太空行走１００問（三）

艙外航天服（下）

17.蘇聯和俄羅斯航天員穿什么樣的艙外航天服？這種艙外航天服由幾部分組成？有何特點？

蘇聯和俄羅斯航天員穿的是海鷹型艙外航天服，這種服裝主要有4種型號：海鷹-D型、海鷹-DM型、海鷹-DMA型和海鷹-M型。我們這里以海鷹-DMA型為例來說明這種服裝的組成和結構。

海鷹-DMA型航天服是于1988年10月20日在和平號空間站上首次使用的，服裝的使用壽命是4年。這種服裝的組成和結構如下：

① 頭盔：采用半剛性設計，球形雙壁結構，與服裝的金屬剛性胸甲連在一起。頭盔材料用鋁合金，壓力面窗有雙層玻璃，玻璃之間有3毫米的間隙。在戴頭盔之前，航天員必須在面窗的里面擦上一層親水涂料，以防霧氣模糊視力。生保系統提供的氧氣從頭盔頂部進來，通過鼻子和口腔區域。頭盔上還裝有兩塊減弱光線的遮陽板，航天員可以方便地調節其位置。

② 關節軸承：服裝上裝有4個轉動軸承，分別裝在腕關節和肩關節上。軸承的座圈用鋁合金制成，而不使用不銹鋼。軸承上還裝有厚的橡膠密封圈，可保證良好的壓力密封。手腕部的軸承是服裝衣袖的一部分，而軸承的分離環又是手套的一部分。

③ 服裝的剛性上半身：這種服裝是從背后穿脫，服裝的背包既有生命保障系統，又有服裝的進出口，以供航天員穿脫，而且背包上還有關閉進出口的密封蓋。進出口高792毫米，寬396毫米。背包是從左側用鉸鏈與服裝的剛性上半身相連。在密封蓋關閉時，服裝進出口處的密封裝置能可靠地將進出口密封住。

④ 手臂和肩關節：服裝的肘部采用一種直的錐形回旋狀的纖維關節。肩部是將一段扁圓筒形的織物通過袖口軸承與剛性上半身相連。肩關節的活動性并不理想，穿著這種服裝，航天員只能將手臂從側面上舉到60度。

⑤ 服裝的下半身和加壓氣囊：服裝軟的下半身與剛性上半身是用鋁合金的凸緣和壓力環相連，凸緣被焊接在上半身的金屬板上。服裝內襯有用柔軟的尼龍縫制成的襯里，可以減少摩擦。為向服裝內施加壓力，服裝使用雙重加壓氣囊和纖維限制層。由于是雙重氣囊，一旦主氣囊發生故障，備用氣囊可以繼續維持服裝內的壓力。這種氣囊還有一個優點就是便于維修。

⑥ 航天手套：按航天員手的尺寸定做，每只手套上有一個氣囊、一層尼龍限制層，手套的外面有一層隔熱材料，掌側有握物墊。手套的手指很短而且粗，因此不能將手指完全戴進去，航天員只能用拇指和其他手指的前一半去拿物品。再加上手套掌關節和指關節部位的做工非常粗造，手指的靈活性很差，因此戴著這種手套很難握住物品。不過這種手套也有優點，由于手套內比較寬松，手指周圍有暖空氣，航天員的手指不會感到寒冷。手套在自然位置時是采取握拳的姿勢，當要拿東西的時候，航天員須用力將手張開，如果反復做這種動作，手就會感到疲勞，當手與手套來回摩擦時，還會感到疼痛。這種手套的最大缺點是氣囊較薄，容易破損，而且沒有備份。為了防止意外，在腕關節處增加了一個特制的氣密袖套。一旦發生漏氣，氣密袖套就會像醫用止血帶一樣膨脹，將服裝從腕部密封住，這時航天員有15分鐘的救生時間，以便及時返回氣閘艙。

⑦ 航天靴：用多層織物和皮革制成。由于航天靴只有一個號碼，適合于所有航天員穿用，因為靴比較大，航天服褲子的氣囊和限制層一直向下延伸到腳，相當于一雙“襪子”，航天靴就套在這種“襪子”上，然后用靴帶系在服裝的限制層上。航天靴的靴底是用皮革做的，比較柔軟。

⑧ 防熱防微隕石服：這是航天服的“外套”，由5層鍍鋁的聚酯薄膜制成，聚酯薄膜之間還有一層網狀層隔開，在這5層的最外面是一層灰白色的高熔點的聚酰胺。防熱防微隕石服與下半身的航天服不相連。這種服裝做成衣褲相連的工裝式樣，在開口的地方用尼龍搭鏈扣住。

⑨ 生保系統控制器：安裝在航天服的胸前，上面有各種開關和儀表。機械功能的開關盒在左側，電器功能的開關盒在右側。機械開關盒中，左邊的小盒是主要氧氣和備用氧氣的選擇開關。氧氣瓶安放在背包內，瓶內壓力41.4兆帕，氧氣通過壓力調節器供應，有兩種壓力制式，40千帕和26千帕。在頭盔內正常的氧氣流量是每分鐘12.5至25升；在整套服裝內通風用的氣流量每分鐘不多于150±25升。

這種艙外航天服除了服裝還有生命保障系統，生命保障系統安裝在服裝的背部。液冷系統使用一種多孔的盤式升華器，這種升華器每小時能帶走航天員的代謝產熱300至460瓦，但峰值速率在短時間內可達到698瓦。航天員在太空行走時，代謝產熱一般是400瓦。為了實現失效保護設計，生命保障系統的許多重要功能結構都有備份，如供氧回路、氧氣循環風扇、電源和通信等。

18.航天員對美國和俄羅斯的艙外航天服有何評價？

美國航天員在穿過俄羅斯的艙外航天服以后，他們的評價是，比較喜歡俄羅斯航天服的容易穿脫；俄羅斯的航天手套總的來說不如美國的手套好用，但在腕關節的設計上俄羅斯的手套又優于美國；在自然姿勢下，穿俄羅斯的航天服感到比較舒適，但在工作和用力的時候就感到不太舒服；控制器的設計符合工效學的設計原則。頭盔面窗的可見性方面，俄羅斯頭盔在向下看時優于美國，但向上看和側看都不如美國。美國服裝在腰部有一個軸承，因此上身左右轉動很是方便，而俄羅斯沒有這種腰部軸承，航天員感到對身體轉動極為不利。

19.什么是液冷通風服？

航天飛機艙外機動裝備的液冷通風服是衣褲一體的工裝式服裝，前面有一條長的拉鏈，從胸骨上到下腹部，可以方便地穿脫。衣服上布滿了輸送冷卻液的塑料細管。這些塑料細管全長91.5米。冷卻液通過這些塑料細管即可帶走服裝內多余的熱量。塑料細管與主生命保障系統相連。該系統可對冷卻液重新冷卻。液冷服每小時能帶走身體200萬焦耳的熱量。

液冷通風服上除有輸送冷卻液的細管外，還有較粗的通風管。通風管的吸氣口在手腕部和腳踝部，然后沿上肢和下肢外側上行，最后通到背部。在背部通風管與航天服的軀干通氣管相連，氣體即進入主生命保障系統。從生命保障系統中出來的純氧，進入服裝后通過另一條管道到達頭盔，輸出的氣流直接對著航天員的面部。通風管不僅帶走服裝內的二氧化碳和補充純氧，而且還要帶走汗液。

俄羅斯海鷹型艙外航天服內的液冷服只有冷卻功能，沒有通風功能，因此服裝內另外縫有3根并行的聚氯乙烯通氣管，專門作為通風用。

20.如何穿戴艙外航天服？有什么步驟和要求？

航天員穿戴艙外航天服有一套嚴格的步驟和順序，而且不同型號的航天服穿脫的順序也不一樣。我們這里以美國航天飛機艙外航天服為例進行介紹。整個穿衣過程共分10個步驟完成：

① 穿強力吸尿褲。

② 穿液冷通風服。

③ 帶上生物電子聯結裝置。在這種裝置上有測量航天員心率的傳感器和與外界進行通話聯絡的電子設備。

④ 一些小的操作程序，包括在頭盔面窗里面涂上防霧霜，在服裝左側袖子的手腕處裝上一塊小的反光鏡，在服裝上身前胸部位裝上一個小食品袋和一個飲水袋，在頭盔上裝上照明燈和電視攝像頭，最后是將通訊帽與生物電子聯結裝置聯結在一起。上述四步都是穿服裝前的準備工作。

⑤ 穿服裝的下半身。下半身有不同尺寸，可供不同身材的航天員選用。下半身服裝的腰部有一個大的帶軸承的關節，為航天員彎腰和轉身提供方便。

⑥ 穿服裝的上半身。在穿上半身之前，應先將氣閘艙的冷卻臍帶管插入服裝胸前的顯示控制盒的接口上，以便向服裝內提供冷卻水、氧氣和電力。因為航天飛機氣閘艙內僅有2.0米高，直徑1.6米，兩名航天員在里面穿航天服顯得非常擁擠，因此航天服的上半身是掛在氣閘艙壁的支架上。這樣一來當航天員要穿服裝上半身時，必須蹲下身體，手臂向上伸，采取一種跳水運動員跳水的姿勢鉆進服裝內。服裝上下身穿好以后，將密封環聯接在一起，然后將各種供應管線與服裝相接。

⑦ 戴上通訊帽、頭盔和手套。一旦戴上頭盔和手套以后，航天員就不能呼吸氣閘艙內的空氣，而是通過臍帶呼吸從航天飛機軌道器提供的氧氣。

⑧ 向服裝加壓，并由航天員對服裝進行測試，目的是保證服裝不漏氣，而且內部壓力穩定。測試的重點是氣體流量、冷卻水和電池的功率。

⑨ 開始呼吸純氧，進行吸氧排氮，即將體內的氮氣排除，目的是預防減壓病。

⑩ 關閉氣閘艙的內艙門，氣閘艙進行減壓。當氣閘艙內的壓力降低到零時，打開氣閘艙的外艙門，同時航天員應將服裝與氣閘艙的所有聯結斷開，將安全帶的掛鉤勾在艙外的固定桿上，這時航天員即可出艙進行太空行走。

21.對艙外航天服的基本要求是什么？艙外航天服發展過程中最難解決的技術問題是什么？

對艙外航天服的基本要求是：

① 按航天員的人體測量數據裁剪，適合不同身高和體形的航天員使用；

② 確保航天員在完成任務時動作的靈活性；

③ 提供適當的壓力、溫度、濕度和氣體成分，維持航天員健康和安全所必須的微小環境；

④ 防止太空隕石微粒的危害；

⑤ 具有高的安全可靠性；

⑥ 使用壽命在20至50次以上；

⑦ 具有可維修性，便于維修保養；

⑧ 能防火，可以在純氧環境中使用；

⑨ 穿脫方便而快捷；

⑩ 操作簡單、體積小、重量輕、造價低。

艙外航天服在發展過程中最難解決的技術問題是保證穿航天服的人的靈活性，其中主要是手的靈活，其次是四肢和腰關節的活動靈活。如果服裝不靈活，充氣以后挺直僵硬，航天員不能靈活地完成各種工作任務，航天員的太空行走就失去意義。因此幾十年來艙外航天服的發展過程，其實就是服裝關節靈活性不斷提高的過程。

22.艙外航天服如果在天上發生損壞如何修理？

美國的艙外航天服在天上如果發生損壞，只能拿到地上來進行修理，而蘇聯和俄羅斯的艙外航天服即可在天上進行修理。例如在1983年10月28日，禮炮7號空間站上的航天員要進行一次太空行走，任務是為空間站增加兩塊太陽能電池板，以補充站上的電力不足。在出艙前，一名航天員發現他的航天服左側踝關節處有漏氣，需要馬上進行維修。站上的航天員就用剪刀、針、線和粘膠，在尿收集帶上剪下一塊膠皮作補丁，粘貼在漏洞上，再用針線縫上幾針作進一步的固定，便修理成功。

23.航天員在太空行走前如何挑選自己的艙外航天服？

美國阿波羅航天員的月球服基本上是量身定做的，而航天飛機航天員的服裝則是由服裝技術人員根據航天員的身材尺寸現場組裝而成。服裝工廠根據美國男女航天員的身材，先設計和生產出各種不同尺寸的服裝部件，如上半身、下半身、上肢和手套等，并將這些服裝部件從工廠直接運到約翰遜航天中心的倉庫。然后服裝技術員對每個航天員量體，根據測量出的尺寸組裝服裝，接著進行試穿，直到航天員試穿滿意，最后服裝技術員才正式組裝服裝。一般是先組裝訓練用服裝，然后再組裝飛行用服裝。航宇局要求，訓練用服裝必須在航天飛機發射前9個月組裝好，而飛行用服裝必須在發射前4個月組裝好。