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看!未来航天服这个样!

来源:光明网-《光明日报》2025-02-20 02:55

  作者:钱航(中国青少年科技教育工作者协会理事)

  近日,经公开征集评选,我国载人月球探测任务登月服命名为“望宇”。目前,“望宇”登月服已全面进入初样研制阶段,各项工作进展顺利。

  航天服是保障航天员生命活动和工作能力的个人密闭装备。在太空中,航天服可以保护航天员不受高低温、真空、太阳辐射、射线和微流星等环境因素的侵害,并为航天员提供人类生存所需的氧气。

  在人类探索宇宙的征程中,未来的航天服将成为航天员在极端环境中生存和工作的关键装备。无论是载人登陆火星、探索太阳,还是登陆小行星,甚至飞出太阳系,航天服都需要具备超乎想象的性能和功能,以应对各种复杂和严酷的挑战。

  1.航天服隐藏的高科技

  我国的“飞天”航天服和“望宇”登月服是航天科技领域的重要成果,它们融合了众多高科技成果,为航天员在宇宙太空和月球表面的活动提供了生命保障和作业支持。这些航天服不仅体现了我国航天科技的先进水平,还展示了我国在材料科学、结构设计、智能化技术等方面的创新能力和综合实力。

  从材料科技的角度看,“飞天”航天服和“望宇”登月服采用了多种高科技材料,以应对宇宙太空和月球表面极端的真空、高低温、月尘及宇宙射线等复杂环境。服装主体由多层结构组成,从内到外依次为内衣舒适层、保暖层、通风服和水冷服、气密限制层、隔热层和外保护层。内衣舒适层选用质地柔软、吸湿性和透气性良好的棉针织品,以确保航天员在长时间飞行过程中保持干爽舒适。保暖层使用保暖性好、热阻大、柔软且重量轻的合成纤维絮片、羊毛和丝绵等材料,为航天员提供稳定的温度环境。通风服和水冷服在航天员体热过高时,通过气流循环和液冷管线有效散热,保障生命体征稳定。气密限制层采用氯丁橡胶等具有良好气密性的材料制成,确保在真空环境下,航天员周围有一定的压力,以保护生命安全。隔热层由多层镀铝聚酰亚胺薄膜或聚酯薄膜制成,有效隔绝月球表面的极端温差变化。外保护层采用镀铝织物等高强度、高耐磨材料,防火、防热辐射,并抵御宇宙射线和微小陨石的撞击。

看!未来航天服这个样!

  无穹航天展上展出的航天服 新华社发

  在结构设计方面,“飞天”航天服和“望宇”登月服注重轻量化与小型化,以提高航天员的活动能力和减少能量消耗。“望宇”登月服整体重量较前代减轻20%左右,核心功能模块的集成度提高了30%以上。这种设计不仅提高了登月航天员的活动能力,还减少了能量消耗。航天服的关节部位经过特殊设计,采用低重力环境关节配置,增强了人服活动能力。登月航天员可以轻松完成蹲、弯腰、攀爬等动作,大大提高了月面作业效率。此外,“望宇”登月服的外观设计也融入了诸多中国元素,如飘带、传统甲胄等。上肢的飞天飘带宽厚稳健,下肢则借鉴火箭升空尾焰造型,形成“一飞冲天”的视觉效果。这种设计不仅体现了中国文化的独特魅力,还寄托了中国航天科技团队对载人登月的美好希冀。

  智能化与信息化是“飞天”航天服和“望宇”登月服的另一大亮点。胸前的多功能集成控制台集成了多种操作功能,航天员可以通过简单的操作完成复杂任务。这种设计提高了操作的便捷性和高效性。航天服的面罩采用全景式防眩光设计,提升了视觉工效。同时,头部两侧配置了长短焦距摄像机,可实现远近景视频摄录,为航天员提供了全方位的视觉支持。此外,航天服还集成了先进的通信系统,能够实现航天员与地面控制中心、其他航天员之间的实时通信,确保信息传递的及时性和准确性。

  在生命保障系统方面,“飞天”航天服和“望宇”登月服配备了全套生命支持系统,确保航天员在宇宙太空和月球表面的生存。通风与水冷系统通过气流循环和液冷管线有效散热,保障航天员在高温环境下的生命体征稳定。综合防护面料能够有效防护月面热环境及月尘影响,确保航天员在复杂环境中的安全。此外,航天服还具备可靠的通信能力,确保航天员与地面之间的联络畅通无阻。

  未来,“飞天”航天服和“望宇”登月服将朝着更加智能化、多功能集成和模块化的方向发展。智能化发展将使航天服具备更强的自主决策和环境感知能力,能够更好地适应复杂多变的宇宙太空和月球环境。多功能集成将进一步集成更多功能,如医疗监测、科学研究等,为航天员提供更多支持。模块化设计将使航天服的各个部件可以快速拆卸和更换,方便维护和修理,提高航天服的可靠性和使用寿命。

  2.航天服的前世今生

  一般情况下,航天服必须具备五个功能:保持航天员体温;保持压力平衡;阻挡强而有害的辐射;处理航天员的排泄物;提供氧及抽去二氧化碳。从功能上看,航天服有舱内航天服和舱外航天服两种。显然,“飞天”航天服属于舱外航天服。

  航天服是从飞行员密闭服的基础上发展起来的多功能装备,从1965年美国人首次成功实现太空舱外活动至今,航天服的外观和细节历经种种变化,但其基本需求却始终没变。

  1961年,苏联SK-1宇航服诞生。苏联航天员尤里·加加林作为地球首次载人航天飞行的乘客,在“东方一号”宇宙飞船中穿的就是SK-1。SK-1不仅抗压而且有生命维持装备。

看!未来航天服这个样!

  中国登月服外观 新华社发

  1961年,美国推出了水星计划套装。该宇航服原型是飞行员的MK-4型抗压服,内层是有橡胶涂层的尼龙材质,外层由镀铝尼龙制成。这套宇航服能抵抗太空紫外线和热辐射。它的缺陷是当内压提高时,宇航员很难活动身体。1966年,美国研制出双子座宇航服。它的关节处采用充气的压力气囊和内部网状衬里来维持一定的压力,使宇航服整体膨胀的同时也能保持容易弯曲。它没有自己的生命维持系统,而是通过一根软管连接到飞船上来给宇航员提供氧气。1968年,美国研制出阿波罗宇航服。它有独立的生命维持系统,能提供氧气,空气流通,保持气压,过滤二氧化碳和冷却功能,可以让宇航员进行7小时左右的月球漫步,重量约80公斤。

  1973年,苏联研制出索科尔宇航服。它是一种救援服,设计的目的是让宇航员躺在飞船座椅上时感到舒服,不适合太空行走等船外活动。

  1973年,美国研制出A7LB宇航服。它是阿波罗宇航服的改进款,在液体冷却服模式下最长可以使用115小时,在非加压模式下可以使用14天。

  1977年,苏联研制出“海鹰”宇航服。它是半硬式设计的舱外宇航服,有着坚固的躯干和柔软的手臂。此后,苏联开始沿用“海鹰”航天服。

  1984年,美国研制出舱外移动套装。它用于航天飞机和国际空间站,能提供自身的环保,机动性和生命支持。2011年,美国研制出高级逃生服。它被戏称为南瓜套装。它根据人体造型把宇航服分成几个部分,分尺寸分批生产,加工成现成的服装。航天员只要从中选择合身的各部分,就可以组合成一套满意的宇航服。

  2019年,美国国家航空航天局公布出未来宇航服(XEMU)的概念图。XEMU是美国正在设计的一种新款宇航服。它可以适配所有宇航员的体型,不分男女。它的手臂移动性会比以往的宇航服更加灵活,能够使宇航员触摸到头顶和身体两侧。美国国家航空航天局不仅计划在月球使用它,也会在加以修改调整后用于未来的火星任务。近几年,SpaceX公司也不断推出和改进未来宇航服的设计,包括3D打印的头盔、通信设备、冷却系统和阻燃外层。

  3.人类步入太空的“保护罩”

  大胆想象一下,未来,当人类走向太空,踏上火星、登陆小行星……这些航天任务需要更多样的航天服。

  火星表面的环境极为恶劣,昼夜温差极大,辐射水平高,且存在微小陨石的威胁。因此,火星航天服将采用多层复合材料。外层为高强度、轻质的防热材料,能够抵御火星表面的极端温度变化和微小陨石的撞击。中间层为气密层,确保航天员在低压环境中能够正常呼吸和维持生命体征。内层则为舒适层,采用透气、吸湿的材料,保持航天员的体温和舒适度。此外,火星航天服将配备先进的生命保障系统,包括高效的氧气供应系统、二氧化碳去除系统、温度调节系统和辐射防护系统。氧气供应系统将通过电解水或化学反应生成氧气,确保航天员在火星表面的长时间活动。二氧化碳去除系统将采用先进的吸附材料,有效去除航天员呼出的二氧化碳,防止其在航天服内积聚。温度调节系统将通过液冷和通风技术,保持航天服内部的适宜温度。辐射防护系统将采用多层屏蔽材料,有效阻挡太阳和宇宙射线的辐射。

  登陆小行星需要的航天服,要具备极高的防护性能和适应性。小行星的表面通常布满岩石和碎石,重力极低,且缺乏大气层,对人体和设备造成严重威胁。因此,小行星航天服将采用极强的吸附装置,防止航天员意外飘走。

  飞出太阳系所需的航天服,要具备极高的性能和功能,以应对宇宙中的极端环境。太阳系外的宇宙环境充满了未知和挑战,包括极端的温度、强烈的辐射、微小陨石的撞击等。因此,太阳系外航天服需要具有长时间工作能力,同时由于距离地球太过遥远,只能智能自主完成相应任务。

  总之,未来的航天服将成为人类探索宇宙的重要装备,具备极高的性能和功能,能够应对各种复杂和严酷的挑战。随着科技的不断进步,未来的航天服将为人类探索宇宙提供更加可靠的保障。

  《光明日报》(2025年02月20日 16版)

[ 责编:孙琦 ]
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