2008年9月27日，航天員翟志剛進行首次太空行走，我國研制的第一套艙外航天服“飛天”第一次在距地球300多公里的茫茫太空“亮相”。 2021年7月4日11時02分，神舟十二號乘組航天員劉伯明、湯洪波身著我國自主研制的新一代“飛天”艙外航天服，先后從天和核心艙節(jié)點艙成功出艙 第三代“飛天”艙外服 艙外航天服類似一個小飛行器，因為它有自帶供電、氣源、制冷和空氣控制等技術(shù)，能獨立實現(xiàn)環(huán)境控制和生命保障。 我國研制的“飛天”艙外航天服每套總重量120公斤，造價約3000萬元人民幣,可靠系數(shù)0.997,可在太空環(huán)境下工作4小時，具有環(huán)境控制與生命保障及艙外通信功能，各項技術(shù)指標完全滿足“神七”飛行任務(wù)需要。 在“神七”氣閘艙里，有2套艙外航天服，分別為我國研制的“飛天”艙外航天服和俄羅斯研制的“海鷹”艙外航天服。 “飛天”艙外航天服主要由頭盔、服裝、手套和靴子組成，其主要功能有：空間環(huán)境防護，包括真空壓力防護、空間熱防護、空間輻射與微塵流防護；工效保障，包括操作工效保障、視覺保障；環(huán)境控制與生命保障，包括供氧調(diào)壓、通風(fēng)凈化、主動遙控等。 在技術(shù)上，艙外航天服的研制主要有以下幾個難點：活動密封技術(shù)、高度集成、安全可靠性設(shè)計技術(shù)、地面模擬試驗。之前，只有美、俄兩國有艙外航天服。 航天服的左臂上印著鮮紅的國旗,右臂上有兩個大字:“飛天”?！帮w天”是我國研制的第一代艙外航天服,整體設(shè)計和各部件的設(shè)計、組裝都是我國科學(xué)家自己完成的。就完成目前任務(wù)的能力而言,接近國際水平。 第三版 “飛天”艙外服的內(nèi)部構(gòu)造 如果忽略“暗藏”在航天服上的種種“機關(guān)”，“飛天”很像一件加厚、特大碼的羽絨服。服裝通體純白，軀干像盔甲，四肢像面包。從上到下依次是頭盔、上肢、軀干、下肢、壓力手套和靴子，背上還有一只1.30米高的大背包。 那么，艙外航天服的內(nèi)部構(gòu)造是怎樣的？ 從內(nèi)到外，艙外服分為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，通過熱反射來實現(xiàn)隔熱的隔熱層，以及最外面的外防護層。外層的防護材料可耐受正負100攝氏度以上的溫差變化，堪稱國內(nèi)最貴的服裝面料。 服裝上肢（袖子）和下肢（褲腿）的長度可以根據(jù)每個航天員的身長進行調(diào)節(jié)。通過調(diào)節(jié)大小，一套航天服可以用于不同身材的航天員，身高1.60米－1.80米的人都可以穿。 ——最里面一層是舒適層，它是用特殊處理過的棉布制成，最大特點是絕對不起靜電，因為艙外服里面是純氧，一有靜電就會著火。 ——備份氣密層，由1毫米左右的橡膠板構(gòu)成，與上肢等關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)粘貼在一起，形成相匹配的形狀。 ——主氣密層，這一層所用的橡膠布的氣密程度是滴水不漏。它是個整體結(jié)構(gòu)，完全覆蓋服裝主要的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)包括軀干、背包。它既要能充氣加壓，又不能讓服裝過于膨脹，還要讓各關(guān)節(jié)活動自如，技術(shù)難度非常大。 ——限制層，是用強度很高的材料構(gòu)成，因為無論是備份氣密層，還是主氣密層，承受的壓力是很小的。可以說，限制層是主承力層。 ——真空屏蔽隔熱層，它由5-7層涂鋁的PET薄膜構(gòu)成，各膜之間用網(wǎng)絡(luò)物隔開，貼在一起形成應(yīng)對真空溫差、輻射等惡劣環(huán)境的強大屏蔽。 ——外防護層，是一種特殊的紡織面料，這種紡織面料是目前國內(nèi)最昂貴的布料，可以在溫度±100℃之間保持完好無損，耐磨損、反射性強，太陽光照射上去后都反射回去了，吸收很少。 第四版 “飛天”艙外服的整體結(jié)構(gòu) 頭盔：面窗細分四層 “飛天”頭盔的制作材料由黑龍江一家科研院所提供。頭盔的面窗共有4層，其中兩層充壓結(jié)構(gòu)間將被充入高純氮氣。外面還有一層防護面窗，再外層則是濾光面窗。濾光面窗對太陽光的折射率很低，一旦航天員迎著高強光照面，就可拉下這層面窗。 頭盔的兩側(cè)還各有一個照明燈，能夠照亮服裝的胸前部分，這有利于航天員在光照不足的陰照面操作。 與照明燈一樣位于頭盔兩側(cè)的還有報警指示燈，一旦服裝出現(xiàn)意外，報警燈就會閃起，并能發(fā)出語言報警。 此外，“飛天”頭盔上還裝有攝像頭，可以拍攝航天員出艙操作時的情景。 飛天頭盔的優(yōu)點在于其視野比其他同類產(chǎn)品要大，這在制造技術(shù)上要求很高，相關(guān)的科技人員花費了數(shù)年時間才攻下頭盔制造的難關(guān)。 前胸設(shè)備：通過手腕反射鏡操作 “飛天”艙外航天服的前胸是其“大腦”所在。 服裝胸前的電控臺是電器系統(tǒng)的核心，內(nèi)有服裝加電、泵、風(fēng)機、數(shù)管、照明、電臺開關(guān)、OLED顯示器、機械式壓力表等設(shè)備。 與電控臺相鄰的是氣液控制臺，它控制著服裝氣路和液路系統(tǒng)的核心部件，里面有20多個閥門，以保證正常供氧和應(yīng)急供氧，切換主備氧氣瓶和氣體壓力主備設(shè)施。 “飛天”服裝前胸的操作開關(guān)有10多個，其中的消聲鍵可以兩用，包括消除警報聲，以及顯示器在兩個屏幕中切換。 有趣的是，因為視野所限，航天員并不能看到胸前和腰胯部的設(shè)備，只能通過兩只手腕上的反光鏡反射進行操作。 手套觸覺：靈敏度可撿鉛筆 “飛天”航天服的肩、肘、腕三個上肢關(guān)節(jié)是氣密軸承裝置，雙層密封但能轉(zhuǎn)動，其中有專用的調(diào)節(jié)帶，可以調(diào)節(jié)尺寸適合不同人穿用。因為出艙活動主要靠上肢，所以下肢的膝、踝關(guān)節(jié)活動能力沒有上肢要求高，但下肢和襠部都有多處調(diào)節(jié)帶。 “飛天”航天服的手套在指尖部分只有一層氣密層，可以保持觸覺。這些手套分不同型號。制造時將14個人的手部數(shù)據(jù)利用三維掃描技術(shù)，制造出適合亞洲人的手套，分大小號，其靈敏度可以幫助航天員握住25毫米如鉛筆般粗細的東西。 掛鉤雙繩：艙外活動交替使用 “飛天”航天服上有兩根臍帶，其中01號臍帶長8米，02號臍帶長4米。這種臍帶將航天服與飛船連接在一起，航天員出艙后，在自主模式下并不用電臍帶，但一旦出現(xiàn)意外，作為應(yīng)急供氧管的臍帶就會發(fā)揮作用。 航天服上的2個安全掛鉤對于這次任務(wù)非常重要。航天員出艙時，掛鉤可以起到安全防護作用，使航天員出艙不脫離艙體。 這兩個掛鉤上的繩子一長一短，一根3米，一根1米。1米的繩子承重1噸，由于比較短可以防止纏繞，它呈折疊狀，一旦在外力作用下展開，就表明航天員已經(jīng)離開飛船。另一根3米長的繩是彈簧繩，可拉長，也能承受1噸重。 具體操作時，出艙的航天員要交替使用兩個掛鉤，像攀巖那樣才能實現(xiàn)艙外活動。 穿衣程序：自下而上 上天后航天員要將掛在氣閘艙壁上的服裝產(chǎn)品從支架上取下，放在服裝架上，解包，檢查，進行組裝。 穿衣時，航天員先坐在艙外服背包門框上。背包兩側(cè)是供氧部件，航天員先把下肢穿好，把服裝與液冷服連接。液冷服能散熱70%-80%，是彈性網(wǎng)狀織物制成并帶有帽子，在網(wǎng)格之間穿有注滿水的軟管，軟管結(jié)構(gòu)主要集中在人體頭部、軀干、大腿等部位。液冷服的肩肘和腰部等怕涼的地方都加了特殊的羊毛氈進行防護。 “飛天”航天服可重復(fù)使用五次 “飛天”航天服的每一處設(shè)計極其講究，小到一個襻扣都要考慮實際應(yīng)用。據(jù)專家介紹，我國自行研制的“飛天”艙外航天服因為不帶有制動裝置，所以與美國航天服不同，而接近于俄羅斯航天服。 這套服裝可以重復(fù)使用5次左右。但據(jù)消息人士稱，神七飛行任務(wù)中，“飛天”艙外航天服將留在氣閘艙中留軌，但其中的手套要由航天員帶回地球。 第五版“飛天”艙外航天服中的精密技術(shù) 軀干殼體：保護生命的盔甲 軀干殼體是艙外航天服的主體，是航天服的裝配集成中心，各種設(shè)備、儀器都要與之連接，是艙外航天服研制的重中之重。 艙外航天服軀干殼體為鋁合金薄壁硬體結(jié)構(gòu)，與背包系統(tǒng)裝配后共同承受地面運輸、上升段的各種載荷，具有壓力防護、載荷支撐、密封等功能，是名副其實的航天員的生命“盔甲”。神奇的是，這副“生命盔甲”的軀干殼體為鋁合金薄壁硬體結(jié)構(gòu),壁厚僅1.5毫米。 呼吸系統(tǒng)：進出氣關(guān)口 艙外航天服上有呼吸系統(tǒng)，這是為航天員自動供給人造空氣、排出廢氣、調(diào)節(jié)安全氣壓和凈化航天服內(nèi)異味的關(guān)鍵系統(tǒng)，關(guān)系到航天員的生命保障和呼吸舒適度。 據(jù)悉，艙外航天服內(nèi)的空氣質(zhì)量，既能自動將多種氣體混合成人造空氣，又能及時自動排除人體廢氣，還能自動將服內(nèi)氣壓控制在安全范圍值以內(nèi)，并能自動凈化服內(nèi)異味，保證呼吸舒適度。 電臍帶：萬無一失的生命通道 在航天員離開“神舟七號”走向神秘太空時，與飛船連接全靠一條“電臍帶”，這個包括航天服電纜網(wǎng)、掛包電纜網(wǎng)和航天服氣壓調(diào)節(jié)行程開關(guān)等在內(nèi)的系統(tǒng)均承擔(dān)著向航天服各組成部分供電和傳輸信號的重要使命。 “電臍帶”還是一根可以隨時把航天員拉回艙內(nèi)的“繩子”，其上的臍帶數(shù)據(jù)處理器可以將采集到的航天服、艙載設(shè)備信息實時傳送給飛船的數(shù)管分系統(tǒng)，并將自身的信息通過測控通信傳回地面。這樣，航天員在太空行走的安全性得到了充分的保障?！半娔殠А钡娜彳浂热缤胀ǖ哪z質(zhì)水管一般，良好的柔軟度保證了航天員在太空活動靈活自如。 我國第六版“飛天”艙外航天服的三大優(yōu)勢 我國研制的第六代“飛天”艙外服有自己的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在三個方面： 首先，我國的“飛天”艙外服采用更多數(shù)字化技術(shù)，在信息采集、數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫婢捎脭?shù)字化手段。 而俄羅斯的“海鷹”艙外航天服研制于上世紀七、八十年代，當(dāng)時數(shù)字技術(shù)還不發(fā)達，因此采用的是模擬技術(shù)。 其次，我國的“飛天”艙外航天服在與飛船聯(lián)接時，采用CDMA制式，而“海鷹”艙外服用的是短波通信方式。 第三，我國的“飛天”艙外航天服在肘關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)等處，繼承了艙內(nèi)航天服的優(yōu)點，相對來說比較柔軟，這樣航天員的行動也就更靈活。 第八版 艙內(nèi)艙外服大比拼 電控臺、氣液控制臺、氣液組合插座、應(yīng)急供氧管、電臍帶……軀干外殼上分布著各種儀器。一個只有漢語辭典大小的控制臺里，集成了20多種閥門，每個閥門又是一個更精巧的開關(guān)集合體。 那么，同樣都是航天服，艙外航天服跟艙內(nèi)航天服有什么不同？ 艙內(nèi)航天服只保證壓力，但艙外航天服什么都要管。飛船里的大多數(shù)功能，都要在艙外航天服里實現(xiàn)。 總的來說，艙外航天服為航天員提供三方面的保障。 一是輻射、真空、微流塵等環(huán)境的防護； 二是生命保障，也就是要保持一個適合人生存的氣體和溫度濕度環(huán)境； 三是良好的功效保障，保證航天員穿著艙外航天服能開展維修器材等太空作業(yè)。 可以說，艙外航天服就是一個“穿在身上的飛船”。 新一代“飛天”艙外航天服 艙外航天服功能 由于太空環(huán)境很惡劣，因此航天員出艙時必須穿艙外航天服，以便把航天員的身體與太空惡劣環(huán)境隔離開來，并向航天員提供一個相當(dāng)于地面的環(huán)境。 艙外航天服相當(dāng)于微型載人航天器，技術(shù)很復(fù)雜，是一個國家載人航天實力的重要體現(xiàn)。它由服裝、頭盔、手套和航天靴等組成，其中最復(fù)雜的是服裝，由多層組成。最里層是襯里和尿收集裝置；襯里外是用于散熱的液冷通風(fēng)層；液冷通風(fēng)層外是用于產(chǎn)生一定壓力的加壓氣密層；然后是限制加壓氣密層向外膨脹的限制層；限制層外是對付艙外大溫差變化的隔熱層；最外面是保護層，它由多種纖維復(fù)合織物制成，具有良好的柔軟性，耐穿透、耐磨損、耐高溫、耐燃燒、耐腐蝕，還有防輻射的功能和連接其他裝具的接口。 艙外航天服的頭盔由頭盔殼、面窗結(jié)構(gòu)和頸圈等組件構(gòu)成，其中的頭盔殼所用材料具有強度大、抗沖擊等優(yōu)點。在出艙前，頭盔面窗的內(nèi)部要噴上防霧劑。手套與服裝通過腕圈接連，靴子由壓力靴和艙外熱防護套靴組成。 艙外航天服在背部裝有提供氧氣等維持生命所需各種條件的便攜式生命保障系統(tǒng)。如果太空行走時間較長，艙外航天服內(nèi)要裝有飲水袋。在飲水管的旁邊還有一個放置食物棒的長孔，航天員只要一伸嘴即可吃到美味可口的棒狀食物 。 “飛天”艙外服特點 我國太空行走第一人翟志剛2008年穿的“飛天”艙外航天服質(zhì)量為120千克，高2米，配有1.30米高的生命保障系統(tǒng)背包，可支持至少4小時的艙外活動，能重復(fù)使用5次以上，價值3000多萬人民幣。 它從內(nèi)到外分6層：舒適層、備份氣密層、主氣密層、限制層、隔熱層、外防護層，具備防輻射、溫度調(diào)節(jié)和壓力調(diào)節(jié)等功能，還有完備的生命保障系統(tǒng)。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。最外層防護材料可耐受±100℃左右的溫差變化。 殼體為鋁合金薄壁硬體結(jié)構(gòu)，厚度1.5毫米，抗壓能力超過120千帕，經(jīng)得起地面運輸、火箭發(fā)射時的震動，還能連接服裝各個部位，承受整套服裝120千克質(zhì)量。 “飛天”艙外服采用整體擬人形態(tài)半硬式密封結(jié)構(gòu)（軀干是硬式結(jié)構(gòu)，四肢是軟式結(jié)構(gòu)），及后背鉸鏈門式穿脫機構(gòu)；采用閉式循環(huán)非再生式環(huán)控生保系統(tǒng)，由高壓氧瓶供氧，使用40千帕純氧壓力制度，主要采用水升華器技術(shù)實現(xiàn)主動熱防護；遙測與控制系統(tǒng)把艙外航天服的工程參數(shù)、航天員的生理參數(shù)和話音信號，利用“臍帶”方式有線下傳或遙測設(shè)備無線下傳；可由“臍帶”模式艙載供電，也能由服裝電池自主供電。 其指尖部分只有1層氣密層，以保持觸覺，手指其余部位內(nèi)有2層真空屏蔽隔熱層。手套的手背處裝有可以翻折的熱防護蓋片，它不僅能提高手指的熱防護能力，還能保證手指的關(guān)節(jié)活動性。在手套的握物部位設(shè)置有防滑的凸粒狀橡膠。 重而不笨、行動靈活是“飛天”艙外服一大特點。它巧妙地利用了仿生結(jié)構(gòu)，使關(guān)節(jié)活動更自如。其上下肢的所有關(guān)節(jié)處使用了氣密軸承，使航天員的手腳可隨意轉(zhuǎn)動，又能嚴格保證氣密性。其背包是航天服穿脫口的密封門，在背包內(nèi)安裝了艙外航天服生保設(shè)備，背包殼體下端裝有備用氧瓶等。背包關(guān)閉通過拉緊鋼索和操作關(guān)閉手柄完成。 升級版“飛天”艙外服 “飛天”艙外服頭盔的視野比其他同類產(chǎn)品要大；頭盔上裝有攝像頭，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，在艙外服出現(xiàn)泄露時閃動報警，同時還有語言報警。它的面窗有4層：其中里面兩層為充壓結(jié)構(gòu)，即兩層之間充高純氮氣和防霧劑，外面是防護面窗，最外層是鍍金的濾光面窗，對太陽光折射率低，防止太陽光線直接照射人眼。 軀干外殼裝有：電控臺、氣液控制臺、氣液組合插座、應(yīng)急供氧管、電臍帶。僅十幾平方厘米的電控臺里有照明、數(shù)碼管控、機械式壓力表等9個開關(guān)，漢語辭典大小的氣液控制臺里集成了20多種閥門。 出艙通信分為無線和有線兩種方式，它們互為備份，但以無線通信為主。有線通信通過連接航天員腰部左側(cè)的8米長“電臍帶”來實現(xiàn)，用于傳輸航天員生理參數(shù)，還可與地面直接通話。里面有很細的鋼纜，不僅能提供備份通信或者能源，也起到一定的安全防護作用。但主要靠艙外服胸甲右下側(cè)伸出的兩根一長一短的橘黃色安全系繩及其掛鉤來保障安全。它們內(nèi)部有彈簧，最長可拉至3米，承受1噸的拉力，我國的設(shè)備可保證2～3倍的安全余量。 在電控系統(tǒng)上，“飛天”艙外服全部采用數(shù)字信號處理，顯示屏則采用最先進的有機發(fā)光顯示器技術(shù)，使顯示器更大、更薄、更省電、更能耐受高低溫，顯示色彩更艷麗。 據(jù)悉，這次神舟十二號航天員將穿著進行了大量改進與升級的“飛天”艙外服，它已經(jīng)組裝完畢，高度在2米左右，重100多公斤，可支持更長時間的艙外活動，重復(fù)使用次數(shù)更多，關(guān)節(jié)處更加靈活。艙外服的整體效能、可靠性、舒適性有了進一步提高，艙外服的操作動作和信息識別更加迅速、準確，科技感更強，同時具有中國的審美識別性。 神舟十二號航天員劉伯明表示：“我很期待站在機械臂末端那一刻，面向整個茫茫宇宙，隨著機械臂擺動，會有一種飛翔的感覺?！钡拇_，我們所有人都很期待那一刻 。 130公斤重的艙外航天服，是航天員執(zhí)行出艙活動的鎧甲。它是一個微型航天器，充上一定的壓力后，可以保護航天員的生命安全，抵御外太空的高低溫、強輻射等。手套上的反光鏡 利于操作視野盲區(qū)設(shè)備。

我國研制的“飛天”艙外航天服