[科普中國(guó)]-NASA公布新一代宇航服，最大特點(diǎn)是“更靈活”

2019年10月，NASA公布了兩款用于執(zhí)行2024年“Artemis”載人登月計(jì)劃的最新一代宇航服——登月宇航服（XEMU）和獵戶座飛行服（Orion suit）。宇航服是一種個(gè)人防護(hù)裝備，是為了讓航天員能夠在太空中抵御外界惡劣環(huán)境的危害，給宇航員提供必要的氧氣、壓力、溫度等生存條件。從功能上看，航天服可以大致分為艙外航天服（EVA）和艙內(nèi)航天服（IVA）兩種。這兩種宇航服之間到底有什么區(qū)別呢？此次NASA公布的新一代宇航服又做了哪些改進(jìn)？艙外航天服實(shí)際上是艙內(nèi)航天服的升級(jí)版；艙內(nèi)航天服一般只需提供壓力、供氧功能，是在緊急情況使用；而艙外航天服還需要具備隔熱、防輻射等功能，并且需要獨(dú)立的生命維持系統(tǒng)，是一個(gè)可移動(dòng)的個(gè)人太空艙。艙外航天服（EVA）：是一個(gè)小型的載人航天器艙外航天服，主要用于出艙活動(dòng)，它具有獨(dú)立的生命維持系統(tǒng)，為宇航員提供水和氧氣，還能夠保護(hù)宇航員不受外界環(huán)境的危害，包括極端溫度（-150℃~+120℃）、低壓、輻射、微流星等，艙外航天服就是一個(gè)小型的載人航天器。此次NASA公布的登月宇航服（XEMU）就屬于艙外航天服，英文全稱Exploration Extravehicular Mobility Unit，即艙外探索機(jī)動(dòng)單元，用于宇航員在月球表面行走時(shí)穿著。登月宇航服（XEMU）由艙外壓力服和生命維持系統(tǒng)（白色背包）兩部分組成，艙外壓力服包括頭盔、硬上衣、下衣和冷卻服。頭盔提供面部的保護(hù)，并且顯示航天服的當(dāng)前狀態(tài)；硬上衣將宇航服內(nèi)部和生命維持系統(tǒng)連接起來，并且連接手臂、手套、下衣等組件，它結(jié)實(shí)且輕巧；下衣由宇航服褲子，靴子和腰封的下半部分組成，腰部支撐零件可以幫助宇航員移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，金屬密封扣將下衣與堅(jiān)硬的上衣相連；冷卻服由液冷管道和彈性氨綸材料編織成的，它具有降溫和排汗的功能；宇航服的柔性衣服由16層材料組成，每一層具有不同的功能，從內(nèi)到外大約可以分為以下幾個(gè)功能層——冷卻服（冷卻排汗）、氣密限制層（加壓）、抗撕裂層、隔熱層（隔熱防輻射）、外罩層（防火耐高溫）等。登月宇航服（XEMU）采用了很多新設(shè)計(jì)。首先，XEMU在外觀上采用紅、藍(lán)、白三色搭配，不同于以前純白色的設(shè)計(jì)；其次，XEMU的新式通信系統(tǒng)采用嵌入式的方式，揚(yáng)聲器和麥克風(fēng)安裝在硬上衣和頭盔的多個(gè)區(qū)域，并且不再使用通信頭戴，解決了通信頭戴出汗不舒服以及麥克風(fēng)總是不能與宇航員動(dòng)作一致、收聲不便的問題；再次，XEMU的新款上衣安裝了多個(gè)支撐軸承，增強(qiáng)了手臂和肩部的活動(dòng)功能，宇航員可以將手臂舉過頭頂，這是以前的登月宇航服無法做到的，還設(shè)計(jì)了后入口，可以方便宇航員爬入宇航服。最重要的，XEMU的下衣使用最先進(jìn)的材料，并設(shè)計(jì)了多個(gè)關(guān)節(jié)軸承，與上衣連接處也采用了軸承裝置，使宇航員可以在臀部彎曲，腰部旋轉(zhuǎn)，膝蓋處增加彎曲，能夠做出更大幅度、更靈活的扭腰以及轉(zhuǎn)身等動(dòng)作，這意味著宇航員未來在月球表面采樣工作時(shí)動(dòng)作會(huì)更加靈活；并且采用了具有彈性鞋底的遠(yuǎn)足式靴子，可以提供更大范圍的月球行走能力。新款的宇航服使用了很多新的設(shè)計(jì)技術(shù)。一是為應(yīng)對(duì)月球的特殊土壤環(huán)境（由微小的玻璃狀碎片組成），新款宇航服具備防塵功能，可有效防止月球塵埃被吸入或污染宇航服和生命支撐系統(tǒng)，并且對(duì)新增的精密設(shè)備腰部軸承裝置做了全密封處理，能夠有效阻止塵埃的入侵。二是為了方便快速更換和適應(yīng)更長(zhǎng)時(shí)間的探月活動(dòng)，新式宇航服采用模塊化設(shè)計(jì)，所有的宇航服組件都像汽車的零部件一樣可被更換，比如頭盔上的防護(hù)面罩，如果破損或刮傷，只要將其更換，宇航服可繼續(xù)使用。三是在宇航服人體工學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)采用3D掃描設(shè)計(jì)，通過不同姿勢(shì)的模擬，最大程度減少宇航服與身體的摩擦，增加舒適度。但是出艙行走還是得穿著強(qiáng)力吸尿褲，宇航員們依然會(huì)小小地不情愿一下；之后經(jīng)過穿冷卻服，穿下衣，連接冷卻臍帶，鉆進(jìn)硬上衣，背上能夠提供8小時(shí)呼吸的生命維持系統(tǒng)，戴好具有加熱功能的手套，密封加壓吸氧等很多步驟后，就可以去月球上歡快地探索了。艙內(nèi)航天服（IVA）：分為艙內(nèi)壓力服和艙內(nèi)工作服艙內(nèi)工作服是航天員在飛船入軌后正常飛行時(shí)，脫去艙內(nèi)壓力服后穿的衣服，艙內(nèi)工作服一般來講造型簡(jiǎn)潔，易于航天員在狹小的空間內(nèi)穿梭，方便在艙內(nèi)的活動(dòng)和工作。艙內(nèi)壓力服主要用于飛船的發(fā)射和重返階段，以及高風(fēng)險(xiǎn)變軌任務(wù)期間保護(hù)宇航員，比如近月任務(wù)和高速返回地球時(shí)。當(dāng)飛船座艙發(fā)生泄漏，壓力突然降低時(shí)，艙內(nèi)與之配套的供氧、供氣系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)工作，航天服內(nèi)就會(huì)立即充壓供氣，并能提供一定的溫度保障和通信功能，讓宇航員在飛船發(fā)生故障時(shí)能安全返回。它區(qū)別于艙外航天服，不需要獨(dú)立生命維持系統(tǒng)，由飛船提供氧氣等，由柔性上衣和下衣組成。獵戶座飛行服（Orion suit）就是屬于艙內(nèi)壓力服，全稱Orion Crew Survival System Suit，即獵戶座宇航員生存系統(tǒng)服。Orion suit選擇了亮眼的橙色，更容易被辨認(rèn)，它具有輕巧、強(qiáng)度更高、尺碼量身定制、更舒適等特點(diǎn)。它能提供純氧模式，能夠讓宇航員立即投入工作；當(dāng)飛船失壓時(shí)，宇航員可以在于宇航服中安全生存6天。Orion suit還在持續(xù)性改進(jìn)，它將執(zhí)行Artemis登月任務(wù)并為火星探索任務(wù)做準(zhǔn)備。從上世紀(jì)70年代阿波羅計(jì)劃中的初代宇航服到現(xiàn)在，NASA首次對(duì)宇航服進(jìn)行大升級(jí)，更新之后最大的特點(diǎn)就是：“更加靈活”。不禁讓人憧憬：下一代宇航服又會(huì)是什么樣的呢？作者| 馬原野 中國(guó)航天科工二院二部北京仿真中心，助理工程師審稿| 錢航 中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院總體設(shè)計(jì)部型號(hào)設(shè)計(jì)師文章由騰訊科普“科普中國(guó)頭條創(chuàng)作與推送項(xiàng)目”團(tuán)隊(duì)推出轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來自科普中國(guó)