火星宇航服的那些事儿

胡晓航 火玥

据称，美国国家航空航天局（ NASA）正准备将一名女性和一名男性航天员送上月球，未来还计划将第一批航天员送上火星表面。不过，在他们去火星之前将面临一个关键的问题：在大气稀薄、受太阳和宇宙射线辐射更强的火星上，航天员该穿什么衣服？

2020年7月30日，美国“毅力号”火星探测器成功发射升空，预计于2021年2月18日在火星的耶泽洛陨石坑降落。此次“毅力号”火星探测器的目标是寻找火星上的生命迹象，探索火星的气候和地质特征，并且收集火星土壤、岩石等样品，以供将来返回地球进行科学研究。值得注意的是，“毅力号”火星探测器此次还携带了史上首批宇航服材料样品，抵达火星后，测试火星宇航服的材料将是它的任务之一。

“毅力号”火星探测器为什么要带这几种特定的宇航服材料？

宇航服有如迷你版太空飞船，是航天员出舱活动时的必备设施。

艾米·罗斯是休斯敦NASA约翰逊航天中心的一名高级宇航服设计师，目前正致力于开发在月球和火星上穿的新宇航服。据称，他们最关注的是宇航服外层使用的材料，因为外层材料会暴露在最强辐射下。

“毅力号”火星探测器上有一个名为“SHERLOC”（意为“通过拉曼光谱扫描宜居环境中的有机物及其他化合物”）的仪器，将对它携带的5小块宇航服材料进行研究。

在这几种特定材料中，正交织物是一种多次用于宇航服外层的材料，它由3种材料构成：一种是在消防员服装中常用的阻燃材料;一种是防水又透气的材料;另一种则用于制作防弹背心。

关于聚芳脂纤维材料，目前将用于太空服手套的手掌部分。它具有防割性，这种特效在国际空间站上很有用。因为微流星体会撞击空间站外的扶手，形成边缘锋利的凹坑，这种凹痕可能会割破宇航服的手套。

而聚四氟乙烯材料将作为航天员手套护套和手套背面的一部分，它已经在宇航服中使用了很长时间。就像涂有这种材料的不粘锅一样，它很滑，因此可以有效防止被抓住或撕裂。

最后，有助于减少紫外线的聚碳酸酯材料，将用来做宇航服头盔的遮阳板等。這种材料的另一个优点就是不会碎裂，如果受到冲击，它会弯曲而不是断裂，并且仍然具有良好的光学特性。

火星尘埃会对宇航服造成影响吗？

艾米·罗斯说，火星尘埃对宇航服会是个很大的考验。宇航服每平方英寸的压力会膨胀到4磅（约28千帕）以上。这种程度的压力并不是很夸张，但会给人相当僵硬的感觉。如果把人放进气球里让他们移动，他们会很难做到，因为气球就像鼓面一样紧绷。为了让航天员在舱外探索时行动更加机动灵活，宇航服的肩膀、手腕、臀部、大腿上部和脚踝处都安装了轴承，从而使他们能完成行走、跪坐等动作。因此，为了防止灰尘进入宇航服的轴承，他们已经在开发像密封圈这样的东西，而且需要把轴承密封起来。

此外，他们正在寻找其他方法来保护宇航服在长期任务中不受火星尘埃的影响。其中，涂层或薄膜材料会比编织材料更好，因为编织纱线之间有空间。而上述提到的聚四氟乙烯材料就具有防尘涂层的性能。

美国新一代登月宇航服有何特色？

与火星宇航服相比，美国的登月宇航服有什么特点呢？美国“阿耳忒弥斯”重返月球计划将使用的新一代宇航服命名为“探索舱外移动单元”，外观以红、白、蓝三色为主。初看起来，它与目前国际空间站太空行走任务中使用的宇航服差别不大，都是由加压服和像背包一样的“便携式生命支持系统”组成，但它的内部技术升级可使宇航员2024年执行登月任务时开展时间更长、程序更复杂的探索任务。

新宇航服进行了多方面改进，最大特色是“移动性”更好，更加灵活。与火星宇航服的设计类似，新宇航服的设计充分考虑这种需求。此外，宇航服上半身的改造使宇航员可以大幅度旋转胳膊，并轻松将物体举过头顶。新宇航服还采用了从后面穿入的设计，使肩部组件更贴身，有助降低肩部损伤风险。

其次，这种新型舱外宇航服可在零下约157摄氏度至零上约121摄氏度之间的温度条件下保护宇航员，使他们不受辐射、月尘和微流星体侵害。由于月壤中有大量玻璃状碎屑，可能侵入宇航服中，新宇航服增加了防尘设计，避免月尘被吸入并污染生命支持系统。

此外，新宇航服的“便携式生命支持系统”在为宇航员提供能源和氧气的同时，还能清除宇航服中的二氧化碳、有毒气体等。由于对运动中的宇航员进行了全身3D扫描，新宇航服根据3D动画模型设计组件，最大程度保证了舒适性。