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从内到外分为6层
现场观察:如果忽略“暗藏”在航天服上的种种“机关” ,“飞天 ”很像一件加厚 、特大码的羽绒服。服装通体纯白,躯干像盔甲,四肢像面包。从上到下依次是头盔、上肢、躯干 、下肢、压力手套和靴子 ,背上还有一只1.30米高的大背包 。
那么,舱外航天服的内部构造是怎样的?
专家释疑:从内到外,舱外服分为6层:由特殊防静电处理过的棉布织成的舒适层 ,橡胶质地的备份气密层,复合关节结构组成的主气密层,涤纶面料的限制层,通过热反射来实现隔热的隔热层 ,以及最外面的外防护层。外层的防护材料可耐受正负100摄氏度以上的温差变化,堪称国内最贵的服装面料。
服装上肢(袖子)和下肢(裤腿)的长度可以根据每个航天员的身长进行调节 。通过调节大小,一套航天服可以用于不同身材的航天员 ,身高1.60米-1.80米的人都可以穿。
记者感受:舱外航天服躯干的设计厚度为1.5毫米,相当于两根头发丝。既要保证一定的强度、刚度,又要尽量减轻重量 ,还要能承受一定程度的磨损,这对材料和工艺的要求之高,超乎想像 。难怪整套服装的造价达到3000万元人民币左右!
中国舱内航天服 新华社发
舱内舱外服完全不同
现场观察:电控台 、气液控制台、气液组合插座、应急供氧管 、电脐带……躯干外壳上分布着各种仪器。一个只有汉语辞典大小的控制台里 ,集成了20多种阀门,每个阀门又是一个更精巧的开关集合体。在记者看来,这相当于把飞船的控制台整个搬到了航天员身上。别说准确操作 ,光记住它们的位置都很难 。
那么,同样都是航天服,舱外航天服跟舱内航天服有什么不同?
专家释疑:舱内航天服只保证压力,但舱外航天服什么都要管。飞船里的大多数功能 ,都要在舱外航天服里实现。总的来说,舱外航天服为航天员提供三方面的保障 。一是辐射、真空、微流尘等环境的防护;二是生命保障,也就是要保持一个适合人生存的气体和温度湿度环境;三是良好的功效保障 ,保证航天员穿着舱外航天服能开展维修器材等太空作业。可以说,舱外航天服就是一个“穿在身上的飞船”。
记者感受:世界上研制航天器的周期通常为7-10年,而中国的舱外航天服从立项到投入使用 ,用了4年时间 。这是中国航天人创造的奇迹,也是神七飞船上最大的亮点。
手套灵活性国际一流
现场观察:舱外航天服手套又肥又厚。把大拇指以外的4个指头缝合在一起的话,有点像拳击手套 。手心和指头内侧 ,则布满了密密麻麻的灰色橡胶凸粒,就像常见的防滑垫。
那么,戴着这么厚的手套 ,还能从事精细的操作吗?
专家释疑:航天服虽然是“批量”生产的,手套却是用国际上先进的“三维数字扫描 ”技术,为每个航天员量身定做的,既安全又灵活。戴上它 ,航天员能够轻松握持直径为25毫米的物体,拿起一个水杯不在话下 。手心握物部位的那些凸粒状橡胶,就是为了隔热和防滑而设计的。
记者感受:出舱活动主要靠手完成操作和“行走” ,手套必须灵活,同时又要有相当的厚度以保证气密性、隔热性,这在材料与工艺上几乎是矛盾的。而我们的科研人员经过无数次试验 ,终于制造出了灵活性国际一流的手套。
仿生结构活动自如
现场观察:舱外航天服重量为120公斤,最高能达到2米 。庞大的形体,反光的面罩 ,用一位香港明星评价航天服的话来说,“看上去很科幻”。
在失重的太空中,舱外航天服的重量不会对航天员造成困扰。但是 ,在加压充气之后,航天员会不会变成行动困难的“巨无霸 ”?
专家释疑:重而不笨 、行动灵活,是中国舱外航天服的一大特点 。设计师们在上肢的肩、肘、腕和下肢的膝 、踝等关节处,使用了气密轴承。在轴承的作用下 ,航天员的手脚可以随意转动,同时能严格保证气密性。科研人员还巧妙地利用了仿生结构,使关节活动更自如 。
舱外航天服的电控系统显示器也更方便查看 ,它采用了国际上最先进的OLED技术,全部采用数字信号处理,色彩更艳丽 ,而且更大、更薄、更省电 、更能耐受高低温。
记者感受:“飞天”是中国的第一代舱外航天服,就单个设备而言,功能不一定强大 ,但在系统的集成上具有优势。就完成目前任务的能力而言,这套服装接近国际水平 。
穿衣其实是“坐”进航天服
现场观察:在低压训练舱,记者目击了航天员穿上舱外航天服的过程——在工作人员的协助下 ,两名航天员小心翼翼地把双腿伸进航天服的下肢,臀部放在航天服的背包沿上,然后关闭背包门,像虫子钻进蚕蛹一样 ,把自己裹在了庞大的航天服中……整套动作,与其说是“穿”航天服,不如说是“坐 ”进航天服。
那么 ,舱外航天服穿一次要花多长时间?
专家释疑:在地面,穿上航天服的过程也就几分钟。但这之前的准备工作要花上不少时间:航天员在穿上贴身内衣后,首先要穿一件能够测量心跳、体温的生理背心 ,接下来是防静电的连体内衣,再用一层能给人体散热的紧身液冷服把人从头到脚包裹起来,然后戴上通讯装备 ,最后才穿舱外航天服 。在天上,这个过程就更复杂了。从穿衣的准备工作到全部穿好,时间长达15个小时。
记者感受:航天员体能要求之高 ,是因为地上一个小小的动作,在天上都非常费劲。国际空间站里维修航天器的那些航天员参加奥运会的话,估计拿全能冠军没问题 。
舱外服将留在太空
现场观察:飞船发射前,舱外航天服是打包固定在轨道舱壁上的。这可不是简单的“打包”——为了牢牢固定好航天服 ,使其不受上升段超重、过载的力学环境影响,工作人员用上了钢丝 、绳子、螺丝等各种办法,可谓“五花大绑”。
那么 ,完成出舱任务后,舱外服怎么进行再次“打包 ”?它随返回舱一同返回地面吗?
专家释疑:启封舱外航天服的确非常复杂 。“舱外服启封”项目分为21个操作单元,其中仅仅是“解开舱外服的包装物”就包含了12个大步骤 ,每个步骤又分为数十个动作。航天员需用钳子、扳手等工具,才能把衣服打开。所以,出舱任务完成后 ,要再“打包 ”就很难了 。由于体积 、重量的限制,这次我们的舱外航天服不随飞船返回,而是留在轨道舱里 ,日后随轨道舱的坠落而烧毁。
因为航天员脱离空间站的可能性微乎其微,即便真的脱离了,通过喷射背包也很难返回空间站,这个设置本身就很鸡肋 ,完全可以省去。
我国舱外航天服没有喷射装置从神舟十二号航天员首次出舱任务时,我国的“飞天”飞天舱外航天服就备受关注,相比美国1.5亿美元的造价 ,我国的舱外航天服只需要3000万元 。
与其说舱外航天服是一件天价的衣服,倒不如说它是个微型航天器,是航天员执行出舱任务时必须要穿戴的防护装备。
舱外航天服总重约120公斤 ,不过在太空失重环境下,重量可以忽略不计,舱外航天服除了具备舱内航天服所有的功能外 ,还具备防辐射、隔热、防紫外线、防微陨石等功能,还增加了液冷系统。
为什么说舱外航天服是一个微型航天器呢?因为舱外航天服拥有大部分跟空间站类似的功能 。比如航天员可以在里面正常呼吸 、喝水甚至补充食物,航天服背部有一个完整的生命保障系统 ,可以为航天员提供氧气,并净化他们呼出的二氧化碳,航天员也可以在里面小便,尿液收集器会把尿液收集起来。
航天员借助舱外航天服的功能 ,可以执行至多8个小时的舱外任务,验证太空行走的关键动作,安装空间站辅助设备等。比如神舟十三号航天员翟志刚、王亚平成功安装机械臂的组件以及悬挂装置 ,就离不开舱外航天服的各项功能。
总之我国的舱外航天服具备国际空间站舱外宇航服的大部分的功能,都可以为航天员出舱提供生命保证支持,但是我国的航天服没有喷射装置 ,这一点通过各种视频画面可以看出 。
为什么没有喷射装置?前面已经提到,美国虽然放弃了喷射座椅这种装置,但舱外宇航服上还是保留了一个小型的喷射装置 ,一旦宇航员发生意外脱离了空间站,可以借助这个喷射装置返回空间站。
那么我国的舱外航天服为什么不安装类似的装置呢?我认为有以下几个原因:
1、出于成本考虑
我国的舱外航天服虽然没有美国的造价那么夸张,但是第一代“飞天”舱外航天服的造价也要3000万 ,虽然第二代并未公布造价,但绝对不会比第一代的造价低。
舱外航天服上的每一个配件都是科技含量十足,制造成本高昂,如果增加一个喷射装置 ,势必会增加很多成本,要知道舱外航天服是有使用寿命的 。我国第二代“飞天 ”的使用寿命是3年或者15次舱外任务,这相当于航天员每次出舱的航天服成本至少要花费 ,200万元。
所以尽量减少舱外航天服上的多余功能,可以大大节约制造成本,这是很有必要的。
2 、喷射系统比较bug
按说我国载人航天工程为了保护航天员的生命安全 ,一般在航天器或者航天服上增加一些冗余功能,为什么要把喷射系统省掉呢?原因是这个功能比较鸡肋!
前面我们已经提到,舱外航天服上的喷射装置 ,是为了在航天员脱离空间站时返回舱内用的,但是航天员脱离空间站的可能性有多大呢?目前来看,还没有出现过!
航天员太空行走一般有多重防护来防止他们脱离空间站 ,空间站外壳有很多扶手,航天员可以使用安全绳让自己始终连接着空间站 。舱外航天服上的安全钢索,自始至终跟空间站的气闸舱相连,手套强大的附着力可以让航天员紧紧抓住扶手。
而且我国航天员前往任务点时 ,完全可以通过机械臂的辅助直接抵达,这就省去了移动过程中脱离空间站的风险。另外,喷射装置的操作非常复杂 ,航天员想要通过喷射背包返回空间站是非常困难的 。
结语我国载人航天工程始终坚持自主研发的道路,空间站的建造虽然可以参考国际空间站的很多技术,但是我国空间站是具有中国特色的太空实验室 ,而且具有后发优势,很多设备相比国际空间站更加先进。
我国的舱外航天服同样具有中国特色,在功能上完全不输国际空间站的舱外宇航服 ,但在成本控制上具备很大的优势,去除一些鸡肋的功能也是应该的。
喷射背包在美国早期载人航天历史上曾经出现并应用过,但这个装置操作复杂 ,还具备一定的危险性,它对航天员舱外行走的帮助并不大,我国舱外航天服完全没必要装配喷射系统 。
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