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舱外航天服:这件“价值连城”的衣服门道多多

2021-8-19 19:20| 发布者: 站长| 查看: 234| 评论: 0|来自: 中国航天报

摘要:   中国航天员进行中国空间站建造期间的出舱活动,身上穿的这套舱外航天服是我国研制的全新第二代“飞天”航天服,对比第一代舱外航天服有了巨大的进步。
  8月17日,据中国载人航天工程办公室消息,神舟十二号航天员乘组将于近日择机执行第二次出舱活动。大家可能有所不知,中国航天员进行中国空间站建造期间的出舱活动,身上穿的这套舱外航天服是我国研制的全新第二代“飞天”航天服,对比第一代舱外航天服有了巨大的进步。
  那么,这些堪称“价值连城”的衣服都有哪些高明之处呢?人类未来的舱外航天服还将会有哪些改进?

7月4日,航天员刘伯明穿第二代“飞天”出舱
世上最昂贵的“衣服”
  神舟七号任务出舱时,航天员翟志刚穿的是第一代“飞天”舱外航天服。据公开资料介绍,“飞天”舱外航天服虽然借鉴了俄罗斯成熟的“海鹰”舱外航天服设计,但总体上还是我国自主研制生产的。

翟志刚穿第一代飞天舱外航天服出舱
  神舟七号任务是我国首次执行舱外活动,是“飞天”舱外航天服的首次实际运用。为了以防万一,相关人员在神舟七号气闸舱中,还备有一套俄罗斯的“海鹰”舱外服。神舟七号出舱任务成功,证明了我国“飞天”舱外航天服设计的可行性和可靠性。
  舱外航天服相当于一个独立的“小载人飞船”,其造价十分昂贵。据新华社报道,我国第一代“飞天”舱外航天服一套造价高达3000万人民币!
  多年后,我国第二代“飞天”航天服亮相,相对第一代航天服又有了不小的改进提高。

第二代飞天舱外航天服
  第二代“飞天”航天服的综合性能和技术指标都有显著提升。据中央电视台报道,第一代“飞天”舱外服最多只能支持航天员在舱外活动4个小时,只能重复使用5次,而第二代“飞天”舱外服具有支持航天员8个小时舱外工作的能力,重复使用次数也提高到15次。
  我国第二代“飞天”舱外服性能的提高,增强了航天员执行舱外活动的能力,为中国空间站建造提供了有力的支撑。
  此前上天的第一代“飞天”舱外服造价就高达3000万人民币,现在新研制的第二代“飞天”航天服造价自然也不低。当然,外太空环境如此恶劣,作为“迷你载人航天器”的舱外航天服十分复杂,造价昂贵也在情理之中。
  美国曾为航天飞机项目研制的舱外航天服共15套,当时单价为1500万美元,如果考虑几十年来的通货膨胀,相当于现在的1.5亿美元,舱外航天服真不愧是世界上最昂贵的衣服。
二代“飞天”改进多
  据报道,第一代“飞天”舱外服自2004年开始研制,几年时间里突破和掌握舱外航天服技术,解决了中国舱外服的有无问题。神舟七号任务到现在已经过去了13年,舱外航天服设计团队精益求精,针对中国载人航天任务的发展和需求,自主研发进行了大量改进。

飞天舱外航天服的头盔
  不久前,中国载人航天工程航天员系统副总设计师张万欣接受采访时指出,第二代舱外航天服主要进行了3个方面的重大改进:首先是改变了航天服的结构布局设计;其次是提高了航天服的使用寿命;最后是提高了人服能力。第二代“飞天”舱外航天服相比第一代,不仅更为安全可靠,使用时间和寿命更长,而且测试维护性更强,穿着使用更舒适,可以满足未来空间站建设和运行阶段长时间舱外工作的需求。

航天员准备进行出舱活动程序训练
  第二代“飞天”舱外服让航天员感到不仅更易用,而且更舒适。据报道,第二代“飞天”舱外服重量高达130公斤,从里到外有6层之多,内部压强也有0.4个大气压。如果按常理推断,这么笨重臃肿的衣服肯定是很不好穿的,然而根据官方媒体报道介绍,第二代“飞天”舱外服可以满足1.6~1.8米身高的航天员穿着使用,它在适体性上采用一对多设计,一套航天服可通过调节尺寸满足所有航天员适体穿着的需求。
  另外,第二代舱外航天服穿脱起来也十分方便快捷。地面试验时,人们穿起它只需要约3分钟,最多也不超过5分钟。

刘伯明和汤洪波在“天和”内整理飞天舱外服
  第一代“飞天”舱外服关节基于仿生原理了采用了“虾”结构,保证了密封性和灵活性,但它在实际出舱中表现并不完美,翟志刚舱外爬行时就显得有些吃力。而第二代“飞天”舱外服关节部位使用小型化气密轴承等措施进行改进,大大提高了关节灵活性,减少了航天员舱外活动时的体能消耗。
  第一代“飞天”舱外服的手套可握住25毫米的铅笔粗细的东西,第二代“飞天”舱外服改进的加压手套能握住直径5毫米的物体,这对开展精细的舱外操作是十分有利的。
  此外,第二代“飞天”舱外服的摄像机和照明灯整合更充分,首次实现了航天员手臂操作区和胸前控制区的一体化集成照明设计,比原来的“飞天”舱外服以及美俄舱外服的分体式照明方案更先进,为航天员舱外活动提供了更好的助力。
飞向深空的保障装备
  人类载人航天活动正在从近地轨道走向深空。目前,美俄正在准备载人登月,美国还在为载人登月和载人登火研制新一代舱外航天服。
  未来的舱外航天服将服务于月球轨道站、载人登月和月面基地等任务,采用一系列改进措施。未来的舱外航天服将采用更先进更轻量级的结构,轻量坚固的结构能降低航天服的重量。考虑到深空发射需要的能量更大,降低重量有明显的经济效益,而月球和火星表面都有重力,重量轻一些也将减少航天员舱外活动的体力负担。
  未来的舱外航天服可能还将进一步提高内部压力。现在的航天服一般都是0.3~0.4个大气压的内压,虽然不太膨胀,有利于航天员活动手腿关节,但低气压下很容易出现减压病,航天员在出舱活动前,需要进行长时间的吸氧排氮活动。
  美国未来的舱外航天服计划将进一步提高内部压强,这样吸氧排氮时间可以大大减少。如果进一步提高到0.6个大气压,甚至更高的压强,吸氧排氮甚至可能省下来,可以支持更频繁的出舱活动。

2019年,美国宇航局公布的新一代航天服
  此外,未来的舱外航天服还将进一步提高关节的灵活性,这不仅有利于轨道失重环境下的舱外操作,对有重力的月球和火星表面活动,包括最基础的月面行走等操作,也将更为灵活和容易。
  当然,未来舱外服在提高内部压强的情况下,提高关节灵活性的难度相当大。另外,未来的舱外航天服在适体性上也将进一步改进,比如更方便的穿脱能力和体形适应性,更好的头盔视野和通信性能,更精细的环境控制能力,为航天员提供更舒适的舱外活动环境,以便更好地在真空等恶劣环境下开展舱外活动。
  未来的舱外航天服要支持人类登月,甚至登火,月球表面存在大量极为细小的尘埃,对航天服和航天员有很大危害。作为人类走向深空的保障装备,未来的舱外航天服还要精心设计防尘埃措施,比如采用整体式背部穿脱,以及将舱外服置于登月舱和月球车外部,最大限度减小月球尘埃对航天器和航天员的危害。

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