楠木軒

艙外航天服僅美俄國能造,中國突破技術封鎖,用4年成功造出

由 秋長紅 釋出於 科技

近日,中國全新一代艙外航天服亮相,設計融入了 '' 中國紅 '' 元素,整體看起來科技感十足,非常酷炫。

很多人不知道,艙外航天服其實相當於一架小型航天器,比航空母艦還難製造,全世界僅有中美俄3個國家掌握製造它的技術,今天我們就來了解一下中國艙外航天服多牛。

艙外航天服的發展

隨著航天技術的發展以及空間站的出現,出艙活動對於完成大型航天器的建造、維護維修, 航天器的在軌捕獲和維修,以及載人航天的應急故障 處置,都發揮了極為重要的作用。

但是出艙活動面臨許多的風險,首先是惡劣的太空環境不適宜人類生存,其次是可能與太空廢棄物的碰撞。距離地表三百公里處的軌道速率為每秒7.7公里。這是一顆子彈的十倍飛行速度,所以質量只有子彈百分之一大小的微粒(比如漆料的碎片或一粒細砂)擁有的動能即等於一顆子彈,一旦擊中人,將會有生命危險。

20世紀60年代初,為驗證人類在空間生存和工 作的可能性,美國、前蘇聯開始了出艙活動的嘗試。在前蘇聯“上升”號 和美國“雙子星座”任務中釆用的艙外航天服,基本上是艙內航天服加上真空遮蔽隔熱服罩衣構成的簡易系統,透過臍帶/簡易供氧裝置進行開式供氧,不具備獨立工作能力,關節系統工效效能差,採用通風冷卻,熱舒適性差。

“阿波羅”登月計劃研製了真正的出艙活動系統一A7L艙外航天服,採用了全軟性結構 (艙內艙外通用),具有獨立生保系統和通訊功能,能 夠獨立工作6~7h,並首次採用了液冷系統。該航天服 需要根據航天員體型定製,穿脫口採用密封拉鍊,穿脫時間長達45分鐘。

目前,根據空間站發展的需要,現代的艙外航天服均是根據出艙任務要求專門設計的系統,不再採用出艙活動和座艙壓力應急通用航天服設計模式。目前, 國際空間站和美國太空梭使用的分別是俄羅斯 “海鷹”航天服和 EMU航天服。都採用了半硬式結構,即頭和軀幹部分為硬式結構、四肢為軟式結構,能夠獨立工作6~8小時。

艙外航天服的難度

航天服研製為什麼很難,首先艙外服是一項複雜的人機系統工程,它需要具備壓力防護功能,具有足夠強度的承壓結構,能夠為人體建立起賴以生存的壓力環境。

艙外服採取了一系列有效的熱防護措施,最大限度地降低與環境間的輻射熱交換,減少外部熱流交變對艙外服內環境的影響。艙外服還具備一定的抵抗微流塵/碎片和空間輻射的防護能力。

除此之外,它還需要具備氧調壓、通風淨化、溫溼度控制等功能的生命保障系統能。因為航天員在艙外活動是會不斷消耗氧氣的,所以需要做到自主補充人體代謝耗氧與艙外服的洩漏,維持艙外服的工作壓力。

以溫溼度控制系統為例子,航天員在進行艙外活動 時,會不斷地消耗氧氣、生產二氧化碳和水。二氧化碳、溼度控制的目的就是將航天員代謝產生的二氧化碳和水蒸汽從通風迴路中帶走,使二氧化碳和水蒸汽的分壓維持在規定的範圍內,同時兼具輔助散熱功能,從而保證航天員的正常生理活動。

最後,艙外航天服還需要具備一定的通訊保障能力,像艙外服狀態引數、 服內環境引數、航天員生理引數的監測與遙測傳輸,還有與飛船相關分系統實現無線全雙工通話等。

總的來說,艙外航天服為航天員提供三方面的保障。一是輻射、真空、微流塵等環境的防護;二是生命保障,也就是要保持一個適合人生存的氣體和溫度溼度環境;三是良好的功效保障,保證航天員穿著艙外航天服能開展維修器材等太空作業。可以說,艙外航天服就是把飛船的功能微縮在一套衣服上,這也是為什麼許多科學家認為它比航母更能造的原因。

中國艙外航天服多牛

在中國之前,全世界僅有美俄兩個國家掌握艙外航天服技術,但中國卻不為艱難,在神舟五號、神舟六號兩次載人任務之後,就向出艙任務進發,經過近4年的工程研製,突破多項關鍵技術,打破美俄技術封鎖,經歷了在各種嚴格模擬環境下的全面設計驗證和產品測試,最終研製而成。

中國神舟七號所使用的“飛天”艙外航天服相比美俄的艙外航天服,更是有多項創新。比如首次在艙外服上採用了 OLED,空間環境下 顯示可視性好、力學和高低溫環境效能強; 首次採用了數字個人資訊處理與控制系統等。

而這次中國研製的全新一代“飛天”艙外航天服,“飛天”艙外服總共有6層,具備防輻射、溫度調節和壓力調節等功能,外層的防護材料可耐受正負100攝氏度以上的溫差變化,堪稱國內最貴的服裝面料。它還有完備的生命保障系統,可以出艙工作8個小時。艙外航天服軀幹的設計厚度為1.5毫米,相當於兩根頭髮絲。既要保證一定的強度、剛度,又要儘量減輕重量,還要能承受一定程度的磨損,這對材料和工藝的要求之高,超乎想像。

在神七艙外航天服的基礎上,新一代艙外航天服對關節部位進行了修改,活動度要好一些,活動起來更加省時省力。此外,還增加了一些其他的電子裝置,包括攝像機這些東西,可以更好完成任務。

中國的艙外航天服目前技術已經達到了世界領先水平,在許多設計上,更是全球獨創,一套航天服的價格高達3000萬,從這你就可以看出它的價值所在。