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解码“飞天战袍”

2021-11-01季海

少年博览·小学高年级 2021年10期
关键词:航天服真空管宇航员

季海

航天服怎样做到密不透风?穿上它能在太空工作多长时间?

航天服是什么材料制作的?它为什么是白色的?

航天服有多重?它有哪些高超本领?

别急,往下看——

谁发明了航天服?

航天服的发明其实是意外。它起源于一位名叫汉森的先生对改进真空管的追求。

真空管用于老式电视机等电子设备。当时汉森先生想改进真空管,并从内部进行测试。于是,他在1935年设计了一套可以在真空的无气环境中穿戴的压力服,穿戴者可以在真空中呼吸,手臂能够弯曲90度。

当晶体管技术淘汰了真空管时,科学家们看到了这种服装的第二种用途——维持人类在外层空间工作。估计汉森也没有想到,他设计的这套特殊用途的服装,居然是现代航天服的鼻祖。

最早的航天服基本上只是飞行员穿的飞行服的密闭版本。1965年,苏联宇航员阿列克谢·列昂诺夫在第一次太空行走时几乎被困在太空中。当时,他的航天服因内部压力过大而膨胀,导致他无法移动或操作气闸门。后来,美国为阿波罗任务开发的A7L航天服对此进行了改进。

航天服到今天已经发生了巨大的变化,主要分为舱内航天服和舱外航天服两种类型。

舱内航天服主要用于载人飞船发射和返回过程中保护航天员,在航天器出现失压等状态的时候,自动充氧充压,保障航天员的生命安全。

舱外航天服是出舱活动的关键装备、浓缩的载人航天器,是在出舱活动中保障宇航员工作能力和生命安全的太空个体防护装备。

目前国际上能完全独立掌握舱外航天服设计和研制技术的国家,只有中国、美国、俄罗斯三国。

航天服是如何制作的?

航天服是将由各种材料缝制和粘合成的不同部件,用金属材料连接而成的。

航天服的材料包括:矫形织物、镀铝胶布、氯丁橡胶涂层尼龙、达克龙、聚氨酯涂层尼龙、特里科、不锈钢和高强度复合材料。

看着这些陌生的材料,也许你会问:科学家是如何知道应该使用什么材料来制作航天服的?要知道,术业有专攻——有专门的工程师设计并制造航天服。

工程师会设定太空的极限环境(极寒和极热的温度),通过电脑计算各种材料对上述设计极限的承受能力,如计算当材料被缝合或黏合在一起、被折叠和有折痕时,这些材料的使用寿命;计算人体肘部、手腕、腰部、臀部、膝盖和脚踝等不同位置的移动,并花费很多时间测试材料样品。总之,工程师要经过大量的实验和测试,才能确定制作航天服的材料。

也许你发现了,宇航员的舱外航天服都是白色的。这是因为在太空中,阳光直射下的温度可以超过135摄氏度,白色航天服能够反射一部分热量,从而保护宇航员的安全。

航天服怎样做到密不透风?

气密是在太空真空中保护人类的基本功能之一,也是最重要的功能。

航天服由许多不同的层组成,每一层都能保护宇航员免受外界环境的不同影响。只有最里面的一层是不透气的,它由聚氨酯涂层尼龙制成,有机器焊接的接缝。

手套使用气密轴承连接,锁定到位,但仍允许手部旋转。这些轴承使用精确加工的铝和钛连接,用特氟隆涂层进行润滑,以防止金属在太空真空中冷焊在一起。

即便如此,航天服也不是完全密闭的。据说NASA允许在国际空间站使用的航天服每分钟最多泄漏100毫升空气。

航天服有多重?

一件舱外航天服在地面上大约重120~130公斤,相当于两个成年人的重量。不过,在太空的微重力环境中,航天服即使穿在身上也感觉不到重量。

舱外航天服如此厚重,穿脱却不需要花费太多的时间。

航天服穿脱方式有很多种,我国的“飞天”航天服采用背入式穿脱方式。宇航员可以独立完成,经过训练后可以在5分钟左右就完成穿脱。

一件航天服的成本是多少?

航天服采用了很多高新技术,造价非常昂贵。

“航天英雄”杨利伟曾在电视节目中展示过舱内和舱外用的两套航天服。舱内航天服价值几百万,舱外航天服价值3000萬。

有小伙伴好奇:航天服是一件一件地做,还是批量生产?现在航天服都是根据个人量体裁衣,不过它由许多可互换的零部件组成(手臂、腿、靴子等),这些部件可以提供多种尺寸,然后连接在一起。

在航天服完成某项任务后,它可以被拆开,一些部件与其他部件相配,制作另一件不同尺寸的航天服。

有专门的女版航天服吗?

实际上,男女航天服没有区别,不过女性的尺寸通常小一些罢了。

2019年,美国宇航局曾宣布将由两名女宇航员执行太空行走任务,为国际空间站换装功能更强的锂离子电池。之前也曾有女宇航员出舱工作,但都有男宇航员陪同。因此,全女性在太空行走就有了特殊的意义。

没想到,美国航天局最终取消了这一计划,原因竟是航天服尺寸不合适。最终,“女子双打”改为“男女混合”。网友纷纷表示不满:美国宇航局为什么没有准备足够的女版航天服?

穿上航天服能在太空工作多长时间?

宇航员离开空间站进入太空,将面临200多度的温差、空间辐射等一系列考验。因此,一件质量过硬的舱外航天服,就是宇航员的“金钟罩”。

我国研发的新一代飞天舱外航天服,出舱支持时间从原来的4个小时提升至7~8小时。而且更改后的关节设置,让宇航员活动更灵活。

在轨运行期间,宇航员在空间站内工作时的着装相对舒适,衣料通常都是阻燃的,衣服上会有很多口袋方便存放铅笔、资料、太阳镜、书等物品。

未来的航天服什么样?

随着我们对太空生活和工作的了解,航天服的设计也不断发生变化。

目前人类只成功登陆过月球,火星以及其他小行星是人类想要踏足的地方。

未来的航天服设计能使宇航员在岩石地面安全地工作,并将帮助宇航员做他们以前做不到的事情。它将使宇航员更容易移动,能更好地保护宇航员免受灰尘的侵害,甚至服装的零部件可以使用3D打印技术来打印更换……

我们相信,随着科技的进步,未来新开发的航天服,将让宇航员们登上月球、火星,乃至宇宙中更远的地方!

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