文/钱卫

除了美国宇航局，美国的不少商业企业已经在自发推动新一代航天服的研制。其中不少设计充满了灵感。比如为了给即将来到的星际线飞船载人飞行做好准备，波音公司也推出了自己的起降航天服，这种蓝色的航天服据说比“南瓜套装”轻4.54千克。然而这些都算不上奇思妙想，下面，我们来看看真正的脑洞。

▲波音为星际航线飞船研制的起降航天服

亚轨道旅游航天服

当前，“亚轨道飞行”的概念越来越热。随着几家美国太空旅游公司的业务推进，亚轨道旅游的前景越来越明朗了。除了旅游，还有一些研究机构打算派人乘坐亚轨道飞行器，利用它穿过电离层的短暂瞬间来研究一些高层大气现象，比如极光和夜光云等。这就要求乘客必须穿着起降航天服来操作探测设备。相比之下，轨道飞行的发射和返回过程中，航天员都是被安全带捆在座椅上，不用穿着航天服做什么科研工作。因此，亚轨道飞行所需要的起降航天服，显然不能沿用美、俄的现有型号。

在2017年的9月，就有一家叫做最终前沿设计公司的企业推出了新型航天服，由一位叫做潘地亚的女工程师穿着它，搭载微重力试验飞机做了试验。试验的内容看上去很简单，微重力飞机会做一个抛物线飞行，当它向地面俯冲的时候，可以为乘客们提供18秒的微重力体验时间。潘地亚必须在这18秒内，穿着航天服找到自己的座位，然后坐进去扣上五点式安全带。

外骨骼

美国宇航局新款航天服xEMU虽然比阿波罗计划的航天服轻许多，但依然不够轻。要继续减重看来是不太可能了，于是供应商考虑反其道而行之：航天服太重，就意味着航天员要付出很大体力才能运动，那么，如果航天服能帮着用劲儿呢？

▲纽曼亲自穿着生化航天服进行演示

▲ 生化航天服的细节，臂章上是麻省理工的LOGO

这并不是什么新想法。在机器人领域，早就出现了所谓的外骨骼概念，也就是在人体外面套一个“傻”机器人，捆扎在躯干、胳膊和腿部。人类的关节和肢体怎么运动，它就用电机和传动机构来发力。人类只要做出运动的姿势就可以，真正干活的是这个“傻”机器人。据说士兵穿上外骨骼之后，可以轻松搬运沉重的炮弹，连搬几十发都不累；还可以扛着沉重的物资越野行走，自己几乎不用出力。如果装在舱外航天服的关节部位，那么即使再沉重一些也可以接受，还能降低航天员的体力消耗。当然，要消耗一些电力。

然而，外星使用的航天服并不是地面上的工程样机，如果发生故障，没有机会拆开修理。所以美国宇航局更加倾向于简化的设计，尽量不采用新颖却没有经过验证的技术。

机械加压技术

其实外骨骼并不是最激进的想法，有人甚至提出，航天服里就不要加压了。但是，这不是谋杀吗？

人如果处在过低的气压下，组织中的水和溶解气体就无法保持，血液本身也会开始蒸发，几分钟内就会死。不过有人提出，人是用头部器官呼吸的，只要在头部保持气压就可以了，至于身体的其他部分，可以用机械方式来施加压力。

其实，美国宇航局在上世纪50年代就尝试过用泡沫塑料和松紧带制造机械式压力服了。这种压力服庞大笨重，穿脱不便，但行动能力还不错，而且机械式压力服安全性不错。充气式压力服一旦破个小口子，就会漏气漏水，威胁航天员生命。机械式压力服就不用担心这种事，最多是勒得航天员皮下出血而已。

这还不算完，2014年，麻省理工学院的一位女教授达瓦·纽曼提出了所谓的“生化航天服”概念。她是航空、天文和工程系统教授。“生化航天服”是一种采用钛镍记忆合金制成的紧身衣。首先用钛镍金属丝编制成一件非常紧的衣服，然后加热到450摄氏度左右，然后再冷却。在室温下，生化航天服能很容易地弯曲或拉伸。但如果加热到65摄氏度，它就会恢复到冷却时的形状。纽曼后来转职到美国宇航局担任副局长，希望能推动这种航天服的研制，制造出一种能使用的型号。不过很快她又回到了麻省理工，此事也就作罢。

▲ 生化航天服试图给航天员提供灵巧的活动能力

▲ 生化航天服的头盔

▲ 生化航天服的生保系统更加简洁

到2007年，一位名叫泰德·萨尔瑟恩的艺术家再次提出了机械压力服。他参加了美国宇航局举办的航天服手套挑战赛。萨尔瑟恩与一名叫做尼古拉·莫伊瑟夫的俄国人合作，赢得了比赛第二名，还获得了最终前沿设计公司提供的10万美元奖金。根据他俩的设计，最终前沿设计公司拿到了美国宇航局的一份合同，研制一种机械加压手套。据说这种手套更轻，手指运动更灵活，也不会出现手套和手指较劲的现象。

这种手套的主要材料是弹力纤维和弹力充气海绵块，后者一般用在掌心位置。后来，这家公司还拿到了研制手臂部分的样机合同，如果研制成功，再研制腿部乃至整套航天服。不过到目前为止，这种全新概念的航天服还没有最终研制出来。

新航天服还考虑了月尘的影响。在阿波罗计划期间，月尘跑进了航天服的缝隙处，导致了一些故障。新航天服用合成革粘纤维取代了金属，电子设备、过滤器和压力控制系统也得到了改进。为了适应不同体量的航天员，在胸部和腰部设置了可以伸缩的模块化部件。

梦幻航天服

虽然连新款航天服都还没有研制出来，但这并不妨碍工程师们畅想未来航天服应该是什么样的。严格来说，人们现在也只能提出几个简单的要素而已。不过，有梦想才有未来，而且很多能够用于未来航天服的技术已经在研发之中。

▲电影《火星救援》中的火星航天服

▲ 人们已经对火星航天服做了大量研究和测试

月球是距离我们最近的外星球，而载人深空任务要比月球任务困难得多。仅以火星为例，设计师们需要考虑多少燃料才能经济地往返火星，如何在长期空间飞行中保护乘组免受宇宙射线的影响。实际上，人类在2020～2030年能不能发起远距离深空探索都是个问题。但无论如何，人类都要向这个目标前进，因此需要为航天员研制一套能够应对各种环境的航天服，适应从小行星表面到火星沙尘暴的恶劣环境。这需要工程师们研制出多种新材料，每种材料都具备新的能力。因此，科学家和工程师们提出了未来航天服的一些设想。

在航天服的各部位，都会铺设纳米材料导线和电活性高分子材料，它们能靠航天员的肢体运动发电。头盔的透明面罩同时也是显示器，为航天员显示地图和路径，航天员用语音就能控制显示内容的切换。生命体征传感器可以测量航天员的心率、呼吸、血压等参数，通过计算，指挥生命保障系统来调节电力和空气的供应。在一切可能的部位，都要采用机械加压设计，来取代充气加压技术，例如手套部位。

根据所访问星球的不同，设计师们可以选用不同的部件。如果是探访小行星，可以选用一种所谓的干燥吸附鞋底，它类似于壁虎的皮肤，几乎在任何情况下都能附着在表面上，哪怕是引力微弱、快速旋转的小天体表面。还有一种能安装在手臂和腿部的陀螺稳定器，可以安装在航天服的手臂和腿上。它们会产生阻力，为航天员提供类似于地球引力的体验，免得他们无法控制自己的身体姿态。

火星探索还要面对独特的问题。火星气温在-142.78℃到21.1℃之间变化。因此，美国宇航局正在考虑一种采用气凝胶技术的航天服，它只有几毫米厚，但却可以抵御极端温度变化。它的面料还具有自洁能力，可以防止航天员把火星沙尘带入漫游车和基地内部。人们还在研制纳米结构技术和粉末化合物来研制轻质、柔性的防辐射层。

未来航天服应该不再是加压的，而是采用记忆合金来提供稳定的机械压力。构成航天服的合金要经过热处理，才能完美贴合航天员的身体，又不影响他们的运动。

人们已经研制出了一种叫做ALON的材料，比防弹玻璃更薄，但强度是后者的三倍。用它可以制成新型头盔面罩，不但可以提供防护，还能用来显示数据和图像，通过光学设计，直接投射到航天员眼睛里。

在身体的凹处，可以用一种特殊的碳纳米材料来提供保护。它通电之后就会发热膨胀，如果预先设定好膨胀后的形状，就可以完美地贴合住身体的凹处。

在如今的舱外航天服里，差不多有90米长的水冷管道。普渡大学的工程师们发明了一种新的方法，用玻璃纤维或者合成材料，外面包裹电热纳米晶体，既可以吸热，还可以发电。

机械加压如果发生故障，就会损伤人体器官。采用坚硬的、完全加压的外壳可以在不限制航天员运动的情况下提供保护。为了最大限度地减少体积，并保持软硬材料之间的结合点舒适，每块保护壳都将采用3D打印，以尽量贴合人体。

手套是舱外航天服上最容易损坏的部件。目前人们只能采用尽量耐磨结实的材料来制造手套。研制中的自修复材料投入使用后，就能创造新的手套理念。例如采用嵌入微胶囊化化学物质的聚合物，当胶囊破裂时，释放出的化学物质会起泡，并修复撕裂的面料。

由大约95%的空气组成的二氧化硅气凝胶，可以抵御剧烈的温度波动。根据一个研究小组的测试，一块柔性聚合物上涂覆二氧化硅纳米材料形成气凝胶，可以在空间环境下具备足够的耐久性和柔性。嵌入的氢元素也可以抵挡宇宙射线。

看到上面的这些新技术，读者朋友们是不是心潮澎湃呢。按照美国宇航局的说法，新款航天服要先送到国际空间站接受试用，然后再考虑登月。按照美国宇航局的时间表，这还真是个如意算盘。2024年之后，美国政府就要砍掉对国际空间站的拨款，让它转为商业使用。在此之前完成重返月球，也算物尽其用了，只是特朗普给的拨款未必够用。希望这位喜欢怼天怼地怼空气的政治人物能把精力用到正道上来，给美国宇航局多寻找一点经费吧。

▲ 航天员身着xEMU进行月面探索的想象图