[科普中国]-NASA公布新一代宇航服，最大特点是“更灵活”

2019年10月，NASA公布了两款用于执行2024年“Artemis”载人登月计划的最新一代宇航服——登月宇航服（XEMU）和猎户座飞行服（Orion suit）。宇航服是一种个人防护装备，是为了让航天员能够在太空中抵御外界恶劣环境的危害，给宇航员提供必要的氧气、压力、温度等生存条件。从功能上看，航天服可以大致分为舱外航天服（EVA）和舱内航天服（IVA）两种。这两种宇航服之间到底有什么区别呢？此次NASA公布的新一代宇航服又做了哪些改进？舱外航天服实际上是舱内航天服的升级版；舱内航天服一般只需提供压力、供氧功能，是在紧急情况使用；而舱外航天服还需要具备隔热、防辐射等功能，并且需要独立的生命维持系统，是一个可移动的个人太空舱。舱外航天服（EVA）：是一个小型的载人航天器舱外航天服，主要用于出舱活动，它具有独立的生命维持系统，为宇航员提供水和氧气，还能够保护宇航员不受外界环境的危害，包括极端温度（-150℃~+120℃）、低压、辐射、微流星等，舱外航天服就是一个小型的载人航天器。此次NASA公布的登月宇航服（XEMU）就属于舱外航天服，英文全称Exploration Extravehicular Mobility Unit，即舱外探索机动单元，用于宇航员在月球表面行走时穿着。登月宇航服（XEMU）由舱外压力服和生命维持系统（白色背包）两部分组成，舱外压力服包括头盔、硬上衣、下衣和冷却服。头盔提供面部的保护，并且显示航天服的当前状态；硬上衣将宇航服内部和生命维持系统连接起来，并且连接手臂、手套、下衣等组件，它结实且轻巧；下衣由宇航服裤子，靴子和腰封的下半部分组成，腰部支撑零件可以帮助宇航员移动和转动，金属密封扣将下衣与坚硬的上衣相连；冷却服由液冷管道和弹性氨纶材料编织成的，它具有降温和排汗的功能；宇航服的柔性衣服由16层材料组成，每一层具有不同的功能，从内到外大约可以分为以下几个功能层——冷却服（冷却排汗）、气密限制层（加压）、抗撕裂层、隔热层（隔热防辐射）、外罩层（防火耐高温）等。登月宇航服（XEMU）采用了很多新设计。首先，XEMU在外观上采用红、蓝、白三色搭配，不同于以前纯白色的设计；其次，XEMU的新式通信系统采用嵌入式的方式，扬声器和麦克风安装在硬上衣和头盔的多个区域，并且不再使用通信头戴，解决了通信头戴出汗不舒服以及麦克风总是不能与宇航员动作一致、收声不便的问题；再次，XEMU的新款上衣安装了多个支撑轴承，增强了手臂和肩部的活动功能，宇航员可以将手臂举过头顶，这是以前的登月宇航服无法做到的，还设计了后入口，可以方便宇航员爬入宇航服。最重要的，XEMU的下衣使用最先进的材料，并设计了多个关节轴承，与上衣连接处也采用了轴承装置，使宇航员可以在臀部弯曲，腰部旋转，膝盖处增加弯曲，能够做出更大幅度、更灵活的扭腰以及转身等动作，这意味着宇航员未来在月球表面采样工作时动作会更加灵活；并且采用了具有弹性鞋底的远足式靴子，可以提供更大范围的月球行走能力。新款的宇航服使用了很多新的设计技术。一是为应对月球的特殊土壤环境（由微小的玻璃状碎片组成），新款宇航服具备防尘功能，可有效防止月球尘埃被吸入或污染宇航服和生命支撑系统，并且对新增的精密设备腰部轴承装置做了全密封处理，能够有效阻止尘埃的入侵。二是为了方便快速更换和适应更长时间的探月活动，新式宇航服采用模块化设计，所有的宇航服组件都像汽车的零部件一样可被更换，比如头盔上的防护面罩，如果破损或刮伤，只要将其更换，宇航服可继续使用。三是在宇航服人体工学设计时采用3D扫描设计，通过不同姿势的模拟，最大程度减少宇航服与身体的摩擦，增加舒适度。但是出舱行走还是得穿着强力吸尿裤，宇航员们依然会小小地不情愿一下；之后经过穿冷却服，穿下衣，连接冷却脐带，钻进硬上衣，背上能够提供8小时呼吸的生命维持系统，戴好具有加热功能的手套，密封加压吸氧等很多步骤后，就可以去月球上欢快地探索了。舱内航天服（IVA）：分为舱内压力服和舱内工作服舱内工作服是航天员在飞船入轨后正常飞行时，脱去舱内压力服后穿的衣服，舱内工作服一般来讲造型简洁，易于航天员在狭小的空间内穿梭，方便在舱内的活动和工作。舱内压力服主要用于飞船的发射和重返阶段，以及高风险变轨任务期间保护宇航员，比如近月任务和高速返回地球时。当飞船座舱发生泄漏，压力突然降低时，舱内与之配套的供氧、供气系统会启动工作，航天服内就会立即充压供气，并能提供一定的温度保障和通信功能，让宇航员在飞船发生故障时能安全返回。它区别于舱外航天服，不需要独立生命维持系统，由飞船提供氧气等，由柔性上衣和下衣组成。猎户座飞行服（Orion suit）就是属于舱内压力服，全称Orion Crew Survival System Suit，即猎户座宇航员生存系统服。Orion suit选择了亮眼的橙色，更容易被辨认，它具有轻巧、强度更高、尺码量身定制、更舒适等特点。它能提供纯氧模式，能够让宇航员立即投入工作；当飞船失压时，宇航员可以在于宇航服中安全生存6天。Orion suit还在持续性改进，它将执行Artemis登月任务并为火星探索任务做准备。从上世纪70年代阿波罗计划中的初代宇航服到现在，NASA首次对宇航服进行大升级，更新之后最大的特点就是：“更加灵活”。不禁让人憧憬：下一代宇航服又会是什么样的呢？作者| 马原野 中国航天科工二院二部北京仿真中心，助理工程师审稿| 钱航 中国运载火箭技术研究院总体设计部型号设计师文章由腾讯科普“科普中国头条创作与推送项目”团队推出转载请注明来自科普中国