（中国航天员科研训练中心）

1 Z－1舱外航天服

Z－1舱外航天服款式

为实现探测火星的新目标，NASA于1992年决定更新舱外航天服。他们用了20年时间研制出新型Z－1舱外航天服，又称为便携式生命支持系统2.0样机。NASA于2012年公布完成了Z－1舱外航天服样机的测试，它采用白色和绿色两种颜色，带有巨大的半球形透明圆顶设计，与动画片《玩具总动员》中巴斯光年身上的服装非常相似。

酷似巴斯光年的Z－1舱外航天服

Z－1舱外航天服的设计要求要达到能抗击一定速度的空间碎片撞击，同时还必须满足长时间太空行走的防辐射和调节温度的功能，以确保更好的密闭性和安全性。计划到21世纪30年代，登陆火星的航天员将身穿Z－1舱外航天服登上火星。

Z－1舱外航天服特点

Z－1舱外航天服与以往设计的航天服完全不同，其设计的一个亮点就是它采用背入式设计，即在服装的背后设计有“入口”，能够方便航天员更轻松地进入，而不像现在穿上航天服需要近1h。而且，当航天员从太空中回到航天飞机或空间站时，背后的开口还可以被当作是气闸。这样，当航天员完全进入舱室，背后的开口就刚好卡在了舱门入口处。

另外，虽然这套Z－1舱外航天服采用了多种硬性元素物质，但是它表面的聚氨酯涂层尼龙和聚酯层能有效地控制航天服内的压力，对腿部、脚踝、臀部和腰部有更好的保护，免去了调压花费的时间。而安装在关节处的轴承可以保证航天员在外太空的灵活运动，让航天员的腰、臀、大腿、脚踝等部位活动程度更大。

此外，Z－1舱外航天服的能源由其巨大的生命保障系统—背包提供，该背包将为航天员提供所有在出舱活动中所需要的支持，包括氧气、通风设备以及相关的电子设备等。航天员在穿航天服时不再需要一个气闸来控制可能会被浪费掉的氧气。同时，Z－1舱外航天服在制冷和去除二氧化碳技术上也有所突破，它带有一个薄膜蒸发冷却设备，以吸收多余的热量，保持航天服中的适宜温度，能够帮助航天员避免在极热或者极寒的条件下受到伤害。

Z－1舱外航天服采用背入式设计

但是Z系列舱外航天服还只是样机，尚不具备出舱条件，NASA正在继续研制改进型的Z－2产品。NASA于2013年与其舱外航天服和工程薄膜及织物产品设计和制造商ILC Dover公司签订了一份18个月的合同，旨在设计、制造和测试NASA下一代Z－2舱外航天服。新式航天服的设计目标是增强舱外活动能力，比以前的航天服具有更高的压力水平，这将极大地提高探索工作的效率。

2 Z－2舱外航天服

继推出Z－1舱外航天服样机2年后，NASA于2014年公布了全新的Z－2舱外航天服设计概念图，NASA表示Z－1航天服是此款Z－2舱外航天服的原型。

Z－2舱外航天服款式

Z－2舱外航天服有三款设计，最大的特点是背部的生命保障系统与头盔相连接。这三款Z－2舱外航天服有一些相似之处，即都采用了仿生技术，如果天体表面环境较为昏暗，就可以进行照明。但是每一款航天服都装有不同的电致元件防护层，因此，都有着相对独特的发光模式。

三款Z－2舱外航天服

航天服的防护层对地面模拟实验将起到重要作用，能在实验阶段避免其下一层受到磨损和划伤，防护层也将使航天服看起来更加美观。太空行走时，防护层也将起到一些重要作用，例如辐射保护、高低温保护，并且对于微流星具有一定的抗冲击作用。

（1）“仿生款”Z－2舱外航天服

“仿生款”的设计灵感来源于与太空有着同等恶劣条件的环境，即海底世界。在人们想象不到的海底深处，有一些水生生物具有独特的发光能力和鱼的鳞状表层，并且世界上有一些爬行动物也是如此，这恰恰反应了地球上处于恶劣环境的生物自我保护的能力。

据此特点，该款航天服模仿深海某些鱼类或爬行动物的表皮，在褶皱处部位安装了仿生照明线，如肩部、肘部、髋部、膝盖，以及硬上躯干上的电致发光线，使航天服在暗处清晰可见。

（2）“科技款”Z－2舱外航天服

“科技款”的设计集上一代航天服优点与未来设计为一体。该款设计使用了发光线和发光板，有助于更准确地识别队友，从而使其在太空行走方面迈出了坚定的一步。

“科技款”Z－2舱外航天服3D模型

“仿生款”Z－2舱外航天服3D模型

该设计在航天服的一些部位上特别加以应用，包括上下躯干、暴露旋转式轴承、用于活动的折叠处褶皱以及下躯干的抗磨损面板。

（3）“社会潮流款”Z－2舱外航天服

“社会潮流款”是基于一种将来日常生活中穿着的想法而设计的。这款航天服配有个性化电致发光元件和明亮色彩设计，运动感最强，并融入了可穿戴技术元素。

此款设计特别之处在于其全身褶皱处缝以补裆，同时为了突出灵活性，在航天服的上下躯干处都使用了多样化的暴露旋转式轴承和电致发光元件。

Z－2舱外航天服特点

Z－2舱外航天服是NASA打造的新一代Z系列舱外航天服的最新样机，它朝着最终的具有飞行能力的设计又迈进了一步。NASA称此舱外航天服具有里程碑式的意义，因其采用了很多创新式设计。与Z－1相比，Z－2舱外航天服还做了一些关键性的改进。最显著的一点区别是 Z－1舱外航天服采用了软上躯干结构，Z－2舱外航天服则首次结合航天服气闸舱概念，采用硬上躯干结构。在航天服的上下躯干系统上应用先进的抗腐蚀复合材料，这将满足长期出舱活动所必需的耐用性要求。基于此前对Z－1舱外航天服进行的为期2年的评估，Z－2舱外航天服的肩部及臀部的轴承设计也有明显的改进，从而优化了这些关节的灵活性。此外，航天靴的设计也更加利于太空行走，而且Z－2舱外航天服的材料也能与全真空环境相兼容。

“社会潮流款”Z－2舱外航天服3D模型

Z－2将是迄今为止打造的最适体的、可调节的硬上躯干航天服，在开发和调整阶段都首次采用3D打印技术。它还是首次在全真空中进行检测，并用于特定行星探索的航天服。

Z－2舱外航天服使用计划

NASA将与ILC Dover公司和费城大学共同合作生产此款舱外航天服，计划于2014年11月打造第一套选定的该舱外航天服样机并进行模拟测试。

除了对适体性和灵活性评估以外，目前NASA正计划对Z－2舱外航天服进行一次综合测试，包括一系列的全真空测试，模拟太空失重。还需要在模拟太空失重环境的中性浮力水槽中验证密封性能。之后，该航天服还要在约翰逊航天中心模拟火星岩石环境中进行进一步的测试，这将有助于评估航天服的灵活性、舒适性和工效。到2017年，Z－2舱外航天服将在“国际空间站”上进行测试。

4 结束语

N A S A下一步的工作重点是开辟火星探索之路，目前已经开始研发航天员在火星上生活和工作的相关技术。Z－2舱外航天服具备可在其他天体，比如火星、月球以及小行星上行走的能力，这3个探索目标是NASA未来深空探测的主要方向。届时，Z－2舱外航天服将面临新的挑战。Z系列舱外航天服的每一次重新开发都有助于提升航天服技术，将来第一批登陆火星的人类穿着的服装可能应用相关技术。

此外，NASA还计划研制改进型Z－3舱外航天服产品，Z－2舱外航天服相关的测试结果最终都将用于指导Z－3航天服的设计。据悉，Z－3航天服将于2017年问世。

除舱外航天服以外，NASA正在研发新的运输系统，包括乘员舱、重型火箭飞行器，来拓展人类的空间探索，利用创新的、先进的技术来实现对太阳系范围内的其他星球和小行星的探测。