圖:這是6月26日在北京航天飛行控制中心屏幕上拍攝的神舟二十號航天員陳冬(左)與陳中瑞在空間站組合體艙外工作的畫面。\新華社
艙外航天服是航天員在太空出艙活動中的核心裝備,保障着航天員的生命安全和高效作業。艙外航天服相當於一個微型載人航天器,代表着高科技領域的尖端技術,是一個國家載人航天實力的重要體現。今年7月,天舟九號貨運飛船向空間站運送新一批補給,其中包括兩套新的第二代「飛天」艙外航天服。
此前,中國空間站備有3套艙外航天服,均為「飛天」第二代航天服,飾帶分別為紅、藍、黃。由於空間站空間有限,研製成本和運輸成本比較昂貴,因此艙外航天服「一套衣服,多人穿用」,而這三套航天服都可通過調節,適應不同身高和體重的人體參數。A、B、C則是對應這三套艙外航天服的編號。艙外航天服是航天員執行出艙活動的鎧甲,可保護生命安全,抵禦外太空兩百多攝氏度溫差。此外,航天員在艙外穿的液冷服,為保證降溫,全是細密的小孔,供42根液冷管路線穿過,每兩孔間穿1厘米線,全身鋪設100米。
【大公報訊】綜合中國載人航天、央視新聞報道:航天服按用途可分為艙內航天服和艙外航天服。艙內航天服主要用於航天員在飛船發射和返回、交會對接時穿着;艙外航天服則是航天員出艙活動時使用的個體防護裝備,相當於小型載人航天器,用於生命和作業保障。航天服的結構設計、材料選擇以及工效性能等直接關係到航天員在太空中的生命安全和任務執行情況。
轉移艙外活動熱量大有學問
空間站艙外的太空環境,最高溫度和最低溫度之間相差兩百多攝氏度,艙外服手套作為保護人體末端的裝備,是如何保障航天員在高寒和高熱環境中免受傷害,並正常開展工作的呢?中國航天員中心艙外服系統總體主任設計師廖前芳表示:「防護層包括指套、隔熱墊,還有跟服裝外面的屏蔽層一樣的防護層。在低溫下正負50攝氏度左右的時候,它是可以長時間抓握的,但是在高溫下,正負110攝氏度左右這樣的溫度,它只能短時抓握。我們考慮在操作和爬行過程中,會雙手交替運動或是使用工具,這樣手也不至於太冷或者太熱。」
航天員在艙外活動時會產生熱量,需要穿上給身體降溫的液冷服。液冷服是由彈性材料製成的,全身上下全是細密的小孔,供42根液冷管路線均勻穿過,每兩孔間穿1厘米的線,全身上下鋪設100米左右,就得穿20000個孔,尤其是頭部的蛇形分布線路,得穿出個太極圖。
當前,中國使用的艙內航天服為頭盔與軀幹肢體服連為一體的密閉擬人形態軟式結構,採用開放式通風供氧,由航天頭盔、壓力服、航天手套、壓力調節器、通風供氧組件等組成。其中,壓力服由氣密層和限制層構成,前者有良好的氣密性,防止服裝加壓後的氣體洩漏;後者起到主要的承力作用,限制氣密層的過度膨脹,保證基本的人體賦型,由高強度、耐磨損的材料製成。壓力調節器能夠自動維持服裝內規定的工作壓力,為航天員創造合適的氣壓等生存條件。
中國自主研製的空間站「飛天」艙外航天服,整體上採用半硬式結構。服裝壓力防護原理與航天器一致,同時為保證其適體性、活動性等工效保障功能,整體設計為帶有活動關節的擬人形態壓力容器,內部通過氣體建立滿足人體生理需求的壓力制度,既對真空環境有效防護,又可在艙外作業中具備足夠的活動能力,通過足夠的氣體壓力防護,使得人體皮表具有自我限制能力。
優化關節技術 研發變壓力服
未來,隨着載人航天近地軌道任務常態化,深空探測任務逐步實施,航天服壓力防護技術將面向兩大方向:一是面向全硬式零預呼吸的壓力服,高壓力制度可減少或者取消出艙準備活動時吸氧排氮的過程;二是短期內以低壓力制度的軟體結構為主結構,通過深入研究和優化關節技術、輕量化承壓結構機構技術、先進材料技術以及成型工藝等關鍵環節,逐步推進航天服技術的革新,研發出能夠適應不同任務需求的變壓力制度軟式壓力服。