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2023-02-24

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航天服：航天員的生命保障

????????北京時(shí)間2022年9月30日12時(shí)44分問天實(shí)驗(yàn)倉完成轉(zhuǎn)位，這是我國航天事業(yè)的一大飛升。這些斐然的成績離不開宇航員們兢兢業(yè)業(yè)的工作。當(dāng)然，也與他們所配套的設(shè)施有著千絲萬縷的聯(lián)系。

????????隨著航天事業(yè)的發(fā)展，不僅對航天器有了更高的要求，航天服的需求也日益增強(qiáng)，尤其對其性能的要求日益嚴(yán)苛。因?yàn)樗粌H意味著航天科學(xué)的發(fā)展，還是航天員們生命的保障。更優(yōu)異的性能，有助于航天員們在航天的過程中更好地完成充滿挑戰(zhàn)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，也更能保障他們在作業(yè)時(shí)的舒適度，從而提高工作效率。航天服事業(yè)的發(fā)展，一定程度上能夠反映一個(gè)國家航天事業(yè)的發(fā)展。因此航天服的研發(fā)、制作等過程都是國家機(jī)密，這反映了它的重要地位。

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回顧航天服發(fā)展史

?????????在人類對太空的漫長探索中，航天服起著不可替代的作用，所以我們很有必要了解航天服的發(fā)展史。

????????最早的航天服是第一代航天服。1961年4月12日前蘇聯(lián)航天員加加林乘坐東方一號飛船繞地球一周，成為第一個(gè)進(jìn)入太空的地球人。他穿著“SK-1”的加壓航天服成為第一款真正進(jìn)入太空的航天服。雖然這款航天服只配備了簡單的生命維持系統(tǒng)和加壓設(shè)計(jì)，但是它的設(shè)計(jì)奠定了未來航天服的基礎(chǔ)。同年5月5日，美國第一代航天員穿上了第一代航天服：“水星航天服”，其編號是“XN-1”，是由美海軍的Mark IV型飛行全壓服改進(jìn)而成。內(nèi)層是氯丁橡膠涂層尼龍，外層是鍍鋁尼龍，考慮到加壓充氣后衣服會脹開而導(dǎo)致很難彎曲。為了使彎曲更容易，肘關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)縫入了金屬鍵。這套航天服是為應(yīng)對太空艙失壓的緊急情況而設(shè)計(jì)的，不能出艙行走。EVA相比第一代航空服多了更多功能(如有了特殊的防護(hù)外罩)，但它非常沉，它被稱為第一點(diǎn)五代航天服。

????????第二代航天服出現(xiàn)于60年代中期實(shí)施“雙子計(jì)劃”時(shí)期，這種航天服在封入空氣壓的壓力囊外蒙上了一層特氯綸混紡材料織成的網(wǎng)，在空氣壓力使航天服整體膨脹的情況下也容易彎曲，所以這種航天服具有極佳的運(yùn)動(dòng)性。

????????第三代航天服是實(shí)施阿波羅計(jì)劃時(shí)使用的航天服，這種航天服在關(guān)節(jié)周圍制成伸縮自如的褶皺，極大提高了運(yùn)動(dòng)性。它跟過去的航天服相比，最大的差別在于便攜式生命保障系統(tǒng)，即將生命保障系統(tǒng)背在背上，以供生命之需。

????????第四代航天服是航天員在航天飛機(jī)上使用的航天服。在此之前，航天服是定做的，即航天服的制作要不僅會消耗大量的時(shí)間和資金，而且只能使用一次。

為何航天服如此重要呢?

????????航天服是航天員在太空不受低溫、輻射、隕石等的侵害并提供人類生存所需氧氣等的保護(hù)服。它的主要功能有保持航天員的體溫；保持壓力的平衡；阻擋強(qiáng)而有害的輻射；處理宇航員的排泄物；提供氧氣和抽出二氧化碳等。

航天服的構(gòu)造

????????因?yàn)楹教旆腥绱酥匾淖饔?，所以它的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。航天服在結(jié)構(gòu)上分為6層，每層材料各有不同。

????????內(nèi)層選用質(zhì)地柔軟、吸濕性和透氣性良好的棉針織品制作，以保證航天員在長期飛行過程中不能換衣服，大量的皮脂、汗液等會污染內(nèi)衣情況下的舒適度。

　　保暖層選用保暖性能好、熱阻大、柔軟、重量輕的材料(如羊毛)。以保證在環(huán)境溫度變化不大的情況下舒適的溫度環(huán)境。?

? ? ? 通風(fēng)層和液冷層多采用抗壓、耐用、柔軟的塑料管制成(如聚氯乙烯管)。通風(fēng)層和保暖層主要是在宇航員體溫過高的情況下以不同的方式散熱。當(dāng)人體產(chǎn)熱量超過350大卡/小時(shí)，通風(fēng)層不再能滿足散熱要求，這時(shí)由液冷層降溫。

　　氣密層選用氣密性較好的材料制成(如涂氯丁尼龍膠布)，限制層選用強(qiáng)度高，伸長率低的織物(一般由滌綸織物制成)。這是因?yàn)樵谡婵窄h(huán)境中，只有保持航天員身體周圍有一定壓力時(shí)才能保證航天員的生命安全，但是加壓后活動(dòng)困難，各關(guān)節(jié)需要采用各種結(jié)構(gòu)式(取網(wǎng)狀織物式、波管式等)，配合氣密軸承轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)以改善其活動(dòng)性。

　　隔熱層也叫真空隔熱層。它多用鍍鋁的聚酰亞胺薄膜或聚酯薄膜并在各層之間夾以無紡織布制成，各膜之間用網(wǎng)絡(luò)物隔開貼在一起形成屏蔽，它有良好的隔熱和防輻射作用。

　　外罩防護(hù)層大部分由鍍鋁織物制成。因?yàn)樗呛教旆淖钔鈱樱瑢Ψ阑?，防輻射，防磨損等的要求比較高。

展望未來

　　隨著時(shí)代的發(fā)展，航天服也在不斷發(fā)展。在未來的計(jì)劃中第四代航天服的出現(xiàn)解決了航天服的一次性問題，即在此之后的航天服可重復(fù)使用(目前計(jì)劃使用15年以上)，而且也縮短了航天服的穿戴時(shí)間，這無疑又是一項(xiàng)巨大的進(jìn)步。

　　NASA已公布了新一代航空服，人類將在2024年穿上它重返月球。這次一共發(fā)布了兩套航天服，在艙內(nèi)穿的叫做“獵戶座飛船生存服”，它由橙色面料制成，較為輕薄。其功能主要為防輻射，保壓，供氧等，在座艙氣壓變低或氣體泄漏時(shí)，能為宇航員爭取到寶貴的時(shí)間?！芭撏馓剿鳈C(jī)動(dòng)裝置”簡稱xEMU。這次最主要的成功在于xEMU研發(fā)。前幾代航天服因?yàn)楸恐?，宇航員無法屈膝，以至于他們只能以“兔子跳”的方式移動(dòng)，xEMU的下肢采用了最先進(jìn)的表面材料和關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸，這使宇航員在月球上可以更加自由的活動(dòng)。為了讓宇航員在月球執(zhí)行使用儀器、建立基站等時(shí)更精準(zhǔn)的操作，它也使用了更加靈活的手套。除此之外，航天服在防塵、耐熱、通信系統(tǒng)等方面也做了改良，唯一還存在缺陷的是xEMU還需里面穿上尿不濕來解決宇航員的個(gè)人問題。

星辰大海 永不止步

　　希望通過相關(guān)工作人員的不懈努力，航天服能夠得到進(jìn)一步的完善， 讓航天科學(xué)家們能在更安全、更舒適的條件下，更高效地完成更高深的研究，讓航天事業(yè)如沐春風(fēng)，走向更遠(yuǎn)。

【參考文獻(xiàn)】

-航天服的材料是什么_百度知道 (baidu.com)?

-「宇航服」是如何發(fā)明的？它是怎樣保護(hù)航天員的？- 知乎 (zhihu.com)

-航空服是由什么材料制成的 航空服有哪些功能-全球紡織網(wǎng)資訊中心 (tnc.com.cn)

-航空服是由什么材料制成的？有哪些功能？_數(shù)碼印花資訊_數(shù)碼印花 (shumayinhua.cn)

-「宇航服」是如何發(fā)明的？它是怎樣保護(hù)航天員的？- 知乎 (zhihu.com)

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