航天科普｜頂級高奢服裝揭秘：5億美元艙外航天服很不簡單

艙外航天服并不是一件簡單的衣服，它實際上可以看作是一艘小的宇宙飛船，只不過，這艘飛船只能夠乘坐一個人而已。

我們來看一下航天服所具有的功能。首先，它要能在太空保證航天員的呼吸和體表壓力，保證航天服內(nèi)的環(huán)境溫度。為了避免航天服在太空中膨脹過度，航天服內(nèi)部的氣壓不能太高，大概只有0.4個大氣壓，所以在其內(nèi)部供應(yīng)的是純氧。為了防止航天員呼出的二氧化碳在內(nèi)部聚集，引發(fā)中毒，航天服內(nèi)還要設(shè)置二氧化碳敏感器和去除設(shè)備。

艙外航天服是航天員出艙安全的重要保障

航天服一面被陽光直曬，升溫嚴重；另一面朝向黑暗宇宙，溫度極低。為了確保航天員的舒適，內(nèi)部要設(shè)置流體溫度控制系統(tǒng)，基本原理和冰箱冷藏室有點像。同時，航天服還要為航天員提供抵擋宇宙射線的防護層。上述需求，都必須在一件衣服內(nèi)部完成，已經(jīng)足夠復雜了。

艙外航天服還有一個非常麻煩的地方，那就是關(guān)節(jié)，特別是人的上肢關(guān)節(jié)怎么處理？包括肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)，既要保證人體上肢運動的自由度，又要保證氣密性良好，不能把航天服里面的氧氣漏掉。

為了解決這個問題，國內(nèi)外的航天服都采用了所謂的動態(tài)密封法，就是在關(guān)節(jié)的一端采用滑環(huán)，另一端采用橡皮圈，緊緊地壓在滑環(huán)上，這樣既能轉(zhuǎn)動又能密封。這種結(jié)構(gòu)不是設(shè)計制造出來就可以了，要經(jīng)過復雜而漫長的試驗測試。

縫縫補補又三年

當時，美國的艙外航天服是為航天飛機設(shè)計的，叫做“艙外機動單元”，簡稱EMU。它的“機動”名副其實，除了航天服本身，還要配置噴氣背包，為航天員在艙外活動期間提供一定的機動能力。當然所有這些功能的實現(xiàn)都離不開電力供應(yīng)。艙外航天服上裝有蓄電池，能夠支持航天員在艙外活動六七個小時，甚至更長時間。

這樣的一件衣服價錢當然會很高。美國EMU是重復使用的，每出艙25次就帶回地面維修一次。俄羅斯的海鷹航天服卻是出艙12次就報廢。屆時，它會被裝進貨運飛船，在大氣層中燒毀。所以，海鷹航天服的價格要低很多。

美國宇航局現(xiàn)役EMU艙外航天服

正是因為艙外航天服很貴，所以美國宇航局采用了修修補補的辦法，能湊合就湊合。

美國宇航局為航天飛機項目一共研制了18套艙外航天服，1號僅用于試驗，2號在地面試驗期間損毀。1986年在“挑戰(zhàn)者號”事故中損失了兩套，2003年的“哥倫比亞號”事故中中又損失了兩件。SpaceX公司第17次貨運飛船任務(wù)失敗，又損失了一套。剩下的11套中，有7套正在接受翻新和維護，因而國際空間站上能用的艙外航天服就只剩4套了。

那么，美國會不會為空間站制造新的宇航服呢？目前來看可能性不是太大。美國政府有意把國際空間站變成一個商業(yè)化的民營設(shè)施，要不要制造新的航天服，都是交給企業(yè)去考慮的。

實際上，已經(jīng)有一些企業(yè)開始進入這個領(lǐng)域。有一家叫作最終前沿的美國企業(yè)已經(jīng)和美國宇航局合作了10年，負責提供手套、肘部、肩部組件、零件和配件。前沿公司決心進軍整體航天服領(lǐng)域，據(jù)說有希望把造價降低到200萬美元以下。

艙外航天服能不能不那么貴？

還有另外一種艙外航天服，那就是在外星表面著陸之后，穿著出艙進行科學考察活動用的。到目前為止，這樣的航天服只有一種，就是美國阿波羅計劃期間研制的“外星表面機動單元”?！巴庑潜砻鏅C動單元”有兩個版本，第一版本在阿波羅7~14任務(wù)期間使用，第二版本在阿波羅15~17任務(wù)期間使用。

美國宇航局在航天服這個問題上的工作重點是重返月球，乃至于登陸火星。美國宇航局上一任局長布里登斯汀就曾經(jīng)在公開場合向人們展示了這種新的航天服，叫做xEMU。它看起來和今天的航天服有相當程度的不同，采用了更豐富的顏色，而不是之前的單純白色。它運動起來更加方便，在現(xiàn)場演示中，即使是在地球的引力環(huán)境下，穿著航天服的女科研人員照樣能夠靈活行走和運動。

2019年10月，美國宇航局展示的新一代xEMU艙外航天服

當然，xEMU同樣不便宜。到目前為止，美國宇航局已投資了大約2.5億美元。但是有些評論認為，這點錢遠遠不夠。xEMU最后的造價可能達到5億美元一套，世界上任何大牌服裝都不可能這么貴。如果研制成功，xEMU將跟隨阿爾忒彌斯計劃，保護著美國航天員登上月球，并且有朝一日登上火星。

美國宇航局設(shè)計的xEMU艙外航天服

其實歸根到底，艙外航天服價格太貴的原因是建造的數(shù)量太少，而研制實驗的費用太高。

如果在未來的某個時候，為了建設(shè)空間太陽能電站，為了開采小行星上的礦業(yè)資源，或者為了建造大型超大型空間站，甚至于為了讓游客體驗太空里的失重漂浮，需要有大量的人員身穿艙外航天部進入太空，那么它價格很可能就會降低下來。盡管它不可能降到普通工作服的水平，但是把價錢降低一個數(shù)量級還是可期的。

來源：中國航天報

本文刊登于2021年9月18日的《中國航天報·飛天科普周刊》