飛天航天服

飛天航天服

名字叫“飛天”,可以支持4個小時的艙外活動…… 神七航天員出艙行走,艙外航天服是關鍵。 中國研製的艙外服是什麼模樣?在航天員出艙行走過程中到底會起到什麼樣的作用?來自中國航天員科研訓練中心的設計師們一一揭開這些數字背後的“謎底”。

飛天航天服簡介

熱點一:穿在身上的“飛船”

飛天航天服 飛天航天服

觀察:最高能達到2米,軀幹像盔甲,四肢像麵包,再背上1.30米的大背包……誰要是在大街上穿上這么一身“行頭”,一定會被當作“天外來客”。

這就是中國的艙外航天服,在沒有加壓的狀態下,軟軟地躺在中國航天員中心一間實驗室里。

服裝通體純白,從上到下依次是頭盔、上肢、軀幹、下肢、壓力手套、靴子服裝的四肢裝有調節帶,通過調節上臂、小臂和下肢的長度,身高1.60米-1.80米的人都能穿上這套衣服。

壁厚僅1.5毫米的鋁合金軀幹外殼上密集著各種儀器:電控台、氣液控制台、氣液組合插座、應急供氧管、電臍帶。僅是十幾厘米見方的電控台里,就有照明、數碼管控、機械式壓力表等9個開關,氣液控制台里的閥門更是多達20多個。

在看來,這完全就是把飛船的控制台整個搬到了航天員身上。別說是怎么操作,就是每個開關的位置,要記得一清二楚,也不是件容易的事——難怪航天服手腕處裝有一面小鏡子,航天員可以通過鏡子,隨時察看自己身上的各種開關。我國的艙外航天服自上而下依次由頭盔、上肢、軀幹、下肢、壓力手套、靴子組成;從內而外分為六層,分別為:由特殊防靜電處理過的棉布織成的舒適層、橡膠質地的備份氣密層、複合關節結構組成的主氣密層、滌綸面料的限制層、通過熱反射來實現隔熱的隔熱層、最外面的外防護艙外服跟艙內服完全不一樣。艙內服只保證壓力,但艙外服卻要發揮各種作用,飛船的大多數功能,都要在艙外服里實現。可以說,艙外服就是一個穿在身上的小型飛船。艙外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濕度環境;三是良好的功效保障,保證航天員穿著艙外服能開展維修器材等太空作業,因此,艙外服必須足夠複雜、具有一定的強度,才能實現以上這些功能。"飛天"艙外航天服是我國第三次載人航天飛行中最難的一項技術,它的整體設計和各部件的設計、組裝都是中國人自己完成的。就完成任務的能力而言,已經接近國際水平。同時,這套艙外服有自己獨有的特點。

專家解說

(航天醫學工程總體研究室主任劉偉波):艙外航天服是我國第三次載人航天飛行中最難的一項技術。雖然都是航天服,艙外服跟艙內服完全不一樣。艙內服只保證壓力,但艙外服什麼都要管。

艙外服必須足夠複雜、具有一定的強度,才能實現以上這些功能。

熱點二:“重而不笨”的中國特色

觀察:這么重的一套衣服,在天上還要加壓“充氣”。航天員穿上後,會不會變成行動困難的“巨無霸”?

答案是否定的。重而不笨、行動靈活,是中國艙外航天服的一大特點。設計師們在上肢的肩、肘、腕和下肢的膝、踝等關節處,使用了氣密軸承。在軸承的作用下,航天員的手腳可以隨意轉動,同時能嚴格保證氣密性。手背則用上了可以翻折的熱防護蓋片,不僅能提高手指的熱防護能力,還能保證手指的關節活動性。

艙外用的手套,看上去特別厚實。把大拇指以外的4個指頭縫合在一起的話,有點像拳擊手套。手背為白色,手心和指頭是灰色的——密密麻麻的灰色橡膠凸粒,具有防滑和隔熱的作用。航天服雖然是“批量”生產的,手套卻是用國際上先進的“三維數字掃描”技術,為每位航天員量身定做的。

出艙活動主要靠手完成操作和“行走”,手套必須靈活,同時又得有相當的厚度以保證氣密性、隔熱性,這在材料與工藝上幾乎是矛盾的。科研人員經過無數次試驗,終於製造出了既安全又靈活的手套。中國艙外服的手套靈活性國際一流,航天員能夠輕鬆握持直徑為25毫米的物體。

航天服的左臂上印著鮮紅的國旗,右臂上有兩個大字:“飛天”。

專家解說

(航天服研究室主任劉向陽):“飛天”是中國研製的第一代艙外航天服,整體設計和各部件的設計、組裝都是中國人自己完成的。就完成任務的能力而言,接近國際水平。

這套艙外服有很多我們獨有的特點。在關節上,科研人員巧妙地利用了仿生結構,使關節活動更自如。電控系統上,中國艙外服全部採用數位訊號處理,顯示屏則採用了國際上最先進的OLED技術,使顯示器更大、更薄、更省電、更能耐受高低溫,顯示色彩更艷麗,以方便航天員查看。

艙外服就單個設備而言,功能不一定強大,但在系統的集成上具有優勢。

熱點三:穿起來很“麻煩”

飛天 飛天

觀察:艙外服是門大學問,穿艙外服同樣不簡單。這是在低壓艙訓練中看到的一幕——兩名航天員從準備間走進實驗艙,純白和純藍色的緊身液冷服,把他們從頭到腳包得如同電影裡的“蜘蛛俠”。在工作人員的協助下,他們像蟲子鑽進蠶蛹一樣,進入了航天服。

與其說是“穿”航天服,不如說是“坐”航天服——兩名航天員小心翼翼地把雙腿伸進航天服的下肢,臀部放在航天服的背包沿上,然後關閉背包門,把自己裹在了龐大的航天服中……

這個過程也就一兩分鐘。但之前的準備工作需要花不少時間:航天員在穿上貼身內衣以後,首先要穿一件能夠測量心跳、體溫的生理背心,接下來是防靜電的連體內衣,第4層是給人體散熱的液冷服,然後戴上通訊裝備,最後才穿艙外服。

穿衣服全程搬到天上,就更複雜了。雖然120公斤的重量在失重狀態下不會對航天員造成負擔,但在太空進行任何精細的操作都是很困難的。

神七飛行結束後,手套將隨返回艙帶回地面。由於體積、重量的限制,費這么大勁兒穿上的艙外航天服,在完成出艙任務脫下後,只能留在天上了。

想到這套衣服3000萬元人民幣的價值,好可惜……

專家解說

(航天員選拔訓練研究室主任吳斌):飛船發射時,艙外服是打包固定在軌道艙壁上的,因此航天員首先要啟封服裝,然後把各部分組合成一件完整的艙外服,再把淨化器、氧瓶、電池、無線電遙測裝置等可更換部件裝上航天服。進入服裝後,還要對服裝進行尺寸調整、氣密性檢查和全性能測試。一切正常,這才算“穿好”了艙外服。在“穿衣”的過程中,執行出艙活動的航天員與留在軌道艙的航天員互相配合,一人操作時,另一人就讀操作手冊並進行確認,以確保所有操作萬無一失。

這是個非常細緻而又累人的活。比如,“艙外服啟封”項目分為21個操作單元,其中僅僅是“解開艙外服的包裝物”又包含了12個大步驟,每個步驟分為用工具鉗剪開固定艙外服的鋼絲和帶子、用工具卸掉扳手和螺絲等數十個動作。

飛天航天服 飛天航天服

整個過程長達近15個小時。神舟六號任務結束後,航天員訓練的一項主要內容,就是操作艙外航天服。

飛天艙外航天服檔案

組成:用料軟硬結合,從上到下依次是頭盔、上肢、軀幹、下肢、壓力手套、靴子

適用:四肢裝有調節帶,通過調節上臂、小臂和下肢的長度,身高1.60米-1.80米的人都能穿上

耐力:可支持4個小時艙外活動,並可重複使用5次

上肢關節

巧妙地利用仿生結構,使關節活動更加自如。

腕鏡

手腕處裝有一面小鏡子,航天員可以通過它隨時察看自己身上的各種開關。

背包

高1.3米,是航天服穿脫(進出)口的密封門,在背包殼體內安裝艙外航天服生保設備,背包殼體下端安裝有掛包、備用氧瓶等。背包關閉通過拉緊鋼索和操作關閉手柄完成。

頭盔

經過科研攻關,“飛天”航天服頭盔的視野比其他同類產品要大。

攝像頭 頭盔還有攝像頭,可拍攝航天員出艙操作。

照明燈 兩側各一照明燈,可照亮服裝胸前部分,方便航天員在陰暗面操作。

報警指示燈 兩側有報警指示燈,一旦服裝出現泄露報警燈閃。同時還有語言報警。

面窗 其面窗4層,2層充壓結構,2層之間充高純氮氣,防結霧,外面是防護面窗,外層是濾光面窗,對太陽光折射率低,迎著光照面可拉下它。

手套

為每位航天員量身定做,看上去特別厚實,有點像拳擊手套。

外層 熱防護手套外層為纖維織物,有兩層氣密,使用特殊隔熱橡膠材料,能耐受高溫到100℃。

指尖 指尖部分,只有一層氣密層,保持觸覺。手指背部位內有兩層真空禁止隔熱層。

手心 在手心握物部位設定有凸粒狀橡膠,主要為防滑。手套可握住25毫米的鉛筆粗細的東西。

熱防護蓋片 在手背有可翻折的熱防護蓋片,用於覆蓋手指部位,提高此部位的熱防護能力和保證手指的關節活動性。

手錶

專門設計的航天手錶,材料適合航天特殊環境。

外觀 它比一般手錶錶盤大,實現功能也比普通手錶多,上有三個小錶盤,分別是小時、分鐘、秒。可以讀台北時間和飛行時間,另外可以轉動錶盤記時。

用途 航天手錶可讓航天員在漆黑的太空中,清楚地知道地球的晝夜之分。保障航天員的生活規律與地球同步,不至於打亂生物鐘。

衣料

航天服須真空禁止隔熱,所用織物要多種織法結合起來才能達到強度要求。

層次 航天服6層:由特殊防靜電處理過的棉布織成的舒適層、橡膠質地的備份氣密層、複合關節結構組成的主氣密層、滌綸面料的限制層、通過熱反射來實現隔熱的隔熱層、最外面的外防護層。軀幹達到7層,最厚的是掛包有20層。(本段資料由無常冥使供)

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