文/石晓龙

▲ 目前国际空间站上，使用的美国航天服（EMU）

探索舱外活动服务（xEVAS）是一份在2021年9月29日由美国宇航局（NASA）对外发布的招标合同。该招标在2022年12月1日已完成，合同价值约为35亿美元。

探索舱外活动服务目的旨在从民间公司提供的方案中选出可以成为美国新一代航天服的方案。新一代航天服将不仅仅用来替换部署在国际空间站上，已经尽显老态的舱外机动单元（EMU）航天服，还将被用在美国的阿尔忒弥斯计划中，成为航天员在登月任务中使用的航天服，并为载人登火做好准备。

美国宇航局放弃自研航天服

成功中标探索舱外活动服务的公司可以与美国宇航局共享技术与实验数据。美国宇航局希望以这种方式鼓励商业航天的发展，因为这些中标的公司也可以将自己研制的航天服用在太空旅游等有前景的项目上。而这份招标的放出也意味着，美国宇航局已经正式放弃了自研新型航天服的努力。

美国宇航局曾经有一个自研的下一代舱外机动单元（xEMU）航天服项目，这个项目早在美国进行星座计划时就已经存在，并且该项目的航天服样品在2019年还进行了一次公开演示。相比于现有EMU，它的惊人灵活性令人印象深刻。但是在这次演示之后，美国宇航局认为其研制进度将无法赶上阿尔忒弥斯计划所给定的时间节点，项目进展过于缓慢，并且项目组始终没有给出能够进行测试的航天服。

因此，虽然xEMU项目已经消耗了大量的资源，美国宇航局还是决定放弃该项目，而选择以民间招标的方式来解决自身对航天服的需要。2022年6月1日，美国宇航局宣布，在本次招标中，柯林斯宇航团队和公理航天团队两家投出的方案成功中标，两家公司的团队将为美国宇航局设计和制造新一代航天服。而美国宇航局将以购买服务的方式来使用这两个团队的航天服，可以理解为美国宇航局将会以“租用”这些航天服的方式来给未来的航天员们使用。

柯林斯团队方案浮出水面

2022年12月9日，美国宇航局发表声明，美国宇航局正式向美国柯林斯宇航公司下了一份价值9720万美元的订单，用以由柯林斯宇航团队设计、制造和演示其新型航天服。该订单中提到的新型航天服将取代现有的从航天飞机时代就开始使用，直到现在还在用于国际空间站太空行走的EMU。该订单要求，在2024年1月前，柯林斯宇航团队设计制造的新型航天服要在模拟太空环境和地面环境中完成测试。这份订单是柯林斯宇航团队在2022年6月在中标探索舱外活动服务（简称xEVAS）后得到的第一份订单。

目前，柯林斯宇航团队由3个公司组成：柯林斯宇航公司、ILC多佛公司、海洋工程公司空间系统部门。

柯林斯宇航公司是美国雷神科技公司的一家子公司。雷神科技公司是世界上最大的航空航天和国防产品供应商之一，从导弹到雷达、发动机到航空航天电子设备、情报侦查到人工智能；从民用到军用，其涉及的领域极其广泛。而柯林斯宇航公司则主要负责雷神公司的航空航天技术方面，世界上绝大部分民用客机都装载有柯林斯宇航公司生产的电子设备。在接受采访时，柯林斯公司高层表示，“我们的新一代航天服是为航天员打造的，柯林斯先进的航天服技术将用于国际空间站，我们将能够继续确保航天员能完成任务——无论任务是什么。”

▲ 美国宇航局自研的下一代航天服（xEMU）在2019年发布会上的展示

▲ 发布会上，xEMU展示了其关节的灵活性

ILC多佛公司是一家专注于航空航天、特种材料、医药制造的公司。这家公司名气不大，本身体量也不大。但是ILC多佛公司长期以来都在为美国宇航局制造航天服并为各类航天器研发材料。比如美国阿波罗计划和天空实验室时期，航天员们所穿着的A7L型、A7LB型航天服，全部由ILC多佛公司制造，如今在国际空间站上服役的EMU的身体部分也由该公司设计制造，而EMU的维生系统则由柯林斯宇航公司开发。ILC多佛公司还开发了火星车“勇气号”和“机遇号”所使用的气囊着陆材料。ILC多佛公司首席执行官科里·沃克表示，“ILC多佛公司为自己能与世界一流的团队合作，为国际空间站设计和制造下一代航天服而感到自豪。利用数十年来为阿波罗任务和国际空间站设计航天服的经验，我们最新的航天服将可以应付从国际空间站到月球表面及更远地方的各种任务。”

海洋工程公司主要从事海底勘察、油田开发、潜水器开发等业务，其空间系统部门的办公地点十分靠近休斯敦的约翰逊航天中心，已经为美国宇航局、美国国防部及其承包商和商业运载火箭供应商提供太空飞行所需硬件系统和设备超过35年。在接受采访时，海洋工程公司高层表示，“我们为能成为柯林斯团队的一员而感到自豪，这项工作能帮助美国的载人航天事业走得更远，我们的员工为这项任务带来了专业的系统工程和专业知识，便携式维生系统技术和航天服子系统技术。”

目前柯林斯宇航团队是在两家团队中公布原型航天服信息较多的一个，其原型航天服已经在去年10月份进行了十分详细的展示。该团队的研发分工为：ILC多佛负责制造航天服本体，柯林斯宇航和海洋工程负责维生系统研发。

▲ 柯林斯团队航天服上体现的3家参与公司

▲ 柯林斯公司团队展示的航天服

从现有公布的数据中看，其研制的航天服仍然采用了和EMU相同的上下半身分离，维生系统组件放在上半身背后的设计，而非使用像xEMU航天服、俄罗斯“海鹰”航天服和中国“飞天”航天服一样的背后进入式设计，在穿脱流程上和EMU基本一致。而相比于EMU和更早之前由ILC多佛公司研发的A7L型航天服，该型航天服最大的升级就是关节的灵活度大为提升。

如何在保证内部气压能维持航天员生存的情况下，提升航天服在各个关节处的可弯折空间，一直以来都是一个难题。在阿波罗时代，登月的航天员们在移动时并不是像在地球上一样走动，而是像兔子一样跳着移动，这是因为航天服内部气压和航天服材料共同导致航天员难以弯折自己的腿部关节，只能以“兔子跳”这种滑稽的方式移动。而在捡拾物体时，航天员也只能依靠伸长夹子才能将物体放入袋子中，如果一不小心摔倒就只能用手撑地不停地前后移动来尝试站起。而在拿起一些物体时，手臂和手部的动作依然十分困难，甚至连拿起乒乓球大小的物体都十分吃力。

演示中的这款航天服，在进行加压后，穿着航天服的记者依然能够十分灵活地摆动自己的手臂，移动双腿，控制自己的手指，还能用手灵活地接住研发人员丢过来的球并抛回去。研发人员也演示了其在加压后依然可以很轻松地蹲下，甚至还能趴在地上做俯卧撑。这一展示充分说明该型航天服所使用材料的柔软性，与过去前代航天服相比有了很大的提升。

这款航天服采用了高科技服装面料。航天服的面料从外到内，第一层即最外层面料是隔热防微流星体层，这一层的作用是反射太阳光的热量并在微流星体撞击到航天服上时起到保护作用；第二层是热量反射层，该层由数层铝薄膜并夹入编织网组成，作用是反射航天员自身的体温，让航天服内能保持一定温度以避免让航天员感到寒冷；第三层是内衬层，主要是防止隔热层与约束层之间相互摩擦造成破损；第四层是约束层，是一种没有弹力的编织纤维，来保证压力层不会在加压后过度膨胀；第五层即最里层为压力层，由一种特种橡胶制成。而在穿着航天服之前，航天员也需要穿着液冷服，这种液冷服由尼龙制成，全身穿有塑料管，可以通过维生系统中的水泵带动管内的水以带走身体的热量，保障内部温度舒适。

总的来说，柯林斯宇航团队的这款航天服相比于现有的EMU型压力服有以下优点：重量更轻，体积更小，提高了航天员的工作效率，提升了穿着的舒适度，可以适配大多数人男性与女性的体型。不过从采访获得的信息看，该航天服确实还相当的“原型”，缺少了很多重要部件，比如胸前可以调节各种航天服参数的控制台，头灯和内部显示屏等设备也没在该原型航天服上出现。这也意味着，各种计算机设备还没有上航天服进行实验，离真正可以投入使用的航天服还有相当的距离。

▲ 柯林斯航天服采用的是分体式设计

▲ 柯林斯航天服正在进行穿戴实验

研发人员还提到，该型航天服大幅简化了航天服的操作难度。以往的航天服需要专业航天员学习很长一段时间并进行很多训练，才能比较好地穿着并进行工作，但是正在研发的这型新航天服使用起来要比之前的任何航天服都要简易，一个几乎没有受过任何训练的普通人也可以穿着自如运动。

随着未来太空旅行的发展，越来越多的普通人也能获得上太空的机会，而这给正在研发的这款航天服带来了新的商机，这也是柯林斯宇航团队努力降低航天服使用门槛的核心动力之一。目前柯林斯宇航团队只是拿下了替换所有国际空间站上EMU的订单，未来，他们也非常有可能通过自己过硬的产品获得未来阿尔忒弥斯计划中用于载人登月的航天服订单。

▲ 柯林斯航天服手套灵活性展示

▲ 柯林斯航天服腿部灵活性展示

神秘的公理航天团队方案

2022年9月7日，美国宇航局发表声明，在审查了两家符合条件的航天服供应商的提案后，美国宇航局正式向公理航天公司下了一份价值2.285亿美元的订单，要求公理航天团队为未来的“阿尔忒弥斯-3”任务准备登月航天服。这是公理航天团队在2022年6月中标xEVAS后的第一份订单。根据目前阿尔忒弥斯计划的进度表，阿尔忒弥斯-3任务将会尝试进行载人登月，而这份订单则意味着，如果阿尔忒弥斯-3任务成功进行，从登月舱中走出来的航天员将会穿着公理航天团队制造的航天服。

目前，公理航天团队由数个公司组成：公理航天公司，KBR公司，戴维·克拉克公司，帕拉贡空间发展公司及其子公司气闸公司，索菲克咨询公司，APT研究公司。

公理航天公司是一家致力于太空基础设施建设的企业。在接受采访时，该公司CEO迈克尔·苏弗雷迪尼表示，“我们团队很荣幸获得第一份制造新一代航天服的订单。我们很高兴能够提供我们的专业知识来满足美国宇航局的探索需求，我们现代化、可进化的航天服将可实现快速升级，随着时间的推移，更好、更安全的技术将能够应用在上面，确保我们的航天员始终能用上先进且耐用的航天服。我们十分期待为我们的航天员提供先进的工具，以推动人类在星际间的探索。同时我们也会为近地轨道上的客户提供服务，并努力实现未来建成空间站的目标，从而实现规模化太空经济。”同时，迈克尔·苏弗雷迪尼也表示，未来还会继续争取将航天服送入国际空间站。

KBR公司主要为市场提供科学、技术与工程上的各类解决方案。KBR与美国宇航局关系颇深，早在水星计划时就已经开始与美国宇航局合作。KBR在航天领域的业务包括任务规划、航天员绩效培训、卫星管理、航天服维护服务、飞行操作、火箭发射用基础设施、空间系统工程等，在休斯顿的任务控制中心，几乎每个控制台周围都能看见KBR员工的身影。

戴维·克拉克公司是一家长期以来为美国空军和美国宇航局制造压力服的公司。

帕拉贡空间发展公司是一家专业提供热控系统的公司，其产品在潜水服领域和航天器领域都有应用。该公司参与了猎户座飞船的研发，为猎户座飞船设计了维生系统的管路和各类型传感器。该公司也参与了星座计划的航天服的研发，为航天服的维生系统提供部件。

直到今年2月，该团队也没有进行原型航天服的展示。目前我们唯一看到的该团队航天服的大致模样，是2021年11月23日公理航天公司在其官方推特账号上放出的一张渲染图。这张渲染图十分模糊，但是能看出该团队原型航天服的一些特点：其面罩上部分可以安装四个LED灯来作为照明工具；航天服上半身的结构十分像美国宇航局自研的xEMU，其胸口正前方，头盔正下方，两手臂之间的空间十分狭小，意味着其有着不俗的手臂可活动区域。而在这个中间区域我们也可以看出有一个设备，应该是用来操作无线电、控制体温和调节气压等等的控制台。值得注意的是，该渲染图显示，其原型航天服的背包高度超过了头顶，这也许意味着公理空间团队的航天服采用了和xEMU一样的背后进入式设计，只需要打开由维生系统背包充当的“舱门”就可以直接穿好航天服。而公理航天公司也表示，该航天服将有望出现在公理空间站中，为商业客户提供太空行走服务。这或许也意味着该航天服拥有和柯林斯航天服同样的灵活性高、易操作等特点。

▲ 公理航天公司航天服设想图

从以上两家公司的方案分析可看出，未来航天服将会有灵活性高、易用性强、寿命长、信息化程度高、安全性高等特点。在太空旅行随着进入太空成本降低而日益发展的情况下，几乎每一家商业航天公司都想从中分一杯羹；商业太空旅行的发展，也让航天服这种高精尖且价格不菲的小型载人航天器也开始有了商业潜力。而在xEVAS下，美国宇航局通过“租赁代替自研”的方式，在满足自身需求的同时还鼓励商业航天公司将先进的航天服投入到市场中。这也意味着，美国宇航局在未来也许会尝试将更多部分领域的研发和制造工作交给商业公司，以节约开支。