在外太空的航天员头盔破裂了会有多可怕？

科普中国-科普融合创作与传播 2019-07-04

　　出品：科普中国

　　制作：中国宇航出版有限责任公司

　　监制：中国科学院计算机网络信息中心

　　在电影《流浪地球》中有一个惊险的片段，就是由吴京扮演的刘培强和阿尔卡基·沙罗格拉茨基扮演的马卡洛夫为了拯救地球，被MOSS（领航员空间站核心智能主机）攻击，在这个过程中，航天员马卡洛夫的头盔被击中而发生了破裂，最终不幸遇难。

　　如果执行出舱任务的航天员头盔破裂了会有多可怕？头盔破裂为什么会导致航天员不幸遇难呢？

　　图片来源：电影《流浪地球》

　　头盔由头盔壳、面窗结构、颈圈以及各种防护组合件组成。在航天飞行中，头盔主要用于为航天员的面部营造舒适的、安全的密闭大气环境，保证航天员的视、听感官，防护航天员头部不受各种力学的和空间环境因素的伤害。

　　戴上感觉酷酷的头盔

　　（图片来源：NASA）

　　小小的头盔也是守护航天员安全的关键之一。不知道大家有没有发现，连NASA的吉祥物史努比也戴了一款鱼缸样式的头盔呦！

　　NASA吉祥物头戴航天头盔的史努比

　　(图片来源：NASA)

　　目前在载人航天中使用的头盔可分为软式与硬式两种。其中软式头盔大多数作为舱内航天服的组件，在飞船发射、轨道压力应急和返回过程中，软式头盔能起到隔音、隔热、减震、通信等功能。

　　戴着软式头盔的航天员杨利伟

　　(图片来源：国家航天局）

　　硬式头盔一般用于航天员舱外活动。由于航天员在舱外活动中所遭遇的环境条件更为严酷，遇到的突发情况也更多，因此，与软式头盔相比，硬式头盔的功能更加强大。本文将主要讲述硬式头盔的特点和作用。

　　设计够精良，执行任务才能更安全

　　航天员穿着带有头盔的舱外航天服执行出舱任务，短则十几分钟，长则几个小时。这就要求头盔内部不但要有满足航天员生存最基本的条件，还要具有适当的舒适性。通常它需要满足以下几点需求：

　　戴着头盔的航天员（图片来源：NASA）

　　首先，头盔的尺寸要与穿戴者的头型相适应，保证航天员的头在里面可以左右转动，这样航天员的头部就不会因为长时间不动而感到僵硬不适。

　　其次，头盔的内部设计要满足航天员最基本的生理需求。比如，作为硬式头盔的一种，固定式全透明的钟罩式头盔的内腔壁就会装有硬衬垫和软衬垫。衬垫上镶有细管道，它兼有减震、隔热、消声、通风和供氧等功能。

　　再者，头盔内部还留有安装生理测试部件的空间、航天员佩戴通信头戴的空间以及便于排出人体呼出的二氧化碳和水汽的空间。

　　外壳够坚固，防范“攻击”才能更从容

　　航天员在出舱活动时，可能会受到流星微粒、月壤、月尘等物质的“攻击”。例如，1969年阿波罗12号任务的航天员在完成月球行走后，航天服头盔的视窗玻璃就出现了被月尘划伤导致视物模糊的情况。

　　正在月球上执行任务的阿波罗12号航天员

　　(图片来源：NASA)

　　出现类似的问题，不但会影响任务的顺利进展，严重的还可能会威胁到航天员的生命安全。所以，航天员的头盔必需具有强度大、抗冲击的特点。

　　此外，太空是一个强辐射环境，不仅有宇宙大爆炸时留下的辐射，各种天体也向外辐射电磁波，许多天体还向外辐射高能粒子，形成宇宙射线。例如，太阳会发出太阳电磁辐射、太阳宇宙线辐射和太阳风等。这些辐射可能会引起航天员身体器官的物理损伤，导致癌症或者其他疾病。因此，头盔作为航天服的一部分，其最重要的作用之一就是对出舱活动的航天员进行辐射防护。

　　视野够清晰，操作才能更顺利

　　在飞船舱内的双子星座9号航天员

　　（图片来源：NASA）

　　所以为了使航天员具有清晰的视野，头盔的面窗除采用特殊的材料保证透光良好外，还要有防雾、去湿的措施。因为航天员出舱活动时可能会遇上-150℃的低温，同时面窗内的温度也会下降。当降到空气露点以下时，面窗上就会结雾，妨碍航天员的视线。

　　为了解决这一问题，头盔的设计通常会采用通风去湿法、双立层面窗法、电热面窗法和化学防雾剂法等，以保障面窗的透明度。另外，头盔上一般还会安装照明灯，用来照亮航天员胸前部分，使航天员拥有更清晰的视野，方便航天员进行操作。

　　穿脱够方便，突遇状况才能更沉着

　　2013年7月16日，国际空间站意大利航天员卢卡·帕尔米塔诺在出舱活动进行到1小时32分钟时突遇航天服头盔漏水的情况。

　　当时，漏水导致他的视线受到阻挡，失去了方向，不确定朝哪边走才能回到空间站的舱门。更糟糕的是，水漫过他的鼻子，灌进了他的耳朵，导致他难以呼吸。帕尔米塔诺尝试联系同伴卡西迪和地面控制中心，但卢卡在水中的声音渐趋微弱，没有人能够听到他的求救。

　　意大利航天员卢卡·帕尔米塔诺

　　(图片来源：NASA)

　　后来他只好使用安全绳自救，即利用安全绳的反冲原理把自己“拉”回到了空间站舱门。最后，同事们将帕尔米塔诺拉入舱内，帮他脱掉头盔，大家发现，这里面已积了1～1.5L的水。好在漏水事故没有对帕尔米塔诺的健康造成危害。经过调查，这次事故的原因可能是装有生命保障系统的舱外航天服背包出现了问题。

　　系着安全绳的航天员(图片来源：NASA)

　　为了应对类似的意外，航天员的头盔还需具有穿脱方便的特点。头盔的颈圈是连接服装与头盔的部件，分上、下两圈，也是保证头盔穿戴方便的关键。在穿戴服装与头盔时，先将上下圈连接上，再连接头盔与服装。颈圈的设计具有良好的气密性和连接强度，在紧急情况下，可以使穿戴者能快速进行断开、接、锁紧等操作，从而最大限度的保护航天员的安全。