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宇航服主要分为舱内宇航服和舱外宇航服。舱内的宇航服主要用于载人飞船的发射和返回,保障宇航员在轨道运行时的生命安全;舱外航天服相当于微型载人飞船,是保障航天员在舱外活动中工作能力和生命安全的防护装备。目前,只有中国、美国和俄罗斯能够完全自主掌握舱外航天服的设计开发技术。
左图:中国舱外航天服;右图:中国客舱宇航服
中国
中国空间站的舱外航天服被称为“天妃”。它只有一个型号,不分性别和大小,可以根据每个宇航员的大小进行调整,可供1m 6到1m 8的人使用。舱外航天服是软硬结合(躯干为硬结构,四肢为软结构),由服装、头盔、手套、太空靴等组成。服装由六层组成,具有防辐射、高低温防护、压力调节等功能。并且还有一个生命维持系统,重达120多公斤。
两代“飞天”宇航服(来源:科学大院)
来源:新华社
来源:央视财经
当宇航员离开空间站进入太空时,将面临200度以上的温差、太空辐射等一系列考验。这时,我们的“飞天”舱外航天服就是宇航员最好的太空个人防护装备。舱外航天服内外共6层,包括液冷通风层、加压密闭层、限位层、隔热层、保护层等。最外层防护材料可承受100左右的温差;背部装有便携式生命支持系统,提供氧气、饮用水等维持生命所需的条件;手套采用了国际先进的“三维数字扫描”技术,可以握持铅笔厚度为25毫米的东西,是为每一位宇航员量身定做的。
来源:新华社
美国
美国航天飞机宇航服是目前最先进的舱外活动宇航服之一。它由14层楼组成,重约117公斤。它也用于国际空间站。它整体采用腰部穿脱结构,头盔可在颈部快速断开,生命支持系统安装固定在密闭背包内,与舱外服的连接采用外挂方式。
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美国EMU外形图
舱外航天服装备早期采用脐带的形式,由舱载设备提供供电、供氧和通风等功能;之后逐渐发展成便携式生保系统。如美国的 “双子星”舱外航天服采用脐带式生保系统,由舱内通过脐带(长约8m~18m)向舱外航天服供氧和控制各种环境参数;从“阿波罗”开始,美国的舱外航天服采用了便携式(背包式)生保系统。

NASA航天员完成国际空间站第200次太空行走
俄罗斯
开展载人航天活动以来,前苏联和俄罗斯已经研制出10种型号的舱外航天服,但仅有6种曾在载人航天活动中使用过,而主要使用的是其中的4种:海鹰-D型航天服、海鹰-DM型航天服、海鹰-DMA型航天服和海鹰-M型航天服。国际空间站使用的是海鹰-M型航天服,它重110多千克,属于俄罗斯制造的第4种改进型航天服。

海鹰-M型航天服

俄罗斯航天员谢尔盖·梁赞斯基在进行太空行走
俄罗斯的“海鹰”系列舱外航天服也是采用软硬结合式的结构设计,其整体头盔与躯干固定连接为一体,生保系统固定安装于背后的穿脱门内,外观类似于背包。

俄罗斯“海鹰”舱外服外形图

中、俄式舱外航天服穿脱方法 (来源 : 中国运载火箭技术研究院)
在舱外航天服的穿着设计方面,中俄的舱外航天服均采用的是“一体化后开门式”设计,或称背部穿/脱结构。航天员从航天服背部的一个铰链门进入航天服;而早期的美式舱外航天服则采用的是上、下分体套头样式,新美式舱外航天服则改进为“上、下分体背入式”。

中、俄式舱外航天服穿脱方法 (来源 : 中国运载火箭技术研究院)

早期的美式舱外航天服穿脱方法:先穿下半身,再套上半身(来源 : 中国运载火箭技术研究院)
美国EMU型舱外航天服可以承受最长8个小时的任务时间,工作压力约为30千帕;俄罗斯“海鹰—M型”舱外航天服可以承受最长7个小时的任务时间,工作压力约为 40千帕;中国的“飞天”舱外航天服则可以承受最长8个小时的任务时间。较低的工作压力可以使航天员的活动更为灵活,从而可能影响航天员能够完成的任务种类。

神舟十二号飞船(王泗江/摄)

在这里插播一下:现在的航天服有尿液收集装置,但早期可没有。当时美国一位航天员在快要发射时,突然想上厕所,可他所穿的航天服穿起来比较麻烦,按程序穿的话得几个小时。发射时间不等人,最后他只好直接尿在了航天服里,度过了一段极其不愉快的时光。因为这件事,美国后来研制出了尿不湿,当时主要用在航天服上,后来慢慢走向民用,成为小孩用的尿不湿。
世界载人航天技术发展的几十年里,美俄两国均经历了舱内航天服、舱内外航天服结合,再到舱内航天服和舱外航天服分开的发展路线。中国起步虽晚,但稳步发展;虽仍有差距,但迎难而上,相信我们未来一定会越走越远!
“我们的征途是星辰大海”
参考:
[1]肖志军, 管春磊, 李潭秋. 俄美航天服回顾与展望[J]. 航天医学与医学工程, 2011(06):460-466.
[2] 中国科普博览——《美俄“外套”各有千秋》
[3] 央视财经《经济信息联播》——太空出舱
[4] 中国航天报飞天科普周刊——《舱外航天服,把“飞船”穿在身上》