太空无纺宇航服

牟汝佳

一些纤维具有极强的高功能,晶硅石英已成为世界上最洁净的纤维材料。由于它具有抗内温效应,无纺石英毯被大量用于隔热或太空火箭的热保护系统。这类无纺品耐受温度达1050℃高温,其高爆抗温力超过1200℃。石英纤维具有十分纯净的化学性。制作工艺要先制成石英棒,然后整合成纤维,其无纺加工性与树脂的兼容性都很强。这样的纤维可制成单纱、粗纱、毛纱、低密度毡制品和股纱。而粗纱则可制成无定形的连续缠结无纺品,无色无味,也无挥发性。

这样的纤维直径为4～9µm。为了给火箭提供热保护,石英毛也被用作火箭发射装置和太空交通工具的隔热材料。石英毛的其他应用也很神奇,它可用作酸性液体和油类的过滤材质,还用作火炉耐火材料,也用在半导体高温隔热工业,还可用作生产重型卡车催化排气净化器材质。

石英毛浸透有机粘接剂可制成低密度无纺毡,用于航空器,在高熔点合金锡箔纸间衔接可抗震,具有很高的寿命。因此在军事航空领域和民用工业都很有应用价值。不仅如此,用针刺无纬石英纤维制成的材料用于飞机引擎绝热也十分有效。工业高温炉和光纤维绝热应用也已相当广泛。

欧洲还利用这类无纺品设计出对地静止轨道的传输有效载荷或地球低级轨道体系。由于这种材料属于预制氧化碳,法国杜弗洛工业公司利用它开发抗强震材料,用以作为卡车和托运集装箱的减震器。

2011年4月12日-15日,日内瓦将举办INDEX无纺博览会,届时将有多种新品问世。其实,早在2008年,瑞士举办的INDEX博览会,纳米纤维就通过电镀技术,被广泛应用于无纺过滤器。我们看到的宇航服已经属于喷射型纳米纤维无纺材料,不仅用于制服首层,而且其他层也采用这类材料。

采用石英毛纤维,最初产生于美国麻省理工学院。该大学专家最先开发出紧身的太空型宇航服,称之为BioSuit(生物制服),正式替代加压型大体积的笨重宇航服。最新开发出的宇航服也很具有韧性和灵活性。

专家确信,作为人体第二层皮肤,这类外层涂喷宇航服属于有机性无纺品,能自然分解,它使宇航员在满是尘埃的太空行走自如。这类制服照样可启动人造肌纤维的电池发电,让第二层皮肤给宇航员提供动力。

这类太空服体系还可镶嵌通信设备、产生生物功能,借助电脑的作用在太空中行走或攀爬装置。美国宇航局就将其称为“户外车辆活动”(EVA)。

美国麻省理工学院宇航太空工程系教授达华·纽曼说,“当人类登上月球或火星时,或许不会将其作为永久居住地,但这种宇航服却会永久性加以利用”。

美国前宇航员太空漫步者杰弗里·霍夫曼曾配合纽曼教授及其同行夜以继日地工作,历经数年艰辛探索,他们终于开发出这种太空服。过去的太空服可给穿者加压至20千帕斯卡,但最新产品却可加压至25~30kPa,已超越地球气压三分之一。因此,很明显,BioSuit具有很高的太空利用价值。这种完全功能化的太空服在十年内即可为宇宙旅行大批量生产。

这类太空服还有内置“心脏”,它是一种机械计数器,与材料内层紧密粘贴,同时又具有柔韧性和保护宇航员身体的功能。不仅如此,它还能显示人体运动性三维立体图,即人体在太空移动时,地面人员可见宇航员体内的运动状况。

穿上传统宇航服,宇航员的手臂和大腿的移动受到限制,但这种太空服却开了先河,让宇航员具有了更大的灵活性。

美国宇航局最新开发的宇宙飞船,外部移动式宇航服也与俄罗斯太空服一样,宇航员身穿的任何加压设备都包含了可透气性。由于背包生命支持系统的作用,宇航服外层又限制了太空服的移动性并要求宇航员用自身力量克服制服带来的不便。无论是美国还是俄罗斯,他们开发的最新宇航服都只能用于太空行走,而不能用于太空飘浮。

为设计更大的移动性,强化人类的太空能力,纽曼希望生物制服能为普通人利用,即可裁剪并当作运动服穿,也可为将来人类登上火星做准备。

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