文/宗合

▲ 美國航天服是上下分體的，中間用一個橢圓形的腰環(huán)連接。

作為目前世界上僅有的三個能夠獨(dú)立開展載人航天活動的國家，美國、俄羅斯、中國都擁有自行研制的出艙航天服。這三家的航天服各自有什么特點(diǎn)？讓我們來一探究竟。

美國航天服：壽命長達(dá)30年

美國航天服經(jīng)歷了“水星”計劃、“雙子星”計劃、“阿波羅”計劃中幾代航天服的發(fā)展，到航天飛機(jī)時期所使用的航天服是目前最先進(jìn)的出艙活動航天服之一。它也是現(xiàn)在國際空間站上使用的航天服，由14層組成，主要結(jié)構(gòu)與服裝組件包括：尿烷涂層，尼龍加壓囊，直紋織物和涂鋁的聚脂薄膜防熱/微流星外套，玻璃纖維的硬式上衣，球軸承關(guān)節(jié)，液冷/通風(fēng)內(nèi)衣，聚碳酸脂頭盔和面罩，及其它模塊式部件，重約117千克。它的設(shè)計壽命非常高，在適當(dāng)維護(hù)下可使用30年。

美國航天服可以承受最長7個小時的任務(wù)時間，工作壓力為29.647千帕。較低的工作壓力不僅使手部活動比較靈活，而且由于關(guān)節(jié)部位保持恒定的容積，所以允許身體能在航天服內(nèi)很容易地活動，從而給航天員提供了較大的活動自由度。另外，它的航天手套的觸覺敏感性極好，所以美國航天員能夠完成的任務(wù)種類比較多。

美國的航天服是由不同標(biāo)準(zhǔn)的組件組合成的，通過不同的組合可以適合不同身材的航天員。航天服有5種標(biāo)準(zhǔn)尺寸的硬式上衣，這是航天服的基礎(chǔ)。在軌道上可以有限地調(diào)節(jié)上肢的尺寸，但是要花費(fèi)數(shù)小時。手套基本上是為每個航天員特制的。

美國航天服的生保系統(tǒng)具有冗余的氧氣系統(tǒng)、一臺致冷和清除水蒸氣的升華器、清除二氧化碳和臭氣的氫氧化鋰筒和報警系統(tǒng)，整個裝在航天服外部的背包內(nèi)，消耗品在軌道上可更換或可再裝填。

美國的航天服需要他人的幫助才能穿起來——雖然不用他人的幫助也是可以的，但是美國宇航局出于安全的考慮，由一名艙內(nèi)航天員幫助2名出艙活動航天員穿脫航天服。首先需要穿上液冷/通風(fēng)服，它基本上是一種布有兩種塑料管的長內(nèi)衣。航天員穿上后，冷水和空氣就通過塑料管流動。然后穿上比較柔軟的下肢部分。穿航天服過程中的第一個困難是鉆進(jìn)放在穿衣架上，離地面0.9米的硬式上衣中。鉆進(jìn)去的方法有點(diǎn)特別，航天員先把胳膊伸上去插入衣袖中，同時設(shè)法把頭向上伸入該裝置內(nèi)，這個動作通過練習(xí)還是比較容易做到的。為了便于各種操作，美國航天服的上衣部分是非常合體的。鉆進(jìn)上衣之后，借助褲子腰部兩側(cè)的兩個手柄將褲子向上拉，再把航天服的上下兩部分連接起來。這是穿航天服過程中最困難的一步。因?yàn)檠h(huán)不是圓形的，而是橢圓形的，要將它們調(diào)到適當(dāng)?shù)奈恢眯枰欢ǖ募记伞Ｈ缓?，在頭部戴上帶有通話器和送話器的載波通信裝置和黑白“窺視帽”，再戴上手套。手套是最容易連接的，這主要是因?yàn)楹教靻T可以看得見自己正在做的事情。最后，在他人幫助下戴上頭盔，并開始向航天服加壓。

▲美國的兩名女航天員正在穿上航天服，準(zhǔn)備進(jìn)行首次全女性太空行走

美國航天服面罩的視野較好，垂直可以看160°的范圍，水平可以看170°的范圍。進(jìn)行艙外活動的航天員可以通過腕部的鏡子觀察胸前的控制器和通過頭盔上的透鏡來觀察液晶顯示器，以獲得報警系統(tǒng)的信息。

俄羅斯“海鷹”航天服：穿起來簡單

蘇聯(lián)/俄羅斯曾先后研制出10種型號的出艙活動航天服，但僅有6種曾在載人航天中使用過，而且主要使用的是其中的4種，即“海鷹-D”“海鷹-DM”“海鷹-DMA”和“海鷹-M”。國際空間站上使用的是“海鷹-M”。它由硬的胸甲和軟的織物構(gòu)成。服裝背部有背包，背包里是生命保障系統(tǒng)，同時又是進(jìn)入服裝的入口和密封蓋。硬的胸甲由1毫米厚的鋁合金制成。胸甲上還裝有帶玻璃面窗的頭盔。服裝的軟體部分由 10層織物構(gòu)成。這10層織物從外向里分別是：1.用耐熱尼龍制作的外防護(hù)層；2.用多層織物制成的隔熱和防流星體層；3.外限制層，用聚酯纖維織物制成，限制下面的氣囊在加壓時向外膨脹；4.主加壓氣囊層；5.輔助加壓氣囊層；6.加壓層的襯里；7.氧氣輸送管道；8.氣體循環(huán)空間；9.液冷服；10.耐穿襯衫。整套服裝包括各種消耗品重110多千克。

▲ 目前在國際空間站上使用的俄羅斯“海鷹”航天服

“海鷹”航天服的工作壓力為39.989千帕。雖然具有較高的工作壓力，但還是可以容易或比較容易地完成一些操作的。較高的工作壓力可以減少航天員出艙前用于吸氧排氮的時間。但較高的工作壓力會導(dǎo)致戴“海鷹”航天服的手套時，手指活動比較困難。

由于俄羅斯航天服要在軌道上使用很多年，供不同的航天員穿用，所以它有一個很精巧的系統(tǒng)，使之能在軌道上快速地調(diào)節(jié)尺寸。內(nèi)藏的繩和滑輪系統(tǒng)使航天服的袖子和褲腿可以伸縮。穿“海鷹”航天服，航天員需選擇適合自己的型號，現(xiàn)有適應(yīng)165～190 厘米身高的幾種型號，且袖長和褲長可調(diào)整，但手套卻要按人定制。

俄羅斯航天服的生保系統(tǒng)所采用的技術(shù)在很大程度上跟美國航天服是相同的。但是與整個裝在一個外部背包內(nèi)的美國系統(tǒng)不同，俄羅斯的生保系統(tǒng)放置在從后面進(jìn)入的航天服加壓空間內(nèi)。其部件伸出來，容易用手摸到，因而便于在軌道上進(jìn)行維修。

▲ 俄羅斯航天員身著“海鷹”航天服進(jìn)行太空行走

俄羅斯的航天服是“自穿”式的，鋁制上衣的背后有一個門。航天員從后門鉆進(jìn)去，關(guān)上門后開始加壓，穿衣的過程比較簡單，在幾分鐘內(nèi)就能完成。與穿美國航天服相比，穿俄羅斯航天服就簡單多了。首先要將航天服放在裝有輪子的穿衣架上，然后像打開冰箱門一樣地打開航天服后面的門，并抓住門的頂部，將身體向上拉起，就像抓住單杠做引體向上那樣。然后向下將腿伸進(jìn)褲筒內(nèi)，將手臂向下伸進(jìn)袖筒中，手指伸進(jìn)手套里。為了關(guān)上航天服上衣后面的門，航天員要用一只手拉服裝前面的一根短金屬棒內(nèi)的一個環(huán)，環(huán)再拉動航天服內(nèi)的一根金屬線，將門關(guān)上。然后用姆指按下位于腰部的一個按鈕，將門鎖上。鎖定住意味著門已經(jīng)密封了，可以開始加壓。

穿俄羅斯的航天服時，手臂和身體活動的自由度很小，要付出很大努力才能將手臂放在胸前。然而,有些活動還是比較容易實(shí)現(xiàn)的，特別是手臂上下運(yùn)動，這很有現(xiàn)實(shí)意義，因?yàn)槎砹_斯航天員出艙活動比較多的動作是爬梯子和搖絞盤狀的裝置。

中國“飛天”航天服：重而不笨行動靈活

中國自行研制的“飛天”艙外航天服，質(zhì)量為120 千克，單套價值達(dá) 3000萬元人民幣，可靠系數(shù)為0.997，可支持至少4 小時的艙外活動，能重復(fù)使用5 次以上，服裝氣體泄漏率不大于2升/分鐘；應(yīng)急供氧時間不小于30分鐘；平均散熱量為300 瓦。

為滿足航天員在太空活動的需要，“飛天”和美俄的艙外航天服一樣，具有供氧、溫控、二氧化碳吸收等環(huán)境控制、生命保障與安全防護(hù)功能，具備信息采集傳輸、通信能力，同時能滿足人機(jī)工效要求。

該艙外航天服采用了整體擬人形態(tài)半硬式密封結(jié)構(gòu)，即從腰部以上的軀干是硬式結(jié)構(gòu)，四肢為軟式結(jié)構(gòu)，采用后背鉸鏈門式穿脫機(jī)構(gòu)。

該艙外航天服最高能達(dá)到2 米，配有1.30米高的生命保障系統(tǒng)背包。服裝通體純白，從上到下依次是頭盔、上肢、軀干、下肢、壓力手套、靴子。

它從內(nèi)到外分為6 層：由特殊防靜電處理過的棉布織成的舒適層、橡膠質(zhì)地的備份氣密層、復(fù)合關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)組成的主氣密層、滌綸面料的限制層、通過熱反射來實(shí)現(xiàn)隔熱的隔熱層、最外面的外防護(hù)層。軀干達(dá)到7層，最厚的是掛包有20層。服裝的四肢裝有調(diào)節(jié)帶，通過調(diào)節(jié)上臂、小臂和下肢的長度，身高1.60～1.80米的人都能穿上這套衣服。

重而不笨、行動靈活是“飛天”艙外航天服的一大特點(diǎn)。設(shè)計師們在上肢的肩、肘、腕和下肢的膝、踝等關(guān)節(jié)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(zhuǎn)動，同時能嚴(yán)格保證氣密性。其上肢關(guān)節(jié)巧妙地利用仿生結(jié)構(gòu)，使關(guān)節(jié)活動更加自如。在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(guān)。

高1.3米的背包是航天服穿脫(進(jìn)出)口的密封門，在背包殼體內(nèi)安裝了艙外航天服生保設(shè)備，背包殼體下端安裝有掛包、備用氧瓶等。背包關(guān)閉通過拉緊鋼索和操作關(guān)閉手柄完成。

“飛天”頭盔的視野比其他同類產(chǎn)品要大，頭盔還有攝像頭，可拍攝航天員出艙操作；兩側(cè)各有1 個照明燈，可照亮服裝胸前部分，方便航天員在陰暗面操作；兩側(cè)有報警指示燈，一旦服裝出現(xiàn)泄露報警燈閃，同時還有語言報警。它的面窗有4 層，其中2 層為充壓結(jié)構(gòu)，外面是防護(hù)面窗，最外層是鍍金的濾光面窗，對太陽光折射率低，迎著光照面可拉下它，太陽光線就不會直接照到人眼睛上去。

出艙活動主要靠手完成操作和“行走”，所以艙外航天服的手套必須靈活?！帮w天”的手套外層為纖維織物，有 2 層氣密，使用特殊隔熱橡膠材料，能耐受高溫到 100℃。指尖部分只有 1 層氣密層，以保持觸覺。該手套是用國際上先進(jìn)的“三維數(shù)字掃描”技術(shù)，為每位航天員量身定做的。手套可握住25 毫米的鉛筆粗細(xì)的東西。

穿“飛天”艙外航天服時需要先把雙腿伸進(jìn)航天服的下肢，臀部放在航天服的背包沿上，然后關(guān)閉背包門，把自己裹在龐大的艙外航天服中。這個過程也就 1～2 分鐘，但之前的準(zhǔn)備工作需要花不少時間：1.穿上貼身內(nèi)衣；2.穿一件能夠測量心跳、體溫的生理背心；3.穿防靜電的連體內(nèi)衣；4.穿給人體散熱的液冷服；5.戴上通信裝備。

▲ 我國自主研制的空間站“飛天”水下訓(xùn)練服