• 軟性航天服 太空硬科技

    2018-09-19 18:54:31  來源:人民網

      中國自主研制的空間站“飛天”水下訓練服。

    太空雖然看起來非常美麗,但是如果宇航員不穿航天服就走出航天器,那將非常可怕。由于沒有氧氣和外部氣壓,人類在15秒甚至更短時間內就會昏迷,血液和體液會“沸騰”,組織和器官會膨脹;會遭受極端的溫度對比和變化之害,在陽光好陰影下的溫差超過300攝氏度;會遭受宇宙射線、太陽輻射的帶電粒子的傷害;可能會受到高速移動的微小塵埃、巖石(微流星體)或衛星及航天器碎片的撞擊。

    艙外航天服守護宇航員生命,是其完成太空任務的必備裝備。它能夠提供加壓的環境,給航天員供氧并同時去除二氧化碳。同時,它能保持舒適的溫度并能保護航天員免受微流星體和輻射的傷害。此外,它還能讓航天員有清晰的視線,能夠輕松自如地移動,并能與外界交流。

    航天服的研制是一個龐大的系統工程。就像輪胎一樣,航天服實質上是一個受到一層氯丁橡膠涂層纖維包裹的“膨脹氣球”。對航天服的“氣球”部分施加的限制向內部的航天員提供氣壓,這就好比在紙管內吹氣球一樣。航天服通過提供空氣壓力防止航天員的體液沸騰。

    大多數航天服是在低于正常大氣壓的環境下工作的,因此,在航天員適應太空行走之前,必須降低航天器機艙壓力。否則,由于航天服和艙內的壓力變化,太空行走的航天員會有患減壓病的危險。

    航天服內不能使用正常的空氣——78%的氮氣,21%的氧氣和1%的其他氣體——因為低壓會使肺部和血液中氧氣濃度變低,這是很危險的,就像攀登珠穆朗瑪峰時一樣。大多數航天服提供純氧用于航天員呼吸。這些氧氣或通過臍帶從飛船或航天服生命維持系統中獲取。

    飛船和國際空間站里都有正常的混合空氣,這些混合空氣可以模擬地球上的大氣環境。因此,在穿上航天服進行太空行走之前,航天員必須預先呼吸一段時間純氧,清除血液和組織中的氮氣,最大限度地減少風險。

    在航天服的狹小空間內,二氧化碳濃度有可能達到致命水平。因此,多余的二氧化碳必須從航天服中清除掉。航天服使用氫氧化鋰罐來去除二氧化碳。這些過濾罐位于航天服的生命維持背包或航天器中。

    為了應對極端的空間環境,大多數航天服都使用織物層(氯丁橡膠、滌綸等)以達到很強的絕熱效果,并覆蓋有反射外層(聚酯薄膜或白色織物)以反射陽光。航天員的身體會產生熱量,尤其是在進行劇烈活動的時候。如果產生的熱量沒有及時消除,航天員產生的汗水就會使頭盔蒙上一層水霧,同時航天員會嚴重脫水。在“雙子星”任務中進行太空行走時,航天員尤金·塞爾南的體重就減輕了數磅。航天服采用了風扇/熱交換器吹冷氣或液冷服降溫的方法來排走多余的熱量,如水星和雙子座計劃就是使用前面一種方法,而液冷服降溫的方式則從“阿波羅”計劃一直使用到今天。

    航天服擁有多層耐用織物,如滌綸或芳綸,以此來保護航天員免受微流星體的撞擊。這些織物層也能夠防止航天服在飛船、行星或月球的裸露表面上意外破裂。

    需要指出的一點是:航天服只能提供有限的輻射防護,其中一些防護得益于它內置的聚酯薄膜反射涂層,但是航天服對太陽耀斑的輻射防護能力不強。因此,太空行走常常要在太陽活動不劇烈的時間段進行。

    航天服的頭盔多是由透明塑料或耐用聚碳酸酯制成的。大多數頭盔上都有反射陽光的覆蓋物和用于減少眩光的有色遮陽板,其原理和太陽鏡一樣。在太空行走之前,頭盔的內側面板上都會被噴上防霧化合物。為了便于航天員看到陰影處的目標,現代航天服頭盔都安裝了照明系統。

    在臃腫的航天服內,活動是非常困難的。為了解決這個問題,航天服的織物上配備了特殊的接縫或錐形設計,幫助航天員手、手臂、腿、膝蓋和腳踝能正常地彎曲。

    航天服配有無線電發射器/接收器,這樣太空行走的航天員可以與地面控制器或其他航天員進行交談。航天員還佩帶著麥克風和耳機。發射器/接收器放置在航天員的胸包/背包里。

    在失重環境下,如果你推動某個物體,你就會朝著相反的方向飛去。早期太空行走的航天員報告了很多關于運動時位置保持的問題。當他們試圖轉動扳手時,他們就會飛向相反的方向。因此,航天器上都配備了腳限制器和扶手,以此幫助航天員在微重力環境下作業。此外,在執行任務之前,航天員會在地球上利用中性浮力水槽練習太空行走。

    美國航天局還開發了一些航天服機動裝置,這些裝置可以使航天員在不受航天器的束縛下在太空中自由移動。其中一種被稱為載人機動單元(MMU),是一種帶有操縱桿控制的氣體推進器動力椅。美國航天局還開發了一種可以背在身上的氮氣推進裝置,稱為“艙外活動簡便救援裝置”(SAFER)。當航天員和航天器分離時,這種裝置可以幫助航天員返回飛船或空間站。SAFER可裝載1.4千克的氮氣推進劑,并可以將航天員的速度最多改變約3米/秒。

    (編輯:WB0001)
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