，以及推力器管理系統設計等將是機動裝置技術進一步發展的關鍵技術之一。此外，目前的SAFER不僅僅作為營救裝置，而且有可能套用數字相機及攝影測繪圖像分析技術，使SAFER同時用作為太空梭熱防護系統（ThermalProtectionSystem,TPS)的備份檢測工具。

為確保艙外活動安全，乘員須用繫繩約束自己，使自己與太空飛行器相連。目前，一種自主繫繩管理系統（AutomatedTetherManagementSystem,AT-MS)(見圖26)正在美國研製中。該系統由3部分組成：(1)遙控機械夾鉗，可遠距離釋放且具有自鎖功能，用於固定繫繩的一端；(2)自主繫繩收回器，用於貯存繫繩並控制繫繩長度；(3)混合式繫繩，不僅作為結構組件連線自主繫繩收回器與機械夾鉗，而且可作為通信通道，在繫繩收回器與機械夾鉗之間傳輸信息。基於類似構想，一種飛行作用器（FlyingEf-fector，FE)系統也在日本研製中，FE將推進與導航功能注入安全繫繩系統中。FE裝備繫繩、捕獲機構、推力器與反力輪（reactionwheel),以及導航系統。FE設計用於幫助轉移航天員，傳送補給品或工具，捕獲翻滾的衛星。ATMS與FE均可顯著提高繫繩在微重力EVA中的使用效率，擴展使用功能。

關於EVA航天員的訓練，除常用的地面訓練設施外，虛擬現實環境與在軌飛行模擬將受到重視。虛擬現實可突破空間限制，將空間與地面相關人員及相關設施(如機械臂）置於同一環境中，模擬相關係統的協調運作。在軌道飛行訓練中，航天員身臨其境直接置身於空間環境，可獲得最佳的訓練效果。事實上，在中國神七飛行期間，航天員翟志剛與劉伯明在出艙前身著艙外航天服在軌道艙內進行了大約100min的移動訓練與操作訓練（但運動量不可過大，以防空間運動病）。

在未來EVA中，更靈巧的遙控自動操作裝置將更多地協助甚至取代EVA航天員的例行工作，尤其是進入對人危險的工作環境。因此，人/機協調集成系統技術受到重視。隨著艙外活動時間的不斷加長，環境因素（空間輻射與空間碎片及微流星等）的影響將引起人們更急切的關注。直接暴露在真空空間的EVA乘員當然比在艙內經受更嚴重的影響與危險。除了進一步改進航天服系統，並儘可能套用機器人系統接替EVA航天員工作外，研製單人EVA飛行器可能成為進一步維護EVA航天員安全的技術途徑之一。

單人EVA飛行器是介於EVA航天員裝備與大型多功能載人太空飛行器之間的飛行器。單人EVA飛行器的基本結構是可容納單人的剛性壓力容器，其內部氣壓要比一般EVA航天服的服壓髙得多(達到大型太空飛行器的周圍壓力），因此無需使用純氧氣體，這既省卻了預呼吸時間，也提髙了安全性。單人EVA飛行器具有大型載人太空飛行器的大多數分系統，如推進、導航、熱控、通信、電源分系統，並套用攜帶型生保系統的先進技術；當然，必不可少的還有遙控自動裝置，這種裝置套用小型機械臂與末端操縱器(或靈巧機械手)代替EVA航天員戴艙外手套的雙手，從事EVA作業。目前，單人EVA飛行器仍處於概念設計階段，雖有多種方案，但剛性壓力容器與幾個小型機械臂仍是基本特徵（參見圖27)。無疑，單人EVA飛行器所要求的結構緻密性，機動靈活性，以及機械手的靈巧性等，對一體化、智慧型化的人/機系統設計提出新的挑戰。

展望未來的載人航天任務，EVA（包括自由空間微重力環境與星體表面的重力環境）系統技術的發展以及全球範圍的國際合作將越來越受到國際航天界的關注與重視。