宇航服的进化之路

来源: 环球科学

发布日期: 2019-04-04

本文详细介绍了宇航服的进化历程,从早期的笨重设计到现役的功能强大宇航服,再到未来的生态宇航服。文章还提到了宇航服在太空行走中的重要性以及一些宇航员在太空行走中因宇航服问题而遭遇的危险经历。

自从50多年前初次登场以来,宇航服跟随着人类空间探索的雄心一起进化。从第一次太空行走时险些要了宇航员命的笨重宇航服,到功能强大的现役宇航服,再到贴合修身的下一代生态宇航服,不断进步的宇航服为每一次太空任务保驾护航;但一旦宇航服出了问题,就有可能在一瞬间威胁宇航员的生命。首先我们要知道,宇航员为什么要穿着宇航服。

宇航服主要有两大作用:首先是在宇航员执行舱外任务时,帮助他们应对几乎真空、没有氧气而且极为寒冷的太空环境。如果没有宇航服的保护,人类在太空中连两分钟都活不下来。此外,在飞船发射和返回大气层时,宇航员也需要在舱内穿上宇航服,这样万一出现失压等突发事件,也能保护自己。因此不难理解,宇航服分为两大类:舱外活动(EVA)宇航服和舱内活动(IVA)宇航服。

接下来这7款经典的宇航服,将让我们了解这些“个人宇宙飞船”的历史和未来。这张图片是第一位进入太空的宇航员——尤里·加加林身着的SK-1宇航服。SK-1是苏联航天局专为加加林量身打造的宇航服,它配备了辅助生命维持系统。显然,SK-1也是第一款进入太空的宇航服。在加加林的东方1号绕地飞行任务成功后,这款宇航员经过改造,也被用于后继航天任务。

1965年3月18日,苏联宇航员阿列克谢·列昂诺夫完成人类首次太空行走时,身穿的就是Berkut宇航服。在俄语中,Berkut意为“鹫”(一种大型猛禽),因此这款宇航服也被称作鹫式宇航服。这套宇航服虽然看似笨重(实际上也确实很笨重),但作为一种舱内舱外混合型宇航服,它在整个任务过程中起到至关重要的作用。宇航服包含了一个21千克重的氧气包,能为列昂诺夫供应45分钟的氧气。

在早期的太空探索竞赛中,美国似乎总是比苏联慢一步:美国人的第一次载人航天飞行比苏联晚了一个月,而第一次太空行走也落后了3个月。1965年6月,埃德·怀特身穿双子座宇航服,完成了美国第一次太空行走。进行太空行走时,怀特通过一根7.6米长的“脐带”与飞船上的生命维持系统相连,所以他能行动的半径也只有这么长。怀特携带了一台手持推进设备,利用这台液氧喷射枪他可以推动自己在太空中移动。

在那之后的宇航服都采用了背包式生命维持系统,让宇航员更自由地活动。EVA宇航服进入“无线”时代:1984年,布鲁斯·麦克坎德雷斯成为首位在太空行走时无系绳飞行的人,他使用喷气背包来进行移动。当人类的活动范围延伸至月球表面,宇航服也实现了一次重要的升级。这张照片,可能是很多人最眼熟的一款宇航服了。宇航员在月球行走时穿的阿波罗A7L是第一套具有独立生命维持系统的宇航服。

为了隔绝月尘,它外面还罩了一套隔热及微流星防护层。为了携带一系列生命保障装置,阿波罗宇航服的质量达到90千克,是早期宇航服的两倍还要多。不过,由于在关节处设计了很多褶皱,阿姆斯特朗们蹲下来捡石头还是比较方便的。这是一款从未真正派上过用场的宇航服。早期航天飞机设计有弹射座椅,万一发射失败,航天飞机可以在24千米内将宇航员弹射出去。这套宇航服,就是为了在弹射时保护宇航员。

它没有生命维持系统,只能指望宇航员在弹射后落到低空来维持气压和供氧。当然,用不上它也不是什么坏事。终于,我们看到现役的宇航服了。NASA的舱外机动套装相当于一艘自给自足的小型飞船。它主要由一个硬质防护壳和内置冷却服构成,通常能提供8.5个小时的生命支持。现在的国际空间站中,所有宇航员穿着的EVA宇航服包括两类:舱外机动套装,以及俄罗斯的海鹰宇航服。

如果让你用一个词形容EVA宇航服,“笨重”一定是一个频繁用到的词汇。为了填塞加压气体,这些宇航服总是让宇航员臃肿得像个球。而麻省理工学院教授达瓦·纽曼设计的生态宇航服(Biosuit),彻底改变了我们对宇航服的印象。Biosuit就像人的第二层皮肤,通过激活编织进纤维的镍-钛记忆合金,它可以贴合地包裹在身体周围。

只要卷曲的合金纤维被拉直,宇航服就能产生机械压力,直接作用于宇航员的皮肤,从而维持必需的压强,而不用通过气体来增压。如果真的用上此类宇航服,宇航员就能更轻松自如地运动了。到目前为止,各式各样的宇航服已经为500多人的太空之旅、200多人的太空行走任务保驾护航。不过,一旦宇航服在太空行走中出现了问题,哪怕只是一点小问题,后果可就严重了。下面这3位宇航员就在太空行走时,险些被出错的宇航服要了命。

这张高糊照片,就是正在执行太空行走任务的列昂诺夫。还记得前面介绍的人类首次太空行走任务吗?阿列克谢·列昂诺夫的行动很成功,除了差点挤不进飞船。进入太空仅仅1分钟,列昂诺夫的宇航服就因为压力变化膨胀起来。在完成12分钟的舱外任务后,他已经鼓得没法挤进飞船。这时,他不得不冒着缺氧和低压症的风险,通过阀门放掉宇航服内的部分氧气。幸运的是,赶在氧气耗尽前,列昂诺夫回到了飞船里。

顺便一提,由于宇航服膨胀,他没法按到大腿上的快门开关,因此安装在宇航服上的摄像头没能派上用场。当然,与活着完成任务相比,少拍几张照片已经是小问题了。卢卡·帕米塔诺与列昂诺夫相比,意大利宇航员卢卡·帕米塔诺的经历更为离奇。2013年8月,帕米塔诺正在国际空间站外执行一次例行舱外任务。突然,帕米塔诺觉得后脖颈有水。很快他意识到,这不是错觉,超过1升的水逐渐灌满头盔,进了他的耳朵,没过他的鼻子和嘴。

帕米塔诺必须迅速回到气密舱脱下头盔,否则他将被满头盔的水淹死。雪上加霜的是,由于耳朵进水、头盔的镜片也被水雾糊上,他几乎听不见声音,也看不到东西。好在,帕米塔诺最终靠记忆闭眼摸回了气密舱。事后检查发现,宇航服的水分离器阻塞导致了漏水。克里斯·哈德菲尔德加拿大宇航员克里斯·哈德菲尔德也曾在太空行走时突然看不到东西。遮住他视线的不是别的,而是他的眼泪。

哈德菲尔德在第一次太空行走时,抗结雾溶剂刺激了他的左眼,导致他泪流不已。失重状态的泪珠又糊住了他的右眼,让他一时间完全看不见东西。好在他自己的眼泪缓释了左眼受到的刺激,视野恢复之后,他有惊无险地完成了行走任务。

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