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一起来了解航天员的工作服 揭秘登月航天服的特殊之处

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2024-10-30 17:00:38  澎湃

近期,国内外关于登月航天服的新闻不断引发关注。10月16日,在意大利米兰召开的第75届国际宇航大会上,美国公理空间公司与意大利奢侈品牌普拉达联合发布将在“阿尔忒弥斯-3”载人登月任务中使用的登月航天服。不久之前,9月28日,中国载人航天工程办公室面向社会发布登月航天服征名活动,并首次公开中国登月航天服外观。那么,登月航天服有哪些特殊之处?对比“阿波罗时代”的同类装备,新一代登月航天服实施了哪些重点改进?未来,登月航天服将如何发展进化?

一起来了解航天员的工作服

登月航天服名为“服”,本质上却并非一套衣服。即便中国登月航天服外观设计融合了飞天飘带、传统铠甲、火箭升空尾焰等诸多美学元素,哪怕美国新型登月航天服引入奢侈服装设计师作为外援,但它们在本质上仍是特殊的“小型载人航天器”。从任务使命来看,登月航天服与空间站出舱任务使用的舱外航天服比较类似,都是为了保障航天员脱离密封加压航天器后安全活动,尽量提升工作效率。只不过,航天员执行登月任务面临更多挑战,因此对登月航天服提出了更高的要求。

一起来了解航天员的工作服 揭秘登月航天服的特殊之处

具体来说,在缺乏大气层的月面上,航天员想要维持正常生命体征,合适的气压、温度、辐射强度、氧气和二氧化碳浓度等条件都是必不可少的,也确定了登月航天服的设计基础。登月航天服必须将内部气压稳定地维持在0.3~0.4兆帕,既要确保航天员的生理安全和活动便利,又要防止自身在近似真空环境中过度膨胀。这就对其面料强度和制作工艺提出了苛刻要求。在太空中和月球表面,未经大气层削弱的阳光往往会直接照射到航天员身上,因此登月航天服的面料必须具备较好的隔热性能。比如,通过缝制多层镀铝薄膜,使登月航天服能够提高对阳光反射率,尽量避免辐射热量干扰航天员,维持航天员体温稳定。登月航天服的外表普遍选择吸热少的白色,深色款式一般仅用于展示。

一起来了解航天员的工作服 揭秘登月航天服的特殊之处

登月航天服需要进一步提升人机工效性能:为了防止航天员的眼睛受伤,提高视觉效率,登月航天服的头盔配备了全景式可升降防眩光面窗,对异常光线具有极高的反射率;为了“解放”双手,航天头盔两侧可以配置不同的焦距摄像机,便于摄录视频。随着航天员持续在月面活动,带静电的细小月尘有可能渗入登月航天服缝隙中。因此,登月航天服的面料应当在一定程度上抑制月尘沾染,以便降低部件磨损和航天员吸入月尘的风险。登月航天服哪部分的技术含量最高?恰恰是被很多人忽视的“背包”,也就是环控生保系统。该系统负责及时处置过量的二氧化碳,供氧通风,调节登月航天服内部温度,尽力维护航天员身体健康。随着技术进步,未来“背包”会更加小巧、灵活,布置方式也有可能出现较大变化。

提起“阿波罗时代”,大众对美国航天员月面活动的最深刻印象应该是“兔子跳”,这是航天员的无奈之举,体现了早期登月航天服的缺陷。20世纪60年代,科研人员对月面环境乃至舱外太空环境的了解比较有限,早期登月航天服与舱外航天服采用了大致相同的设计。例如,在“阿波罗”系列任务期间,美国航天员在月面穿戴A7L航天服活动,后来又穿着它入驻“天空实验室”。A7L航天服收获总体评价良好,但在月面行走任务中暴露出不足之处:髋部和腿部的活动空间欠佳。简单地说,航天员穿着A7L航天服很难依靠两腿在月面正常行走,因为其在髋部几乎没留出伸展余度,导致航天员难以进行抬腿动作,不得不依赖双脚跳跃和驾驶“简易”月球车在月面移动。

进入21世纪,美国宇航局立项研发新一代密封增压航天服,2019年10月对外展示,特别注重改善下半身活动便利性,希望兼顾空间站出舱、载人登月和载人登火任务。新型航天服的腰、髋、腿、脚踝等部位均安装了轴承,极大地方便了航天员活动关节,又改善了材质柔韧性,使航天员穿戴活动更舒适。为了延长任务时间、提高工作效率,新型航天服的环控生保系统也进行了性能升级和整体缩小化。后来,由于种种原因,美国宇航局放弃自研航天服,改为采购商业航天产品,最新成果就是公理空间公司主导研制的所谓“公理舱外活动单元”,计划同时用于国际空间站、商业空间站和月球表面工作环境。公理空间公司宣称,其航天服大量吸收了美国宇航局之前自研航天服的技术,比如采用更先进的关节设计和防护性更好、抓地更有力的航天靴,助力航天员在月面上平稳行走,完成更精细的采样和操作任务,还在模块扩展性、4G/LTE通信能力、生理监测与智能医疗等领域颇有创新。

根据各方披露的公开信息,外界可以推断出未来登月航天服的发展方向:更灵活、更柔韧、更集成、更智能、更耐用。未来登月航天服将助力航天员更高效地保护自身、完成任务,全身心投入新一轮探月开发大潮中。未来登月航天服最核心的设计要求是什么?有观点认为,应该是为航天员提供更全面的安全保障,并在确保安全的前提下,最大程度地有助于航天员在月表活动。以往的舱外航天服应用于近地轨道太空行走任务,航天员活动依赖手臂移动和机械臂辅助,下半身往往仅是舱外航天服与机械臂的“连接器”。在月球上则不同,重力环境更复杂,髋关节活动、腿部灵活性、航天靴抓地性能对于航天员月面行走均是至关重要的,某些任务中还需要提升腰部运动能力。因此,未来登月航天服必须适当减重增效,增加更多轴承结构,攻克“在内部加压下尽量提高灵活性”的技术难关,尽量使航天员能够连续下蹲、捡拾月表样本。同理,为了满足精细化操作需求,航天员的手臂、手指灵活运动也很有必要。为此,未来登月航天服会采用更宽松、更柔韧的肩部设计,扩大肩部和手臂的活动范围,降低运动阻力,帮助航天员节省体力和精力。

(责任编辑:张佳鑫 0764)
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