舱外活动过程中,航天员的主导作用尤为突出,能否充分发挥其作用对舱外活动的成功至关重要,因此航天员舱外作业能力成为舱外活动任务的关键因素。
航天员舱外作业能力体现在以下方面:①视野及视觉。舱外活动时,为了确保航天员的安全,舱外航天服的头盔面窗被设计成多层结构,最外层为滤光面窗。阳面出舱时,为了防止紫外线等对航天员眼睛的伤害,必须放下滤光面窗,此时对可见光的透光率只有10%~15%。阴面出舱时,不需要放下滤光面窗,但仅借助舱外照明,也会使航天员的视觉下降。同时由于头盔面窗的限制,航天员的上、下、左、右视野均下降,尤其上视野,下降达40%以上,对于某些操作,可视性必然受到影响。②关节活动性及可达域。中国的舱外航天服为半硬式一体化结构,躯干为硬式结构,四肢为软式结构,服装内的工作压力为40千帕,因此对航天员的活动造成很大的限制。着舱外航天服后航天员各个关节的活动性和肢体的可达域下降显著。而在舱外活动中,航天员主要依靠上肢完成抓握、推拉、捏拧等操作,下肢主要用于使用脚限制器固定及调整身体姿态,因此在进行舱外扶手、脚限制器、舱外工具、舱外工作站点布局以及操作任务等设计时,必须考虑关节活动性和可达域的变化。③操作力。由于舱外航天服结构和压力的限制,航天员舱外活动时的操作力明显下降。在舱外活动时,航天员一般采用双脚固定于脚限制器中,一手抓握扶手稳定身体姿态,单手完成操作任务,因此在进行操作任务设计时,必须考虑航天员的操作力下降因素。④手的灵活性。舱外航天手套设计为多层结构,局部多达十余层,因此在进行舱外活动时,航天员手的灵活性大幅降低。而在舱外活动中航天员主要利用手进行操作,因此在设计扶手、连接器、工具、作业对象等时,必须考虑航天员着舱外航天服后的抓握直径、抓握时间,对力量、形状、距离等的感知觉,双手对接、插拔操作的能力下降等变化。⑤行走特性。舱外活动时航天员的行走与地面时的行走完全不同。如果没有固定或束缚身体的措施或装置,航天员处于漂浮状态,因此航天员必须依靠扶手等装置才能行走。而着舱外航天服后,由于服装的限制以及腰、膝、踝关节的活动性较小,航天员转动身体变得非常困难,在地面轻易完成的下蹲、弯腰等动作,在舱外变成无法做到的事情。
能够完成舱外活动的国家设计的舱外航天服结构不同,工作压力制度不同,因此航天员舱外作业能力的具体数据亦不同。这些数据直接指导舱外航天服、舱外作业任务、舱外设备等的设计。