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中国科学院国家空间科学中心
空间天气学国家重点实验室
随着航天技术的飞速发展，航天员常常需要在舱外单独进行作业，比方说，回收甚至是直接修理在轨道上的卫星、空间装配和空间观测。有些问题甚至是必须要航天员出舱才能处理的，比如妨碍航天飞机的有效载荷舱门关闭的问题，或者有其他航天员被困在宇宙中等待援救——在科幻电影中相当常见。航天员的出舱活动通常被称为“太空行走”（walking in space）。
宇航员长时间太空行走进行工作
虽然航天员至今依然采用在身上系安全绳的方式来防止自己飘走，但早在50多年前的上个世纪60年代，专家们就在讨论在宇宙空间中自由移动的问题。例如当时美国专家们列举了一些问题来说服管理层们不系绳比系绳更安全：伸展的系绳很容易缠绕在飞船的天线或机械臂上，或者是宇航员的手脚；如果没有调整姿态的办法，宇航员难以避免撞上卫星或飞船，特别是利用系绳返回飞船时“刹不住车”；他们指出，如果航天员因为反推等产生了任何向上下左右方向飘的速度，他非常可能会带着绳子一起在飞船上缠几圈。美、苏航天管理层很快决定开发一些帮助航天员更方便移动的方式，甚至实现航天员无系绳的太空行走。
在宇宙空间中没有空气阻力，很类似牛顿第一定律所说的获得一点速度就会一直做直线运动，由动量守恒定律，如果航天员携带的装备喷出一些气体，就能获得与这些气体速度相反的速度。打个不雅的比方，所谓在宇宙中放屁就相当于火箭。更进一步，通过调整喷气装置出气的量和速度，就能对航天员所获得的速度进行比较精确的调整，甚至在航天员手脚等多个位置适当喷气可以实现姿态调整。
60年代初，前苏联签署了首批喷气背包式太空模拟机动装置的合同。前苏联把研制航天员失重状态移动的任务交给了莫斯科机械制造厂，1961年12月1日由第一特别设计局下达技术任务书。前苏联研发的YMK装置曾装备在“和平”号空间站和“暴风雪”号航天飞机上。
最初的俄罗斯“载人机动装置”设计草案
不过先实现了无系绳太空行走的是美国人。早在1962年，美国空军就设计了推进背包的雏形，并设计了名为“航天员机动装置”（Astronaut Maneuvering Unit，AMU）的原型装置，意图在1966年Gemini 9飞船飞行任务中实现无系绳太空行走，但当时因为宇航服的温控系统出现问题而取消出舱，在之后的若干年更是因为各种各样的原因一直没能实现测试。直到1984年2月7日，“挑战者”号航天飞机执行“STS-41-B”飞行任务当中，宇航员布鲁斯·麦克坎德雷斯二世（Bruce McCandless II）使用正式的“载人机动装置”（Manned Maneuvering Unit，简称MMU）的装备，才实现第一次的无系绳太空行走，这个名称也是当今我们对这一类装置的称呼。
“STS-41-B”任务中麦克坎德雷斯实现人类首次无系绳太空行走
这一成熟的“载人机动装置”的外形像一个背包，由压缩氮气箱、供气系统、喷气推进器、电子控制设备、温度控制装置和蓄电池等组成。“载人机动装置”以高压氮气作为失重环境下的飞行动力，航天员操纵左右机械手臂上的手控器控制高压氮气从安装在不同部位的推进喷管喷出，以改变飞行的速度、方向和姿态，实现上下、左右和前后移动，达到顺转或逆转等机动目的。装置还供给航天员呼吸用氧，维持人体所需温度、湿度等生命保障条件，并装有使航天员与航天器保持在同一轨道上的专门设备。机动装置装有两套互为备份的氮气箱和供气系统，防止发生故障危及航天员安全。
近看“载人机动装置”非常庞大和复杂
尽管“载人机动装置”可以摆脱安全绳的限制，实现了想要自由飞行的目的，但从图中来看，背包这么复杂也大大限制了宇航员手脚的移动，它的重量达到140公斤。而且仪器越复杂、越精密越容易出现问题，如果把它作为单一的飞行手段，一旦设备失灵会很危险。原本想要通过“不系绳”来实现“更安全”的目的，可能适得其反了。1986年“挑战者”号航天飞机失事后，经过重新评估，美国放弃了航天员采用“载人机动装置”和无系绳太空行走。
美国宇航员尼尔森（George Nelson）最后一次利用庞大的“载人机动装置”
欧洲各国配合HERMES航天飞机计划研发了MD系统，与美国的“载人机动装置”MMU非常相似。
现在航天员使用的“SAFER”系统是简化的喷气背包系统，依然在宇航服上使用安全绳。轻巧的“SAFER”系统也算是“载人机动装置”中的一员。但像上文那么庞大的MMU系统，几乎是一架单人的小太空飞船，对于现在的各国还是太过昂贵而缺乏必要性。但它在航天员独立行动方面的作用是毋庸置疑的，随着航天技术的继续发展，可以期待各国研制出更好更亲民的“载人机动装置”，在未来辅助更多人进行宇宙和其他星球的探索。 | 
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