天天科普 | 航天服关节处的设计，竟然和小龙虾有关？-

8月20日

神舟十二号航天员再次出舱

任务进展顺利，提前40分钟就完成了

第一项出舱任务

北京时间2021年8月20日14时33分，经过约6小时的出舱活动，神舟十二号航天员乘组密切协同，圆满完成此次出舱活动期间全部既定任务，比原计划提前了约1小时，空间站阶段第二次航天员出舱活动取得圆满成功。

今天我们来研究一下：

航天员此次出舱任务有哪些？

航天员在太空的出舱活动有多危险？

新一代“飞天”舱外航天服是如何保护航天员的？

出舱任务

8月20日，当航天员聂海胜扳下最后一个扳手，本次出舱活动的一个重要任务——安装热控系统扩展泵组，顺利完成。

扩展泵组是由中国航天科技集团五院热控团队研制，被称为空间站舱壁外的“回路心脏”，是空间站热控系统流体回路运行的动力源之一，将为我国空间站15年长寿命的稳定运行强本固基。

由于没有大气层的保护，在太阳光线直射下，空间站表面温度最高可达150摄氏度以上，在背阳面，温度最低可达零下100度以下。在这种严酷的太空环境中，热控系统是保障空间站设备正常运行，以及航天员太空生活冷暖舒适的重要系统。

空间站热控系统的核心之一是流体回路，是整个航天器的“命脉”。据五院空间站热控流体回路系统技术负责人郑红阳介绍：

流体回路均匀地包裹住了空间站的重要部位，通过特殊液体在管路内的往复循环，将舱内设备以及航天员生活产生的热量收集起来，通过回路带到相应的设备和结构中实现散热和补热功能，同时还能精确控制空间站不同“房间”的温度，保持温度的均匀和稳定，可谓是量身打造的“中央空调”。

从理论上来说，在太空环境中为空间站安装流体回路泵阀部件，是一件操作复杂、极具挑战的工作。要知道，身穿舱外航天服的航天员受到很大限制，一个拧螺丝的简单动作，可能都会消耗不少精力和时间。

在安全、简单、可靠三项原则基础上，热控团队提出了精巧易用的方案，把所有需要更换的零件集成在一个扩展泵组中，让航天员只需要“傻瓜操作”就能完成更换，像换轮胎一样轻松。

经过热控专家的精心设计，安装步骤分为“一钩，二锁，三通，四连”。

一钩，就是扳动2个锁钩，将泵组钩住空间站舱体，初步将组件固定在空间站资源舱壁上；

二锁，即在钩住舱体的基础上，拨动2个锁定扳手，将泵组位置彻底锁定在相应位置；

三通，就是旋转精巧的手轮接通泵组的电路；

四连，就是扳动两个扳手，完成液路的连通。整个过程中，航天员的动作简洁流畅，不需要安装任何螺钉。

台上十分钟，台下十年功。完美契合工效学要求的扩展泵组，凝聚着热控团队倾尽十年的研制心血，加上地面的无数次验证，才有了此次航天员在太空中顺利高效的安装动作。这次出舱活动既完美验证了在轨更换泵组的技术，更为后续空间站组合体建造和长期稳定运行奠定了基础。

“危险”的出舱

第一个出舱活动的航天员是1965年的苏联人列昂诺夫。因为当时人类对舱外的环境一无所知，所以他遇到了很多危险，其中最危险的便是返回阶段。

由于错误地估计了舱外的真空环境，他身上的航天服膨胀起来，无法进入气闸室。这种情况持续了20多分钟，列昂诺夫只得手动降低了航天服内的气压到一个比较危险的水平，最后才勉强入舱。

2008年神舟七号也经历了波折。原本两名航天员翟志刚、刘伯明准备出舱执行任务，但打开舱门的瞬间，舱内就响起了“轨道舱火灾”的警告提示音。刘伯明当机立断，让翟志刚继续执行任务，自己在舱内协助。后来经过检查才发现，火灾警告是系统误报，神舟七号一切正常。

在太空无比复杂的环境中，即使提前做好了一切准备，也无法预知下一秒钟会发生什么，可以说出舱是一场“冰与火的刀尖舞蹈”。

舱外航天服

航天员出舱后面临的环境十分恶劣，比如要在短时间内多次面对高低温交替、空间辐射、真空环境、微流星和太空垃圾等一系列考验，因此一件合格的舱外航天服不仅需要具备独立的生命保障和工作能力，还要包括温度调节和人体平衡控制、氧气控制和压力控制、测控和通信保障、人体代谢物收集处理等功能。

第二代“飞天”航天服内部有6层结构：

第一层是特殊防静电处理过的棉布织成的舒适层以及尿液收集装置；

第二层是散热的液冷通风层，也是备份气密层；

第三层是复合关节结构组成的可以加压的主气密层；

第四层是涤纶面料的限制层，用于限制加压气密层向外膨胀；

第五层是通过热反射来实现隔热的隔热层，可以应对舱外巨大的温差变化；

第六层是外防护层，由多种纤维复合织物制成，面料柔软，耐穿耐磨耐腐蚀，还能防辐射。

这六层结构可以实现真空防护、高低温防护和辐射防护、供氧保暖、压力调整等功能，保证航天员在舱外免受外部环境侵害，得以保障生存和执行任务。

最值得一提的便是航天服最顶部的金色头盔。新一代头盔可以提供更广阔的视野。头盔内部装有摄像头、照明灯、报警指示灯和面窗。仅仅面窗就包含了四层结构：

最外一层是滤光面窗，可以根据阳照区和阴影区来决定放下或打开，以调节入眼光线保证航天员可以在不同阶段均正常工作；中间一层是防护面窗，可以更换，主要起到防护作用；最内的两层是压力面窗，中间充氮气，可以起到隔热和防止结雾的作用。

此外，头盔外壳还装有电控台、气液控制台、气液组合插座、应急供氧管、电脐带等。为了传输航天员的各项参数，头盔上配备了无线和有线两种通信方式，并配备有显示屏，还可以直接与地面通话。

同时，航天服采用人性化设计，为了保证航天员操作的灵活性，在臂轴承、腕轴承等主要关节处采用了轴承设计，并可以为每位航天员量身定做。说出来大家或许不信，航天服关节处的设计，竟然和我们日常见到的小龙虾有关。

为了平衡防护强度和灵活性，工程师从龙虾尾部的层叠结构中得到了灵感，利用仿生学原理设计了一种类似的结构，既保证了强度，又满足了出舱活动的需要。