中國新一代“飛天”戰袍

李忠東

中國人行走太空

2021年6月17日，航天員聶海勝、劉伯明和湯洪波乘坐“神舟”十二號升空，進駐天和核心艙。他們在軌工作生活3個月，期間進行了兩次出艙作業。

7月4日8時11分，劉伯明開啟核心艙節點艙的出艙艙門。隨后，他和湯洪波身著中國自主研制的新一代“飛天”艙外航天服，先后成功出艙，進行了約7小時的太空行走。兩人在機械臂支持下開展艙外設備組裝、安裝延伸支架和抬升全景攝像機等任務，并借助機械臂進行一次應急返回驗證。在此期間，聶海勝在艙內配合支持兩人開展艙外操作。

8月20日，兩名航天員再次執行出艙任務。這次出艙的是聶海勝和劉伯明。早上6時許，兩名出艙航天員穿戴好個人裝備，進行了氣密性檢查、節點艙泄壓、吸氧排氮等一系列準備工作。8時38分，聶海勝第一個出艙，他首先完成在機械臂上安裝腳限位器和艙外工作臺等工作。10時12分，劉伯明出艙。在艙內湯洪波的配合支持下，聶海勝和劉伯明先后完成了擴展泵組和艙外工具箱的安裝。15時30分許，兩人安全返回核心艙。

2008年9月27日，執行“神舟”七號飛行任務的翟志剛，成為中國第一位出艙的航天員。當天16點45分17秒，他身穿我國第一代艙外航天服，在艙外揮舞國旗，邁出中國人在太空中重要的第一步，向世界宣布——“我已出艙，感覺良好”。翟志剛的太空行走總共歷時16分鐘。當時，在軌道艙內輔助翟志剛進行太空行走的正是劉伯明。

13年后，劉伯明也親身完成了太空行走。就在打開艙門的一瞬間，他情不自禁地發出感嘆：“哇！這外面太漂亮了！”艙內的聶海勝則溫馨提示：“慢點兒，不要著急。”

兩次出艙活動檢驗了新一代艙外航天服的性能。相比“神舟”七號首次技術驗證性質的出艙，本次出艙的時間幾乎是艙外服生命維持系統的上限，說明我國新一代“飛天”艙外航天服的生命維持能力已經是國際頂級水平，既能夠滿足航天員生命保障需求，又可以幫助航天員實現艙外活動任務。

與此同時，本次出艙任務還檢測了航天員與機械臂的協同工作能力，以及出艙活動相關支持設備的可靠性與安全性，為空間站后續出艙活動的順利實施奠定了重要基礎。例如，機械臂完全由中國自主制造，能夠極大擴展出艙航天員的工作范圍和活動范圍，除此之外，它將來還可以進行貨物的轉運。再如，幫助完成出艙任務的“機械伙伴”一艙外維修與輔助電動工具也是首次在國際舞臺上亮相。它們能適應艙外復雜的真空和高低溫環境，具有定力矩擰緊、擰松的工作模式，并且設置有休眠模式等。

“飛天”服堪稱一絕

新一代“飛天”艙外航天服無論是原材料、設計，還是確定實驗方案、驗證改進，都是我國自主研發。相比于第一代艙外航天服，它支持艙外活動的時間更久、安全性更高、使用壽命更長，而且機動靈活、穿著舒適，測試維修性也更強。“飛天”艙外航天服代表著高科技領域的尖端技術，充分體現出我國的載人航天實力。

“飛天”艙外航天服由服裝、頭盔、手套和航天靴等組成，其中服裝的結構最為復雜，它從里到外依次是襯里、尿收集裝置、用于散熱的液冷通風層、加壓氣密層、限制加壓氣密層向外膨脹的限制層，以及對付艙外大溫差變化的隔熱層和保護層。整個服裝由多種纖維復合織物制成，具有良好的柔軟性，而且更加耐穿透、耐磨損、耐高溫、耐燃燒和耐腐蝕，還有防輻射的功能，并且還配有連接其他裝具的接口。

頭盔裝配有攝像頭、照明燈、報警指示燈，以及面窗。攝像頭可以全程記錄航天員艙外操作過程，兩側的照明燈可照亮服裝胸前部分，方便航天員在陰暗面操作。報警指示燈在艙外服出現泄露時會閃動報警，同時還有語音報警。面窗包括4層結構，底層的兩層沖壓結構中充有高純氮氣，能防結霧，再外面一層是防護面窗，最外層是鍍金濾光面窗，防止太陽光線直接照射人眼。航天服內裝有飲水袋，飲水管旁邊還有放置食物棒的長管。如果出艙時間較長，航天員只要一伸嘴即可吃到攜帶的棒狀食品。

“飛天”艙外航天服只有一個型號，且不分男女，但可以調節適應每位航天員的體形。它高約2米，能滿足1.6米到1.8米的身高。雖然重達130千克，但穿脫方便。經過訓練的航天員可以在5分鐘左右完成穿脫。它看似厚重，實則巧妙地利用了仿生結構，讓關節活動更自如。航天服上下肢的所有關節處都使用了氣密軸承，使航天員的手腳可隨意轉動，又能保證氣密性。背包是航天服穿脫口的密封門，包內安裝了艙外航天服生命保障設備，背包殼體下端則裝有備用氧氣瓶等。背包的關閉通過拉緊鋼索和操作關閉手柄完成。

“飛天”艙外航天服外觀設計方面融合了飛天、祥云和鳳凰的色彩元素，選用中國紅和太空藍兩種主色，非常具有辨識度。根據中國人身材比例設計的裝飾圖案，在視覺上實現了瘦身效果，看上去更整體、更精神。

美國宇航服承襲47年

美國媒體戲稱現在美國宇航局使用的艙外宇航服是“文物”級宇航服，因為它是1974年設計的。

美國的艙外宇航服每套也都有一個背包，里面裝著重要的生命維持系統。宇航服分層的加壓外衣能保護宇航員免受太空環境的影響;“內衣”可以通過復雜的水管系統調節宇航服內部的溫度，避免太熱或者太冷。整套宇航服采用模塊化設計，各種組件可以混合搭配，因此適合每位宇航員的需要。由于先期的宇航員都是男性，所以它擁有的5種尺寸都是基于男性體型設計。

美國先后制造了18套艙外宇航服設計壽命只有15年。因為空難和使用壽命到期的原因，目前只有4套還算完整，而且僅剩兩種尺寸：男士中號和男士大號。幸運的是，“文物”級宇航服似乎真的要“退休”了。

2019年10月，美國宇航局公布了兩款用于執行2024年載人登月計劃的最新一代宇航服——登月宇航服和獵戶座飛行服。前者被命名為xEMU，是艙外宇航服，用于宇航員在月球表面行走時穿著。不過，該計劃已被推遲，新宇航服的服役時間不得而知。

xEMU由艙外壓力服和生命維持系統（白色背包）兩部分組成，艙外壓力服包括頭盔、硬上衣、下衣，以及冷卻服。其中，頭盔提供面部的保護，并且顯示宇航服的當前狀態;硬上衣將宇航服內部和生命維持系統連接起來;而冷卻服由液冷管道和彈性氨綸材料編織而成，具有降溫和排汗的功能。宇航服的柔性衣服由16層材料組成，每一層具有不同的功能，從內到外大約為冷卻服（冷卻排汗）、氣密限制層（加壓）、抗撕裂層、隔熱層（隔熱防輻射），以及外罩層（防火耐高溫）等。

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艙內航天服和艙外航天服

根據使用的場景不同，航天服（宇航服）可以分為艙內航天服和艙外航天服兩大類。

艙內航天服是在艙內穿著使用。我國艙內航天服選擇的是全軟式結構。航天員可以根據自己的需求選擇各自的型號，利用飛船上的資源，通過臍帶模式實現供氧、通風和通信。

艙外航天服是艙內航天服的升級版，是航天員離開母船進入外太空或登陸其他星球時所使用的個體防護裝備，具有獨立的生命維持系統，為航天員提供水和氧氣。內部的多層設計把他們的身體與太空惡劣的環境隔離開來，包括極端溫度、低壓、輻射，以及微流星等，并為他們提供安全有效的環境防護、密閉空間的環境控制和生命保障。

鏈接：北京時間2021年9月17日13時34分，“神舟”十二號載人飛船返回艙在東風著陸場成功著陸，執行飛行任務的航天員聶海勝、劉伯明和湯洪波安全順利出艙，3人身體狀態良好，空間站階段首次載人飛行任務取得圓滿成功。這也是東風著陸場首次執行載人飛船搜索回收任務。