航天服：價(jià)值連城的天衣

天兵

如果有人問(wèn)我，世界上哪種服裝最昂貴？我會(huì)毫不猶豫地告訴他，是航天服。航天服可分為艙內(nèi)航天服和艙外航天服，其中后者一件就價(jià)值幾千萬(wàn)元人民幣。這樣價(jià)值連城的航天服，是為了讓航天員在太空中能夠抵御外界惡劣環(huán)境的危害，故而在人體周圍創(chuàng)造必要的氣體成分、氣壓、溫度和濕度等生活環(huán)境和條件。航天服實(shí)際上相當(dāng)于一種個(gè)人防護(hù)裝備。既然航天服這么重要，我們就來(lái)了解一下航天服每個(gè)部位的具體妙用，以及世界上的新型航天服吧！

天地往返中的護(hù)身服

艙內(nèi)航天服的作用

載人飛船或航天飛機(jī)在發(fā)射和返回過(guò)程中比較危險(xiǎn)，所以航天員必須穿上艙內(nèi)航天服（也叫防護(hù)救生服），主要是在座艙減壓和氧氣喪失時(shí)，能提供壓力和氧氣;若跳傘落入冷水中時(shí)，能防寒;長(zhǎng)期失重導(dǎo)致血液在下肢郁積時(shí)，能防止立位耐力下降;在飛行中或著陸后遇到空氣污染時(shí)，能防止人體吸入有毒氣體。

這種壓力服具有良好的密封調(diào)壓、通風(fēng)散熱、排濕等功能和足夠的強(qiáng)度，并裝備有簡(jiǎn)易的小便收集裝置。它在軌道飛行中很重要，因?yàn)楫?dāng)座艙內(nèi)大氣壓力、氣體成分控制失效時(shí)，艙內(nèi)航天服可作為應(yīng)急救生手段。

中國(guó)的艙內(nèi)航天服

中國(guó)的艙內(nèi)航天服呈乳白色，局部鑲有天藍(lán)色的邊線。該服裝的心臟部位有一個(gè)可以擰動(dòng)的圓形裝置，用來(lái)調(diào)節(jié)衣服內(nèi)的壓力、溫度和濕度。衣服右腹部有一根細(xì)管，是航天員的通信工具;左腹部有兩條管路，是航天員供氧和排放二氧化碳的設(shè)備。除了頭盔和手套，整套艙內(nèi)航天服是用一種特殊的高強(qiáng)度滌綸做成的，能夠滿足航天員在飛行上升段和返回段的各種要求。服裝胸前有兩條呈V字形的拉鏈，打開拉鏈，將腿伸進(jìn)去，便可循序地穿在身上。價(jià)值100萬(wàn)元人民幣的中國(guó)艙內(nèi)航天服質(zhì)量約10千克，航天員在正常情況下穿戴整齊需要3分鐘。

太空行走用的“小飛船”

人在太空出艙活動(dòng)時(shí)，如果直接暴露在茫茫太空中，會(huì)面臨失壓、缺氧、大溫差和強(qiáng)輻射四種危險(xiǎn)，以及微重力、空間垃圾等諸多影響。因此，航天員進(jìn)行太空行走時(shí)必須穿艙外航天服。它相當(dāng)于一艘小型載人飛船，能把航天員的身體與太空惡劣環(huán)境隔離開來(lái)，并向航天員提供一個(gè)與地面相當(dāng)?shù)沫h(huán)境，同時(shí)提供氧氣和正常氣壓、排放二氧化碳、維持舒適的溫度和抵御宇宙輻射等維持生命的各種條件。

艙外航天服的組件構(gòu)成

艙外航天服的頭盔由頭盔殼、面窗結(jié)構(gòu)和頸圈等組件構(gòu)成，其中，頭盔殼所用材料具有強(qiáng)度大、抗沖擊和足夠的耐熱性等優(yōu)點(diǎn)。航天員在出艙前，頭盔面窗的內(nèi)部要噴上防霧劑。航天員的手套與服裝通過(guò)腕圈接連。航天靴由壓力靴和艙外熱防護(hù)套靴組成，通常將踝部活動(dòng)關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)在壓力靴上，并與壓力服相連接。

由于太空行走時(shí)間一般較長(zhǎng)，所以艙外航天服內(nèi)裝有聚氨酯膠制成的飲水袋。它由進(jìn)水閥、飲水閥和飲水管組成，用尼龍搭鏈貼附在服裝上身的里面，其中飲水管穿過(guò)服裝頸部進(jìn)入頭盔，直到航天員嘴巴的右下角。飲水管頂端是飲水閥，航天員只要用嘴一吸閥門，水就流進(jìn)嘴中。在飲水管的旁邊還有一個(gè)放置食物棒的長(zhǎng)孔，航天員需要進(jìn)食時(shí)，只要一伸嘴即可吃到美味可口的棒狀食品。由于手伸不到臉部，艙外航天服中還有撓癢工具。艙外航天服內(nèi)有“尿不濕”和專門設(shè)計(jì)的便器，因此在太空行走期間可以小便，但一般不大便。

艙內(nèi)航天服與艙外航天服的區(qū)別

與艙內(nèi)航天服相比，艙外航天服主要的不同之處，就是它的活動(dòng)性能和耐太空環(huán)境性能更優(yōu)異。除了具備艙內(nèi)航天服的各層外，艙外航天服還增加了一些層，比如：液冷通風(fēng)層，它是將艙內(nèi)航天服的通風(fēng)散熱層管內(nèi)的氣體改為液體制成;真空隔熱層，它用于保護(hù)航天員在艙外作業(yè)或在月球與其他星體表面活動(dòng)時(shí)，不受艙外環(huán)境過(guò)熱、過(guò)冷的侵襲，又可防止服裝內(nèi)部的熱量散失;最外面的防護(hù)層，它由多種纖維復(fù)合織物制成（包括使用防彈背心材料），具有良好的柔軟性，耐穿透、耐磨損、耐高溫、耐燃燒、耐腐蝕，且表面摩擦系數(shù)小，還有防輻射功能和連接其他裝備的接口，從而保護(hù)內(nèi)部各層的功能，并與航天員艙外活動(dòng)時(shí)的“臍帶”或便攜式生保系統(tǒng)、機(jī)動(dòng)裝置連接等。

美國(guó)航空航天局舉行“太空大便挑戰(zhàn)賽”

目前，在太空行走時(shí)如廁是最大的困難，因?yàn)樵谔罩信懦龅拇蟊闩c航天員身體接觸的時(shí)間太長(zhǎng)，有可能導(dǎo)致感染或膿毒癥。最近，美國(guó)航空航天局正在舉行“太空大便挑戰(zhàn)賽”，以尋求最佳辦法。來(lái)自“幾乎地球上每個(gè)國(guó)家”的總共1.9萬(wàn)名參賽者組成的150多支隊(duì)伍提供了5000多種解決方案。據(jù)悉，贏得這一比賽冠軍的是美國(guó)軍醫(yī)卡登，他利用自己在微創(chuàng)手術(shù)方面掌握的知識(shí)，研發(fā)了一套系統(tǒng)。他的設(shè)計(jì)理念是在太空服襠部加個(gè)小氣密艙，像導(dǎo)管和充氣便盆這樣的東西可以通過(guò)這里。為此，他獲得了1.5萬(wàn)美元的獎(jiǎng)金。

俄美航天服各有千秋

目前，國(guó)外能研制艙外航天服的只有俄羅斯和美國(guó)。俄羅斯常用的艙外航天服叫奧蘭-M（也叫海鷹-M），美國(guó)常用的艙外航天服叫航天飛機(jī)艙外航天服。它們?cè)谕庥^上相似，但實(shí)際上性能差異很大，例如，服裝的壓力體制不同。另外，俄羅斯艙外航天服采用一體化設(shè)計(jì)，屬于“自穿”式的，即航天員一個(gè)人就可以穿上航天服，關(guān)上門后開始加壓，幾分鐘內(nèi)就能完成;而美國(guó)艙外航天服上下分開，且需要在別人的幫助下才能穿上，一般需要15分鐘。

俄羅斯艙外航天服設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，所有生命攸關(guān)的系統(tǒng)都采用冗余設(shè)計(jì)，非常耐用，使用期為4年，并可在太空中維修和更換零部件，這是其最大的優(yōu)點(diǎn)。美國(guó)艙外航天服則按系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)，如果有故障，需要運(yùn)回地面才能修理，一般半年送回地面維護(hù)一次。

“飛天”服助中國(guó)漫步太空

2008年9月27日，中國(guó)神舟-7飛船航天員翟志剛身穿國(guó)產(chǎn)“飛天”艙外航天服飄出艙外，圓滿完成了中國(guó)人的首次太空漫步。

“飛天”艙外航天服質(zhì)量為120千克，單套價(jià)值高達(dá)3000萬(wàn)元人民幣。該艙外航天服最高能達(dá)2米，配有1.30米高的生命保障系統(tǒng)背包。

該航天服的四肢裝有調(diào)節(jié)帶，通過(guò)調(diào)節(jié)上臂、小臂和下肢的長(zhǎng)度，身高1.60～1.80米的人都能穿上這套衣服。其最外層的防護(hù)材料，可耐受±100℃的溫差變化;攜帶的氧氣瓶采用復(fù)合壓力;其從上到下依次是頭盔、上肢、軀干、下肢、壓力手套和靴子。

其頭盔的視野比其他同類產(chǎn)品要大，頭盔上裝有攝像頭，兩側(cè)各有1個(gè)照明燈以及報(bào)警指示燈。它的面窗有4層，其中2層為充壓結(jié)構(gòu)，2層之間充高純氮?dú)猓澜Y(jié)霧，外面是防護(hù)面窗，最外層是鍍金的濾光面窗，防止太陽(yáng)光線直接照射人眼。

它的軀干殼體為鋁合金薄壁硬體結(jié)構(gòu)，厚度僅為1.5毫米，抗壓能力超過(guò)120千帕，經(jīng)得起地面運(yùn)輸、火箭發(fā)射時(shí)的震動(dòng)，還能連接服裝的各個(gè)部位，承受整套服裝120千克的質(zhì)量。其軀干外殼上裝有電控臺(tái)、氣液控制臺(tái)等各種儀器。

“飛天”艙外航天服的手套采用國(guó)際上先進(jìn)的“三維數(shù)字掃描”技術(shù)，為每位航天員量身定做，使用起來(lái)既安全又靈活，航天員戴著它能夠輕松地握持直徑為25毫米的物體。

由于受體積、質(zhì)量的限制，在神舟-7飛行任務(wù)結(jié)束后，只有“飛天”艙外航天服的手套隨返回艙帶回地面。

競(jìng)相研發(fā)新型航天服

俄羅斯：智能化艙外航天服

—奧蘭-MK

近年，俄羅斯已開始使用一種微電腦控制的智能化艙外航天服—奧蘭-MK等。出艙活動(dòng)之前，該航天服電腦系統(tǒng)會(huì)提示航天員按順序檢查航天服是否穿戴正確。在進(jìn)行出艙活動(dòng)時(shí)，如果發(fā)生意外情況，奧蘭-MK的電腦系統(tǒng)會(huì)向航天員提示故障原因，指示航天員如何操作。俄羅斯將在2017年使用最新研制的具有自動(dòng)溫控系統(tǒng)的新一代航天服—奧蘭-MKC，它裝有兩個(gè)全新部件：自動(dòng)溫控系統(tǒng)和全新的密封外殼。自動(dòng)溫控系統(tǒng)使航天員在艙外作業(yè)時(shí)不需手動(dòng)調(diào)控航天服內(nèi)部溫度，密封外殼由非常耐磨的聚氨脂材料制成。奧蘭-MK 、MKC的使用壽命均為5年。

美國(guó)：Z-2火星服

目前，美國(guó)正在為未來(lái)的載人登火星研制Z-2火星服。它將使用3D打印零部件，根據(jù)航天員個(gè)體特征的三維掃描結(jié)果生產(chǎn)零部件，以確保航天服尺寸的精確性。采用了仿生技術(shù)，如果天體表面環(huán)境較為昏暗，服裝可以發(fā)光照明。此外，研發(fā)人員正在采用先進(jìn)復(fù)合材料，以生產(chǎn)輕質(zhì)耐久的航天服，以承受在火星惡劣環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間的工作。Z-2航天服還將采用可調(diào)節(jié)的肩部和腰圍尺寸，以最大限度地增加單套航天服所能容納的航天員人數(shù)。為了在黑暗空間中實(shí)現(xiàn)更好的可視性，Z-2航天服特別增加了紅色電致發(fā)光的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。Z-2航天服還將采用可再生二氧化碳去除系統(tǒng)和水分蒸發(fā)系統(tǒng)等技術(shù)，為航天員更為高效地提供空氣和溫度等生活必需品。

目前的艙外航天服很重，工作時(shí)很不方便，但若要降低重量，又將影響航天服的安全性能。所以，艙外航天服總的改進(jìn)方向是：進(jìn)一步提高安全性和可靠性;繼續(xù)提高服裝關(guān)節(jié)的活動(dòng)性;設(shè)計(jì)出實(shí)用型高壓航天服。

（責(zé)任編輯/房寧）