新宇航服，讓宇航員更安全、靈活

李忠東

說起宇航員，同學(xué)們腦海里肯定會浮現(xiàn)他們戴著超大頭盔、身著笨重宇航服的畫面。然而，正是這一件看似笨重的宇航服，才讓宇航員有了太空活動的能力。隨著科技的不斷進步，宇航服也在不斷改進。這不，2019年10月15日，美國宇航局對外公布了時隔40年后的兩款新宇航服原型。我們一起去看看吧！

用于“阿爾忒彌斯”計劃

這兩款新宇航服中的第一套是紅、白、藍三色探索艙外活動單元（Exploration Extravehicular Mobility Unit，簡稱xEMU），用于太空行走。它適配所有宇航員的體形，不分男女。肩部移動性比以往的宇航服更靈活，使得宇航員能夠觸及頭頂和身體兩側(cè)。第二套是橙色的獵戶座乘員生存系統(tǒng)套裝，是宇航員在發(fā)射和重返獵戶座飛船時穿的。這款橙色乘員生存系統(tǒng)套裝不能出艙，但可以在飛船內(nèi)遇到緊急情況時維持穿戴者6天的生命。宇航服工程師預(yù)計，宇航員在月球上穿著這些宇航服一次的時間要8個小時。

此前，國際空間站因為沒有足夠的宇航服，不得不取消了首次計劃的全女性太空行走。2019年，美國宇航局曾計劃派遣宇航員安妮·麥克萊恩和克里斯蒂娜·科赫執(zhí)行全女性太空行走任務(wù)，但是國際空間站任務(wù)主管取消了原定計劃。究其原因，是國際空間站當時缺少合身的女性太空服?？死锼沟倌取た坪杖园凑沼媱澾M行太空行走，但是安妮·麥克萊恩只能待在軌道實驗室，由男性宇航員黑格接替她完成這次行動。按照慣例，國際空間站宇航員在準備太空行走時都要檢查宇航服是否合身。安妮·麥克萊恩2018年12月第一次太空行走時適合穿M碼的宇航服，但是因為人體在微重力環(huán)境下會長高，她進入國際空間站以來長高了5厘米。而空間站僅準備了一件M碼的宇航服，安妮·麥克萊恩已不太適合，所以只能由克里斯蒂娜·科赫穿上。

這兩款新宇航服將用于“阿爾忒彌斯”（Artemis）計劃，在半個世紀內(nèi)首次讓宇航員重返月球，其中包括8個預(yù)定的發(fā)射和2024年的月球軌道迷你站。

“阿爾忒彌斯”計劃不只是宇航員在月球表面象征性地漫步，而是希望能借此在月球上建立一個可持續(xù)的人類存在點，并將其作為深入探索太陽系的起點，而火星就在未來的探索名單上。“阿爾忒彌斯1”計劃于2020年完成月球任務(wù)：接下來是“阿爾忒彌斯2”，在2022年左右與一名船員一起繞地球衛(wèi)星運行：最后是“阿爾忒彌斯3”，在2024年把第一位女性和一位男性宇航員（也許是兩位女性宇航員）送上月球。美國宇航局不僅計劃在月球上使用這些套裝，而且打算在它們經(jīng)過修改之后將其應(yīng)用于日后的火星任務(wù)。

在二十世紀六七十年代的太空任務(wù)中，“阿波羅號”的宇航員在月球漫步時有時會摔倒。因此，新宇航服需要能夠滿足宇航員屈膝、將物體舉過頭頂并完全旋轉(zhuǎn)手臂的條件。美國宇航局一名宇航服工程師現(xiàn)場展示了在壓力下穿上xEMU宇航服的情景，同時還表現(xiàn)出能夠擺動手指、蹲下來撿起地板上的石頭等能力。根據(jù)計劃，第一套Artemis太空服計劃在2023年之前交付成品。

穩(wěn)定性進一步升級

美國宇航局之前設(shè)計的宇航服比較笨重，導(dǎo)致宇航員在執(zhí)行月球任務(wù)中出現(xiàn)一些操作失誤。新一代宇航服的靈感來自“水星”太空服，也被稱為“海軍4號”，是美國宇航局在1958年實施的“水星”計劃中研發(fā)的?，F(xiàn)在，宇航服工程師對xEMU的安全性和機動性方面的設(shè)計都進行了革新。xEMU支持模塊化設(shè)計，比如可以快速更換頭盔上的防護面罩，而非更換整個頭盔，豐富的擴展性也可以讓一套宇航服同時適應(yīng)月球與火星的地表環(huán)境。

為了確保這次登月行動最終能到達月球南極，并建立月球基地，新一代宇航服將允許宇航員“比以往任何時候都更加靈活”。新一代宇航服的上半身、頭盔、下半身和冷卻服都采用創(chuàng)新設(shè)計，可以承受-150℃左右的低溫，也可以承受70℃的高溫，以滿足在距離地球近50萬千米遠的月球的南北兩極以及赤道區(qū)域附近使用。xEMU的便攜式生命支持系統(tǒng)也獲得了改進，而且宇航服內(nèi)小型化的電子系統(tǒng)讓宇航服的穩(wěn)定性得到了進一步升級，延長了宇航員進行太空行走的時間。

從安全的角度來看，月球土壤對宇航員最大的威脅來自微小的沙礫碎片。因此，新一代宇航服搭載了一套具有防塵功能的生命支持系統(tǒng)。由于電子設(shè)備和管道系統(tǒng)的優(yōu)化，新一代宇航服得以減少故障的出現(xiàn)，同時延長宇航員太空行走的時間。從機動性方面來看，xEMU下半身包括先進的材料、關(guān)節(jié)軸承和具有彈性鞋底的遠足式靴子，允許臀部旋轉(zhuǎn)，增加膝蓋彎曲程度。xEMU上半身結(jié)構(gòu)除了更新的肩膀位置外，其他增強肩膀的功能還使宇航員終于能夠自由地移動手臂，能輕松地將物體舉過頭頂。

在頭盔內(nèi)部，美國宇航局重新設(shè)計了通信系統(tǒng)。目前使用的宇航服中的頭戴式耳機被稱為“史努比帽”，在頭盔內(nèi)部會因流汗而戴得不舒服，并且麥克風(fēng)并不總是與宇航員的動作保持一致。新一代宇航服里的音頻系統(tǒng)在上軀干內(nèi)部包括多個嵌入式聲控麥克風(fēng)，當宇航員與其他太空行走者、網(wǎng)絡(luò)上的機組人員或地面控制中心的任務(wù)控制人員通話時，它們會自動拾取宇航員的聲音。新一代宇航服設(shè)計有可互換的零件，這些零件可配置用于微重力或行星表面的太空行走。

責(zé)任編輯：陸艷 責(zé)任校對：夏越