神十七乘組第二次出艙,航天服艙內艙外有何區別?
發(fā)布時(shí)間:2024-03-04
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北京時(shí)間2024年3月2日13時(shí)32分,神舟十七號航天員乘組圓滿(mǎn)完成第二次出艙活動(dòng),在上次出艙維修試驗的基礎上,此次出艙活動(dòng)重點(diǎn)完成了天和核心艙太陽(yáng)翼維修工作。值得一提的是,航天員在艙內和艙外所穿的航天服是有所區別的,艙外航天服需應對極端太空環(huán)境,功能更為全面。

通常,我們對于航天員的第一印象就是身著(zhù)航天服飛行在宇宙中,但其實(shí)航天服(俄羅斯和美國稱(chēng)宇航服)根據使用場(chǎng)景大致可分為兩類(lèi):艙內以及艙外。其中艙內航天服一般與艙內設備連接獲取電能、氧氣等,用于在航天器密封艙壓力下降到不適合人類(lèi)生存時(shí)為航天員營(yíng)造艙內壓力環(huán)境,保證航天員的生命安全。而艙外航天服更為復雜,是航天員在出艙活動(dòng)中抵御高真空、極端溫度、強輻射、微流星等惡劣的太空環(huán)境的必須裝備。在我國空間站建造的過(guò)程中,有越來(lái)越多的艙外工作需求,從神舟十二號開(kāi)始,出艙活動(dòng)成了每一個(gè)飛行乘組的必選任務(wù),艙外服的可靠性直接決定了任務(wù)的成敗。

艙內

人類(lèi)第一套艙內服

鮮為人知的是,航天服的歷史其實(shí)起源于航空,即為噴氣式飛機飛行員準備的壓力防護服,用來(lái)在極端高度的低壓、低氧環(huán)境下保護飛行員的生命安全。此類(lèi)防護服一般由橡膠制成,表面覆蓋有硬質(zhì)織物,飛機加壓艙一旦失壓,連接防護服的軟管會(huì )從機艙內氧瓶向防護服中輸送氧氣,從而使防護服內部保持一定的壓力。

人類(lèi)第一套真正的航天用壓力服誕生于蘇聯(lián),是尤里·加加林(第一位進(jìn)入太空的人類(lèi))在 1961年穿的SK-1宇航服,它是一套艙內航天服,從Su-9 噴氣式戰斗機飛行員使用的“Vorkuta”套裝改進(jìn)而來(lái)。增加了新型頭盔,并安裝了壓力傳感器,一旦壓力傳感器測量到艙內失壓(壓力過(guò)低),頭盔的透明面罩會(huì )自動(dòng)落下,保護航天員的生命安全。

蘇聯(lián)SK-1宇航服(圖片來(lái)源:wikipedia)

水星計劃艙內服

無(wú)獨有偶,美國NASA的水星計劃(1958-1963,是將第一批美國宇航員送入太空的計劃)采用的艙內壓力服,也使用了航空壓力防護服的原理,并在其基礎上增加了鍍鋁尼龍層、系帶靴子、手套和新型頭盔。宇航服內的氧氣通過(guò)位于腰部的“臍帶”供應,然后通過(guò)頭盔右側的軟管排出,在供氧的同時(shí)帶走了服內的部分熱量起到冷卻的作用。

美國水星計劃宇航服(圖片來(lái)源:wikipedia)


我國的艙內服

按照航天任務(wù)的傳統,在飛船的上升段以及返回段,為應對可能發(fā)生的失壓情況都要求航天員身著(zhù)艙內服,我國也不例外,同樣地,我國艙內服也是通過(guò)臍帶與飛船連接,實(shí)現供電、通風(fēng)以及應急狀態(tài)下的供氧。在登上飛船之前,通過(guò)航天員手持的設備來(lái)供電及通風(fēng)。


神舟十二號乘組出征(圖片來(lái)源:中國載人航天官網(wǎng))


Space X艙內服

宇航員們在SpaceX的龍飛船飛行任務(wù)中穿著(zhù)的宇航服可以被稱(chēng)為顏值最高的宇航服,它其實(shí)是艙內服,并不具備獨立的壓力控制、供氧等功能,僅重 9 公斤,外觀(guān)時(shí)尚、呈白色,大腿上的連接點(diǎn)可以連接龍飛船實(shí)現供電和供氧。每套服裝都是為宇航員量身定制的,以獲得最佳的舒適度,并配有 3D 打印頭盔。其手套與觸摸屏兼容,可與龍飛船的儀表板配合使用。

龍飛船飛行任務(wù)艙內服(圖片來(lái)源:SpaceX)


艙外

人類(lèi)第一套艙外服

人類(lèi)第一套艙外航天服“Berkut”同樣由蘇聯(lián)制造,在1965年與阿列克謝·列昂諾夫(第一位太空行走的人類(lèi))一起在“上升2號”飛船任務(wù)中完成了12分鐘的艙外行走。該服裝有不需要艙內供氧的獨立的生命支持系統,帶有能支持45分鐘艙外活動(dòng)的氧氣。對于艙外服來(lái)說(shuō),供氧和壓力控制之外,最重要的功能就是溫度控制,因為在艙外陽(yáng)光的直射下,物體表面溫度會(huì )高達100℃。為此“Berkut”增加了真空隔熱層,表面有鋁質(zhì)層,而且層與層之間有一定的間隙,以減少熱量傳遞,此外薄膜織物層鋪設有特殊的網(wǎng)狀材料來(lái)提高熱阻,進(jìn)一步加強溫度控制的效果,但代價(jià)是航天員的行動(dòng)受到了很大的限制。

頭盔面罩改進(jìn)為近半厘米厚的有色有機玻璃制成的特殊濾光片,用于降低光強,同時(shí)將太陽(yáng)光譜中具有生物危險的光濾除。

蘇聯(lián)Berkut艙外服(圖片來(lái)源:Wikipedia)


雙子座計劃艙外服

美國緊跟蘇聯(lián),雙子座計劃(1965-1966年)也安排了太空行走這項極具挑戰的任務(wù)。不同于蘇聯(lián)的設計,雙子座計劃艙外服仍通過(guò)連接航天器的“臍帶”給服內供氧。內部采用了橡膠氣囊保證宇航服的嚴格密封,因此,宇航員表示該宇航服內很熱而且非常僵硬,行動(dòng)不便。

美國雙子座計劃宇航服(圖片來(lái)源:Wikipedia)


阿波羅計劃登月服

阿波羅登月任務(wù)對于當時(shí)的美國來(lái)說(shuō)顯然是難度最大的艙外任務(wù),航天員必須離開(kāi)密封艙較遠距離在月面活動(dòng)較長(cháng)時(shí)間,而且月球表面的溫度范圍比低地球軌道更廣,約為-130~160℃。所以登月服雖然以雙子座計劃的艙外服為基礎,但是加強了溫控功能,設計了專(zhuān)門(mén)應對月壤及巖石的靴子,而且不再像雙子座計劃那樣依靠航天器來(lái)供氧,而是增加了“便攜式生命支持系統(PLSS)”,即我們通常所說(shuō)的“背包”。

也就是說(shuō),阿波羅計劃使用的艙外服由兩大部分構成:壓力服+背包。其中壓力服的組成部分包括:由13層材料構成的放熱、防輻射、防微流星、密封的服裝,內部用于降溫的3層液體冷卻和通風(fēng)服,以及其他配件。背包用來(lái)為服裝內提供氧氣、電力、冷卻水,去除二氧化碳,并配置有無(wú)線(xiàn)電通信設備和報警系統。后來(lái)的天空實(shí)驗室、航天飛機、國際空間站使用的艙外服都采用類(lèi)似的“背包”系統。

阿波羅11號登月服(圖片來(lái)源:ESA)


能獨立飛行的艙外服

從阿波羅之后,艙外服都不使用臍帶來(lái)供電、供氧了,而是通過(guò)背包來(lái)實(shí)現艙外服的獨立運轉,但是仍需要一條系繩將航天員與航天器連接在一起,以防航天員飄走無(wú)法返回。而美國的被稱(chēng)為“艙外機動(dòng)裝置”的宇航服由于背包帶有噴氣裝置,在艙外航天員通過(guò)該裝置控制自己的姿態(tài)、前進(jìn)方向,所以不需要束縛就能遠離和接近航天器。1984年,美國宇航員布魯斯·麥坎德萊斯(Bruce McCandless)在航天飛機STS-41B任務(wù)中,身著(zhù)該艙外服,在沒(méi)有系繩和臍帶電纜與航天器相聯(lián)的情況下開(kāi)展太空行走,最遠時(shí)飛離航天飛機達98米。

航天飛機STS-41B艙外行走畫(huà)面(圖片來(lái)源:Wikipedia)


我國的“飛天”艙外服

相信大家對我國的“飛天”艙外航天服并不陌生,“飛天”服專(zhuān)為長(cháng)達七個(gè)小時(shí)的太空行走任務(wù)而設計。神舟七號航天員翟志剛身著(zhù)“飛天”完成了我國首次艙外行走任務(wù),神舟十二號、十三號乘組身著(zhù)第二代“飛天”完成了數次空間站建設過(guò)程中的艙外工作。

神舟十三號航天員身著(zhù)“飛天”出艙畫(huà)面(圖片來(lái)源:中國載人航天官網(wǎng))


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