新宇航服，讓宇航員更安全、靈活

李忠東

說起宇航員，同學們腦海里肯定會浮現他們戴著超大頭盔、身著笨重宇航服的畫面。然而，正是這一件看似笨重的宇航服，才讓宇航員有了太空活動的能力。隨著科技的不斷進步，宇航服也在不斷改進。這不，2019年10月15日，美國宇航局對外公布了時隔40年后的兩款新宇航服原型。我們一起去看看吧！

用于“阿爾忒彌斯”計劃

這兩款新宇航服中的第一套是紅、白、藍三色探索艙外活動單元（Exploration Extravehicular Mobility Unit，簡稱xEMU），用于太空行走。它適配所有宇航員的體形，不分男女。肩部移動性比以往的宇航服更靈活，使得宇航員能夠觸及頭頂和身體兩側。第二套是橙色的獵戶座乘員生存系統套裝，是宇航員在發射和重返獵戶座飛船時穿的。這款橙色乘員生存系統套裝不能出艙，但可以在飛船內遇到緊急情況時維持穿戴者6天的生命。宇航服工程師預計，宇航員在月球上穿著這些宇航服一次的時間要8個小時。

此前，國際空間站因為沒有足夠的宇航服，不得不取消了首次計劃的全女性太空行走。2019年，美國宇航局曾計劃派遣宇航員安妮·麥克萊恩和克里斯蒂娜·科赫執行全女性太空行走任務，但是國際空間站任務主管取消了原定計劃。究其原因，是國際空間站當時缺少合身的女性太空服。克里斯蒂娜·科赫仍按照計劃進行太空行走，但是安妮·麥克萊恩只能待在軌道實驗室，由男性宇航員黑格接替她完成這次行動。按照慣例，國際空間站宇航員在準備太空行走時都要檢查宇航服是否合身。安妮·麥克萊恩2018年12月第一次太空行走時適合穿M碼的宇航服，但是因為人體在微重力環境下會長高，她進入國際空間站以來長高了5厘米。而空間站僅準備了一件M碼的宇航服，安妮·麥克萊恩已不太適合，所以只能由克里斯蒂娜·科赫穿上。

這兩款新宇航服將用于“阿爾忒彌斯”（Artemis）計劃，在半個世紀內首次讓宇航員重返月球，其中包括8個預定的發射和2024年的月球軌道迷你站。

“阿爾忒彌斯”計劃不只是宇航員在月球表面象征性地漫步，而是希望能借此在月球上建立一個可持續的人類存在點，并將其作為深入探索太陽系的起點，而火星就在未來的探索名單上。“阿爾忒彌斯1”計劃于2020年完成月球任務：接下來是“阿爾忒彌斯2”，在2022年左右與一名船員一起繞地球衛星運行：最后是“阿爾忒彌斯3”，在2024年把第一位女性和一位男性宇航員（也許是兩位女性宇航員）送上月球。美國宇航局不僅計劃在月球上使用這些套裝，而且打算在它們經過修改之后將其應用于日后的火星任務。

在二十世紀六七十年代的太空任務中，“阿波羅號”的宇航員在月球漫步時有時會摔倒。因此，新宇航服需要能夠滿足宇航員屈膝、將物體舉過頭頂并完全旋轉手臂的條件。美國宇航局一名宇航服工程師現場展示了在壓力下穿上xEMU宇航服的情景，同時還表現出能夠擺動手指、蹲下來撿起地板上的石頭等能力。根據計劃，第一套Artemis太空服計劃在2023年之前交付成品。

穩定性進一步升級

美國宇航局之前設計的宇航服比較笨重，導致宇航員在執行月球任務中出現一些操作失誤。新一代宇航服的靈感來自“水星”太空服，也被稱為“海軍4號”，是美國宇航局在1958年實施的“水星”計劃中研發的。現在，宇航服工程師對xEMU的安全性和機動性方面的設計都進行了革新。xEMU支持模塊化設計，比如可以快速更換頭盔上的防護面罩，而非更換整個頭盔，豐富的擴展性也可以讓一套宇航服同時適應月球與火星的地表環境。

為了確保這次登月行動最終能到達月球南極，并建立月球基地，新一代宇航服將允許宇航員“比以往任何時候都更加靈活”。新一代宇航服的上半身、頭盔、下半身和冷卻服都采用創新設計，可以承受-150℃左右的低溫，也可以承受70℃的高溫，以滿足在距離地球近50萬千米遠的月球的南北兩極以及赤道區域附近使用。xEMU的便攜式生命支持系統也獲得了改進，而且宇航服內小型化的電子系統讓宇航服的穩定性得到了進一步升級，延長了宇航員進行太空行走的時間。

從安全的角度來看，月球土壤對宇航員最大的威脅來自微小的沙礫碎片。因此，新一代宇航服搭載了一套具有防塵功能的生命支持系統。由于電子設備和管道系統的優化，新一代宇航服得以減少故障的出現，同時延長宇航員太空行走的時間。從機動性方面來看，xEMU下半身包括先進的材料、關節軸承和具有彈性鞋底的遠足式靴子，允許臀部旋轉，增加膝蓋彎曲程度。xEMU上半身結構除了更新的肩膀位置外，其他增強肩膀的功能還使宇航員終于能夠自由地移動手臂，能輕松地將物體舉過頭頂。

在頭盔內部，美國宇航局重新設計了通信系統。目前使用的宇航服中的頭戴式耳機被稱為“史努比帽”，在頭盔內部會因流汗而戴得不舒服，并且麥克風并不總是與宇航員的動作保持一致。新一代宇航服里的音頻系統在上軀干內部包括多個嵌入式聲控麥克風，當宇航員與其他太空行走者、網絡上的機組人員或地面控制中心的任務控制人員通話時，它們會自動拾取宇航員的聲音。新一代宇航服設計有可互換的零件，這些零件可配置用于微重力或行星表面的太空行走。

責任編輯：陸艷 責任校對：夏越