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《科学24小时》

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航天服进化史

2017-12-18 18:20:00

  航天服是宇航员实现太空行走的最关键装备,它不仅是一件衣服,更是一艘小型太空船,一套保障宇航员生命活动和工作能力的个人密闭装备。它可抵御宇宙空间中的真空、高低温、太阳辐射等环境因素对人体造成的危害,时刻保护太空探索者的安全。

  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。

  第一代航天服于1961年在美国问世,当年5月,阿仑·谢泼德第一个成功地进行了美国最早的载人航天飞船计划——“水星计划”的亚轨道飞行。当时谢泼德所穿的航天服,是由美国海军为高性能战斗机飞行员设计的MK-4型压力服改进制成的。这种航天服由涂在布上的氯丁橡胶防护层和经过氧化铝处理的强化尼龙的内绝热层叠合而成,肘和膝关节部分缝入了金属链,以方便弯曲。但是当内压升高时,穿着第一代航天服的航天员难以活动身体。

  20世纪60年代中期,在实施“双子座计划”时,美国又开发了第二代航天服。这种航天服在封入空气压的压力囊外,蒙上了一层用特氟纶混纺材料织成的网。由于“双子座计划”要求宇航员进行舱外太空活动,因此与“柔软”的第一代航天服相比,第二代航天服加压时周身充满弹性,并且具有极佳的运动性。

  第三代航天服是美国实施“阿波罗计划”时使用的航天服。由于这项计划要求宇航员在月面活动,而月面活动与浮游在太空活动的情形不同,宇航员必须一边步行在遍地皆是岩石的月球表面,一边弯下身体采集岩石标本,因此航天服也必须更新换代。此外,新款航天服还要保证宇航员能经受住强烈的太阳光辐射,并且不会被从天而降的微小陨石损坏。

  第三代航天服在关节周围制成了伸缩自如的褶皱,大大提高了运动性能。但是,宇航员必须配套穿着特殊的“内衣”。这种几乎遮盖全身的网状内衣缝入了长达100米的管子,管内流着的冷水能将宇航员身上散发的热量吸走,排到宇宙空间,所以宇航员穿上此款内衣后会感到十分舒适。穿在内衣外的航天服由内绝热层、压力层、限制层(抑制压力层的膨胀)重叠而成,最外面还会蒙上由聚四氟乙烯与玻璃纤维制成的保护层。全套第三代航天服还包括强化树脂制成的盔帽、与航天服几乎一样多层的手套,以及密布金属网眼的长统靴。

  与以往的航天服相比,第三代航天服的根本优势在于采用了便携式生命保障系统。这套生命保障系统固定在宇航员背上,功能是供氧、二氧化碳净化和排除体热。

  为了迎接空间站时代的到来以及2020年的重返月球计划,美国宇航局正致力开发新一代航天服。

  目前,美国宇航局已经公布了新一代航天服Z-1的原型设计,该航天服以白色和绿色为主色调,头罩采用半球形透明设计。相较于第三代航天服,Z-1的最大改进是对各个接头和材料进行了重新设计,穿戴更为方便。此外,新一代航天服要求在保护宇航员免受严酷环境伤害的同时,有更好的活动能力和柔韧性,并提供长达120小时的生命支持,甚至还会装备可与地球直接相连的计算机系统。

  不过,人类制造和发展航天服的时间还相当短暂,相信未来的航天服将更适合人类航天和太空生活的需要。

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