“軟性”航天服 太空“硬科技”

“軟性”航天服 太空“硬科技”

新華社發

太空雖然看起來非常美麗，但是如果宇航員不穿航天服就走出航天器，那將非常可怕。由於沒有氧氣和外部氣壓，人類在15秒甚至更短時間內就會昏迷，血液和體液會“沸騰”，組織和器官會膨脹；會遭受極端的温度對比和變化之害，在陽光好陰影下的温差超過300攝氏度；會遭受宇宙射線、太陽輻射的帶電粒子的傷害；可能會受到高速移動的微小塵埃、岩石（微流星體）或衞星及航天器碎片的撞擊。

艙外航天服守護宇航員生命，是其完成太空任務的必備裝備。它能夠提供加壓的環境，給航天員供氧並同時去除二氧化碳。同時，它能保持舒適的温度並能保護航天員免受微流星體和輻射的傷害。此外，它還能讓航天員有清晰的視線，能夠輕鬆自如地移動，並能與外界交流。

航天服的研製是一個龐大的系統工程。就像輪胎一樣，航天服實質上是一個受到一層氯丁橡膠塗層纖維包裹的“膨脹氣球”。對航天服的“氣球”部分施加的限制向內部的航天員提供氣壓，這就好比在紙管內吹氣球一樣。航天服通過提供空氣壓力防止航天員的體液沸騰。

大多數航天服是在低於正常大氣壓的環境下工作的，因此，在航天員適應太空行走之前，必須降低航天器機艙壓力。否則，由於航天服和艙內的壓力變化，太空行走的航天員會有患減壓病的危險。

航天服內不能使用正常的空氣——78％的氮氣，21％的氧氣和1％的其他氣體——因為低壓會使肺部和血液中氧氣濃度變低，這是很危險的，就像攀登珠穆朗瑪峯時一樣。大多數航天服提供純氧用於航天員呼吸。這些氧氣或通過臍帶從飛船或航天服生命維持系統中獲取。

飛船和國際空間站裏都有正常的混合空氣，這些混合空氣可以模擬地球上的大氣環境。因此，在穿上航天服進行太空行走之前，航天員必須預先呼吸一段時間純氧，清除血液和組織中的氮氣，最大限度地減少風險。

在航天服的狹小空間內，二氧化碳濃度有可能達到致命水平。因此，多餘的二氧化碳必須從航天服中清除掉。航天服使用氫氧化鋰罐來去除二氧化碳。這些過濾罐位於航天服的生命維持揹包或航天器中。

為了應對極端的空間環境，大多數航天服都使用織物層（氯丁橡膠、滌綸等）以達到很強的絕熱效果，並覆蓋有反射外層（聚酯薄膜或白色織物）以反射陽光。航天員的身體會產生熱量，尤其是在進行劇烈活動的時候。如果產生的熱量沒有及時消除，航天員產生的汗水就會使頭盔蒙上一層水霧，同時航天員會嚴重脱水。在“雙子星”任務中進行太空行走時，航天員尤金⋅塞爾南的體重就減輕了數磅。航天服採用了風扇/熱交換器吹冷氣或液冷服降温的方法來排走多餘的熱量，如水星和雙子座計劃就是使用前面一種方法，而液冷服降温的方式則從“阿波羅”計劃一直使用到今天。

航天服擁有多層耐用織物，如滌綸或芳綸，以此來保護航天員免受微流星體的撞擊。這些織物層也能夠防止航天服在飛船、行星或月球的裸露表面上意外破裂。

需要指出的一點是：航天服只能提供有限的輻射防護，其中一些防護得益於它內置的聚酯薄膜反射塗層，但是航天服對太陽耀斑的輻射防護能力不強。因此，太空行走常常要在太陽活動不劇烈的時間段進行。

航天服的頭盔多是由透明塑料或耐用聚碳酸酯製成的。大多數頭盔上都有反射陽光的覆蓋物和用於減少眩光的有色遮陽板，其原理和太陽鏡一樣。在太空行走之前，頭盔的內側面板上都會被噴上防霧化合物。為了便於航天員看到陰影處的目標，現代航天服頭盔都安裝了照明系統。

在臃腫的航天服內，活動是非常困難的。為了解決這個問題，航天服的織物上配備了特殊的接縫或錐形設計，幫助航天員手、手臂、腿、膝蓋和腳踝能正常地彎曲。

航天服配有無線電發射器/接收器，這樣太空行走的航天員可以與地面控制器或其他航天員進行交談。 航天員還佩帶着麥克風和耳機。發射器/接收器放置在航天員的胸包/揹包裏。

在失重環境下，如果你推動某個物體，你就會朝着相反的方向飛去。早期太空行走的航天員報告了很多關於運動時位置保持的問題。當他們試圖轉動扳手時，他們就會飛向相反的方向。因此，航天器上都配備了腳限制器和扶手，以此幫助航天員在微重力環境下作業。此外，在執行任務之前，航天員會在地球上利用中性浮力水槽練習太空行走。

美國航天局還開發了一些航天服機動裝置，這些裝置可以使航天員在不受航天器的束縛下在太空中自由移動。其中一種被稱為載人機動單元（MMU），是一種帶有操縱桿控制的氣體推進器動力椅。美國航天局還開發了一種可以背在身上的氮氣推進裝置，稱為“艙外活動簡便救援裝置”（SAFER）。當航天員和航天器分離時，這種裝置可以幫助航天員返回飛船或空間站。 SAFER可裝載1.4千克的氮氣推進劑，並可以將航天員的速度最多改變約3米/秒。

（微信公號《太空夢想》供稿）

梁 釗