出舱航天服“货比三家”

文/宗合

▲ 美国航天服是上下分体的，中间用一个椭圆形的腰环连接。

作为目前世界上仅有的三个能够独立开展载人航天活动的国家，美国、俄罗斯、中国都拥有自行研制的出舱航天服。这三家的航天服各自有什么特点？让我们来一探究竟。

美国航天服：寿命长达30年

美国航天服经历了“水星”计划、“双子星”计划、“阿波罗”计划中几代航天服的发展，到航天飞机时期所使用的航天服是目前最先进的出舱活动航天服之一。它也是现在国际空间站上使用的航天服，由14层组成，主要结构与服装组件包括：尿烷涂层，尼龙加压囊，直纹织物和涂铝的聚脂薄膜防热/微流星外套，玻璃纤维的硬式上衣，球轴承关节，液冷/通风内衣，聚碳酸脂头盔和面罩，及其它模块式部件，重约117千克。它的设计寿命非常高，在适当维护下可使用30年。

美国航天服可以承受最长7个小时的任务时间，工作压力为29.647千帕。较低的工作压力不仅使手部活动比较灵活，而且由于关节部位保持恒定的容积，所以允许身体能在航天服内很容易地活动，从而给航天员提供了较大的活动自由度。另外，它的航天手套的触觉敏感性极好，所以美国航天员能够完成的任务种类比较多。

美国的航天服是由不同标准的组件组合成的，通过不同的组合可以适合不同身材的航天员。航天服有5种标准尺寸的硬式上衣，这是航天服的基础。在轨道上可以有限地调节上肢的尺寸，但是要花费数小时。手套基本上是为每个航天员特制的。

美国航天服的生保系统具有冗余的氧气系统、一台致冷和清除水蒸气的升华器、清除二氧化碳和臭气的氢氧化锂筒和报警系统，整个装在航天服外部的背包内，消耗品在轨道上可更换或可再装填。

美国的航天服需要他人的帮助才能穿起来——虽然不用他人的帮助也是可以的，但是美国宇航局出于安全的考虑，由一名舱内航天员帮助2名出舱活动航天员穿脱航天服。首先需要穿上液冷/通风服，它基本上是一种布有两种塑料管的长内衣。航天员穿上后，冷水和空气就通过塑料管流动。然后穿上比较柔软的下肢部分。穿航天服过程中的第一个困难是钻进放在穿衣架上，离地面0.9米的硬式上衣中。钻进去的方法有点特别，航天员先把胳膊伸上去插入衣袖中，同时设法把头向上伸入该装置内，这个动作通过练习还是比较容易做到的。为了便于各种操作，美国航天服的上衣部分是非常合体的。钻进上衣之后，借助裤子腰部两侧的两个手柄将裤子向上拉，再把航天服的上下两部分连接起来。这是穿航天服过程中最困难的一步。因为腰环不是圆形的，而是椭圆形的，要将它们调到适当的位置需要一定的技巧。然后，在头部戴上带有通话器和送话器的载波通信装置和黑白“窥视帽”，再戴上手套。手套是最容易连接的，这主要是因为航天员可以看得见自己正在做的事情。最后，在他人帮助下戴上头盔，并开始向航天服加压。

▲美国的两名女航天员正在穿上航天服，准备进行首次全女性太空行走

美国航天服面罩的视野较好，垂直可以看160°的范围，水平可以看170°的范围。进行舱外活动的航天员可以通过腕部的镜子观察胸前的控制器和通过头盔上的透镜来观察液晶显示器，以获得报警系统的信息。

俄罗斯“海鹰”航天服：穿起来简单

苏联/俄罗斯曾先后研制出10种型号的出舱活动航天服，但仅有6种曾在载人航天中使用过，而且主要使用的是其中的4种，即“海鹰-D”“海鹰-DM”“海鹰-DMA”和“海鹰-M”。国际空间站上使用的是“海鹰-M”。它由硬的胸甲和软的织物构成。服装背部有背包，背包里是生命保障系统，同时又是进入服装的入口和密封盖。硬的胸甲由1毫米厚的铝合金制成。胸甲上还装有带玻璃面窗的头盔。服装的软体部分由 10层织物构成。这10层织物从外向里分别是：1.用耐热尼龙制作的外防护层；2.用多层织物制成的隔热和防流星体层；3.外限制层，用聚酯纤维织物制成，限制下面的气囊在加压时向外膨胀；4.主加压气囊层；5.辅助加压气囊层；6.加压层的衬里；7.氧气输送管道；8.气体循环空间；9.液冷服；10.耐穿衬衫。整套服装包括各种消耗品重110多千克。

▲ 目前在国际空间站上使用的俄罗斯“海鹰”航天服

“海鹰”航天服的工作压力为39.989千帕。虽然具有较高的工作压力，但还是可以容易或比较容易地完成一些操作的。较高的工作压力可以减少航天员出舱前用于吸氧排氮的时间。但较高的工作压力会导致戴“海鹰”航天服的手套时，手指活动比较困难。

由于俄罗斯航天服要在轨道上使用很多年，供不同的航天员穿用，所以它有一个很精巧的系统，使之能在轨道上快速地调节尺寸。内藏的绳和滑轮系统使航天服的袖子和裤腿可以伸缩。穿“海鹰”航天服，航天员需选择适合自己的型号，现有适应165～190 厘米身高的几种型号，且袖长和裤长可调整，但手套却要按人定制。

俄罗斯航天服的生保系统所采用的技术在很大程度上跟美国航天服是相同的。但是与整个装在一个外部背包内的美国系统不同，俄罗斯的生保系统放置在从后面进入的航天服加压空间内。其部件伸出来，容易用手摸到，因而便于在轨道上进行维修。

▲ 俄罗斯航天员身着“海鹰”航天服进行太空行走

俄罗斯的航天服是“自穿”式的，铝制上衣的背后有一个门。航天员从后门钻进去，关上门后开始加压，穿衣的过程比较简单，在几分钟内就能完成。与穿美国航天服相比，穿俄罗斯航天服就简单多了。首先要将航天服放在装有轮子的穿衣架上，然后像打开冰箱门一样地打开航天服后面的门，并抓住门的顶部，将身体向上拉起，就像抓住单杠做引体向上那样。然后向下将腿伸进裤筒内，将手臂向下伸进袖筒中，手指伸进手套里。为了关上航天服上衣后面的门，航天员要用一只手拉服装前面的一根短金属棒内的一个环，环再拉动航天服内的一根金属线，将门关上。然后用姆指按下位于腰部的一个按钮，将门锁上。锁定住意味着门已经密封了，可以开始加压。

穿俄罗斯的航天服时，手臂和身体活动的自由度很小，要付出很大努力才能将手臂放在胸前。然而,有些活动还是比较容易实现的，特别是手臂上下运动，这很有现实意义，因为俄罗斯航天员出舱活动比较多的动作是爬梯子和摇绞盘状的装置。

中国“飞天”航天服：重而不笨行动灵活

中国自行研制的“飞天”舱外航天服，质量为120 千克，单套价值达 3000万元人民币，可靠系数为0.997，可支持至少4 小时的舱外活动，能重复使用5 次以上，服装气体泄漏率不大于2升/分钟；应急供氧时间不小于30分钟；平均散热量为300 瓦。

为满足航天员在太空活动的需要，“飞天”和美俄的舱外航天服一样，具有供氧、温控、二氧化碳吸收等环境控制、生命保障与安全防护功能，具备信息采集传输、通信能力，同时能满足人机工效要求。

该舱外航天服采用了整体拟人形态半硬式密封结构，即从腰部以上的躯干是硬式结构，四肢为软式结构，采用后背铰链门式穿脱机构。

该舱外航天服最高能达到2 米，配有1.30米高的生命保障系统背包。服装通体纯白，从上到下依次是头盔、上肢、躯干、下肢、压力手套、靴子。

它从内到外分为6 层：由特殊防静电处理过的棉布织成的舒适层、橡胶质地的备份气密层、复合关节结构组成的主气密层、涤纶面料的限制层、通过热反射来实现隔热的隔热层、最外面的外防护层。躯干达到7层，最厚的是挂包有20层。服装的四肢装有调节带，通过调节上臂、小臂和下肢的长度，身高1.60～1.80米的人都能穿上这套衣服。

重而不笨、行动灵活是“飞天”舱外航天服的一大特点。设计师们在上肢的肩、肘、腕和下肢的膝、踝等关节处，使用了气密轴承。在轴承的作用下，航天员的手脚可以随意转动，同时能严格保证气密性。其上肢关节巧妙地利用仿生结构，使关节活动更加自如。在手腕处装有一面小镜子，航天员可以通过它随时察看自己身上的各种开关。

高1.3米的背包是航天服穿脱(进出)口的密封门，在背包壳体内安装了舱外航天服生保设备，背包壳体下端安装有挂包、备用氧瓶等。背包关闭通过拉紧钢索和操作关闭手柄完成。

“飞天”头盔的视野比其他同类产品要大，头盔还有摄像头，可拍摄航天员出舱操作；两侧各有1 个照明灯，可照亮服装胸前部分，方便航天员在阴暗面操作；两侧有报警指示灯，一旦服装出现泄露报警灯闪，同时还有语言报警。它的面窗有4 层，其中2 层为充压结构，外面是防护面窗，最外层是镀金的滤光面窗，对太阳光折射率低，迎着光照面可拉下它，太阳光线就不会直接照到人眼睛上去。

出舱活动主要靠手完成操作和“行走”，所以舱外航天服的手套必须灵活。“飞天”的手套外层为纤维织物，有 2 层气密，使用特殊隔热橡胶材料，能耐受高温到 100℃。指尖部分只有 1 层气密层，以保持触觉。该手套是用国际上先进的“三维数字扫描”技术，为每位航天员量身定做的。手套可握住25 毫米的铅笔粗细的东西。

穿“飞天”舱外航天服时需要先把双腿伸进航天服的下肢，臀部放在航天服的背包沿上，然后关闭背包门，把自己裹在庞大的舱外航天服中。这个过程也就 1～2 分钟，但之前的准备工作需要花不少时间：1.穿上贴身内衣；2.穿一件能够测量心跳、体温的生理背心；3.穿防静电的连体内衣；4.穿给人体散热的液冷服；5.戴上通信装备。

▲ 我国自主研制的空间站“飞天”水下训练服