【材制｜视角】航天服：航天员的生命保障

2023-02-24 18:19 作者:青春材制 0人读过 | 我要投稿

初原载于爱学习的青春材制

2023-02-24

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航天服：航天员的生命保障

北京时间2022年9月30日12时44分问天实验仓完成转位，这是我国航天事业的一大飞升。这些斐然的成绩离不开宇航员们兢兢业业的工作。当然，也与他们所配套的设施有着千丝万缕的联系。

随着航天事业的发展，不仅对航天器有了更高的要求，航天服的需求也日益增强，尤其对其性能的要求日益严苛。因为它不仅意味着航天科学的发展，还是航天员们生命的保障。更优异的性能，有助于航天员们在航天的过程中更好地完成充满挑战的科学实验，也更能保障他们在作业时的舒适度，从而提高工作效率。航天服事业的发展，一定程度上能够反映一个国家航天事业的发展。因此航天服的研发、制作等过程都是国家机密，这反映了它的重要地位。

回顾航天服发展史

在人类对太空的漫长探索中，航天服起着不可替代的作用，所以我们很有必要了解航天服的发展史。

最早的航天服是第一代航天服。1961年4月12日前苏联航天员加加林乘坐东方一号飞船绕地球一周，成为第一个进入太空的地球人。他穿着“SK-1”的加压航天服成为第一款真正进入太空的航天服。虽然这款航天服只配备了简单的生命维持系统和加压设计，但是它的设计奠定了未来航天服的基础。同年5月5日，美国第一代航天员穿上了第一代航天服：“水星航天服”，其编号是“XN-1”，是由美海军的Mark IV型飞行全压服改进而成。内层是氯丁橡胶涂层尼龙，外层是镀铝尼龙，考虑到加压充气后衣服会胀开而导致很难弯曲。为了使弯曲更容易，肘关节和膝关节缝入了金属键。这套航天服是为应对太空舱失压的紧急情况而设计的，不能出舱行走。EVA相比第一代航空服多了更多功能(如有了特殊的防护外罩)，但它非常沉，它被称为第一点五代航天服。

第二代航天服出现于60年代中期实施“双子计划”时期，这种航天服在封入空气压的压力囊外蒙上了一层特氯纶混纺材料织成的网，在空气压力使航天服整体膨胀的情况下也容易弯曲，所以这种航天服具有极佳的运动性。

第三代航天服是实施阿波罗计划时使用的航天服，这种航天服在关节周围制成伸缩自如的褶皱，极大提高了运动性。它跟过去的航天服相比，最大的差别在于便携式生命保障系统，即将生命保障系统背在背上，以供生命之需。

第四代航天服是航天员在航天飞机上使用的航天服。在此之前，航天服是定做的，即航天服的制作要不仅会消耗大量的时间和资金，而且只能使用一次。

为何航天服如此重要呢?

航天服是航天员在太空不受低温、辐射、陨石等的侵害并提供人类生存所需氧气等的保护服。它的主要功能有保持航天员的体温；保持压力的平衡；阻挡强而有害的辐射；处理宇航员的排泄物；提供氧气和抽出二氧化碳等。

航天服的构造

因为航天服有如此重要的作用，所以它的结构十分复杂。航天服在结构上分为6层，每层材料各有不同。

内层选用质地柔软、吸湿性和透气性良好的棉针织品制作，以保证航天员在长期飞行过程中不能换衣服，大量的皮脂、汗液等会污染内衣情况下的舒适度。

　　保暖层选用保暖性能好、热阻大、柔软、重量轻的材料(如羊毛)。以保证在环境温度变化不大的情况下舒适的温度环境。

通风层和液冷层多采用抗压、耐用、柔软的塑料管制成(如聚氯乙烯管)。通风层和保暖层主要是在宇航员体温过高的情况下以不同的方式散热。当人体产热量超过350大卡/小时，通风层不再能满足散热要求，这时由液冷层降温。

　　气密层选用气密性较好的材料制成(如涂氯丁尼龙胶布)，限制层选用强度高，伸长率低的织物(一般由涤纶织物制成)。这是因为在真空环境中，只有保持航天员身体周围有一定压力时才能保证航天员的生命安全，但是加压后活动困难，各关节需要采用各种结构式(取网状织物式、波管式等)，配合气密轴承转动结构以改善其活动性。

　　隔热层也叫真空隔热层。它多用镀铝的聚酰亚胺薄膜或聚酯薄膜并在各层之间夹以无纺织布制成，各膜之间用网络物隔开贴在一起形成屏蔽，它有良好的隔热和防辐射作用。

　　外罩防护层大部分由镀铝织物制成。因为它是航天服的最外层，对防火，防辐射，防磨损等的要求比较高。

展望未来

　　随着时代的发展，航天服也在不断发展。在未来的计划中第四代航天服的出现解决了航天服的一次性问题，即在此之后的航天服可重复使用(目前计划使用15年以上)，而且也缩短了航天服的穿戴时间，这无疑又是一项巨大的进步。

　　NASA已公布了新一代航空服，人类将在2024年穿上它重返月球。这次一共发布了两套航天服，在舱内穿的叫做“猎户座飞船生存服”，它由橙色面料制成，较为轻薄。其功能主要为防辐射，保压，供氧等，在座舱气压变低或气体泄漏时，能为宇航员争取到宝贵的时间。“舱外探索机动装置”简称xEMU。这次最主要的成功在于xEMU研发。前几代航天服因为笨重，宇航员无法屈膝，以至于他们只能以“兔子跳”的方式移动，xEMU的下肢采用了最先进的表面材料和关节转轴，这使宇航员在月球上可以更加自由的活动。为了让宇航员在月球执行使用仪器、建立基站等时更精准的操作，它也使用了更加灵活的手套。除此之外，航天服在防尘、耐热、通信系统等方面也做了改良，唯一还存在缺陷的是xEMU还需里面穿上尿不湿来解决宇航员的个人问题。