航天員的“第二層皮膚”

在航天領域，航天服的設計一直備受關注。2024年9月，美國的SpaceX公司推出的新一代艙外航天服引起了廣泛關注，其顯著特點是外觀更為“瘦身”。這一設計不僅令人耳目一新，更在視覺上帶來了全新的感受。

這款航天服外觀簡潔，線條流暢，版型緊湊，貼合身體，輕巧耐用。在顏色上采用整體白色設計，搭配黑灰色線條，看上去更具科技感，也更酷帥，更炫亮，更實用。

這款航天服用高科技材料制作，讓航天員行動更為靈活。白色部分用聚四氟乙烯（特氟龍）的強化玻璃纖維制成，具有耐火、耐高溫，抗酸、抗堿的優勢。聚四氟乙烯是一種理想的防污不粘涂層，即使潑一盆臟水上去，也不會留下絲毫污跡。黑灰色部分用芳香族聚酰胺纖維制成，具有高彈性、柔韌性好的特性。

頭盔大部分是3D打印定制而成的。盔內安裝了避光罩開關、通風降溫系統、通信系統、耳機話筒等部件。手套可顯示數據，也可觸屏操控飛船，同時還具有防火、防電的功能。宇航靴具備防火、防電、防滑功能。

每套航天服都是為航天員量身定制的，各種組件都設計成一體化連接，以避免各部件在零重力環境中亂飛。航天員的外掛裝備，比如生命維持系統（包括空氣和動力連接）、電氣供應等外部接口，都集中在右腿部位一個隱藏式的面板里。

航天服的分類與功能

太空環境極度惡劣，主要具有高真空、超低溫和強輻射三大特性。航天員必須穿著保護生命的航天服。航天服，被譽為“太空盔甲”，它能保護航天員在太空中執行任務時免受真空、低溫、宇宙射線等危險因素的侵害，為航天員提供氧氣，排出二氧化碳。航天服一般由壓力服、頭盔、手套和靴子等組成。

早在20世紀30年代， 美國人發明、設計、完成了第一套完整的航天服，適合執行軌道飛行任務的航天員穿著。1961年，世界上第一個穿著“SK-1”航天服的蘇聯航天員尤里·加加林飛上了太空。

根據用途和功能，航天服可分為艙內航天服和艙外航天服兩類。艙內航天服是航天員在載人飛船、空間站等航天器內部穿戴的服裝，通常由頭盔、外罩、氣密限制層、通風供氧結構、保暖層、內衣、手套和航天靴等組成。艙外航天服是航天員在艙外活動穿戴的服裝，比艙內航天服更復雜、更笨重、更高科技。

航天服必須具備一些功能，以保障航天員生命安全和保證航天任務的順利完成。通常而言，航天服必須具備以下功能。

一是提供穩定的壓力。在高真空、低壓力的空間環境下，人體無法自主呼吸，也無法維持正常的血液循環和代謝過程。環境壓力的迅速變化容易導致體內含氣體空腔的器官發生機械損傷。隨著壓力的降低，體內惰性氣體析出，容易引發減壓病，同時，由于氧分壓降低，機體缺氧的各類癥狀隨即出現。在極端低壓環境下，還將造成體液沸騰等嚴重后果。因此，航天服必須具備足夠的壓力防護能力，為航天員建立一個穩定的密閉承壓環境。

二是保證空氣流動。因為航天服具有既不透空氣又不透水汽的全面防護性能，所以必須把人體不斷排出的熱量和水汽排出航天服。當航天員戴上頭盔或關閉外罩處于密閉狀態時，航天服還必須供給氧氣并排出廢氣，以確保航天員呼吸新鮮空氣。所有這些要求，均須通過服裝通風結構來完成。

三是提供輻射防護。太空中存在大量的宇宙輻射，航天服的材料可以有效地減少輻射對航天員的影響，降低輻射傷害的風險。

四是調節溫度。在太空中，溫度變化極大，陽光直射的地方可以達到幾百攝氏度，而陰影處則會降到零下一百多攝氏度。航天服內置的溫控系統可以保證航天員在適宜的溫度范圍內活動。

五是保持通信系統暢通。航天服要與航天器及各類通信設備連接，須隨時保持通信系統暢通。

六是收集廢物。航天服具有收集和處理固體和液體廢物的功能。

艙外航天服是航天員進行艙外活動時的“保護神”，也是一個微型的航天器。除了具有艙內航天服所有的功能外，艙外航天服還增加了防輻射、隔熱、防微隕石、防紫外線等功能，在服裝內增加了液冷系統（液冷服），以保持人體的熱平衡，并配有背包式生命保障系統，以確保航天員在太空中的安全和健康。

艙外航天服主要由外套、氣密限制層、液冷通風服、頭盔、手套、靴子和背包裝置等組成。它的結構特點是：采用硬質的上軀干，上面裝有雙臂和生命保障系統組件，頭盔與上軀干為一整體，不會跟隨航天員頭部運動。艙外航天服的設計考慮了航天員執行任務時所需的靈活性，通過仿生結構和氣密軸承的使用，使得關節活動更加自如。外套是由多層防護材料組成的真空隔熱屏蔽層，具有防輻射、隔熱、防火、防微隕石的功能。

阿波羅航天服，是美國航天史上具有劃時代意義的航天服。阿波羅航天服重約82千克，包括內層、液體冷卻層、通風層、壓力層、約束層、鋁絕緣層和白色熱微流星體層等11層，兼具提供氧氣、流通空氣、保持氣壓、過濾二氧化碳和冷卻功能，足夠讓登月航天員進行長達7小時的月球漫步。

根據結構分類，航天服可分為軟式航天服、硬式航天服和軟硬混合式航天服。

軟式航天服主要是由普通織物制成的服裝。軟式航天服也有堅硬的部分，有的甚至安裝堅硬的關節軸承。軟式航天服適合航天員在載人飛船、空間站和航天飛機內活動時穿著。

硬式航天服具有堅硬的外殼，通常由金屬或復合材料制成，全身沒有任何織物縫。硬式航天服的關節連接處使用滾珠軸承，以及呈圓形、能轉動和可伸縮的彎管頭，這樣可以擴大手臂和大腿的運動范圍。關節內保持恒定的空氣和壓力。

硬式航天服包括一套貼身穿著的液冷服，其樣式類似連體內衣。液冷服由衣面和冷卻管路系統組成。衣面多用針織物制作，管路一般用內徑為1.5～3.6毫米的聚氯乙烯軟管組成。通過小型電動泵使冷卻介質在循環回路中流動。冷卻介質流經體表管路后溫度升高，通過蒸發制冷裝置降溫，這樣往復循環構成制冷回路。液冷服常用的冷卻介質是乙二醇水溶液，它的降溫效率高。頭盔由高強度的聚碳酸酯制成，通過壓力密封項圈和航天服連接。當航天員在艙外活動時，還需在頭盔外加蓋面罩，以阻隔傷害視力的紫外線，同時讓頭面部保持舒適的溫度。

軟硬混合式航天服具有堅硬的外殼部件和結構件，主要包括頭盔、密封腰、關節軸承和后方進出艙口。軟硬混合式航天服主要增加一個背包式太空飛行器，用于太空行走。硬式航天服和軟硬混合式航天服都用于艙外活動。但軟硬混合式航天服比硬式航天服更為輕便和靈活。

我國航天服的發展歷程

我國的航天服從“曙光”艙內外航天服到登月服，迄今已經發展到了第四代。隨著我國載人航天事業的蓬勃發展，艙內航天服護送了35人次安全進出太空；自主研制的我國第一代、第二代“飛天”艙外航天服，目前已支持17名航天員、33人次成功執行17次出艙活動，有力保障了我國空間站的建造和高效運行。

“曙光”航天服是我國第一代艙內外航天服。1967年，我國制訂了“714”載人航天計劃，計劃在1973年發射一艘無人飛船，1974年發射首艘載人飛船，也就是后來的“曙光一號”。而作為“曙光一號”的配套工程，國產第一代航天服也正式開始研制。“曙光”航天服的質量約為10千克，外觀顏色呈橘黃色，它由高電阻多層聚酯織物制成。

“飛天”艙內航天服最初是楊利偉在執行“神舟五號”任務時穿著的。這是我國第一次載人航天飛行。“飛天”艙內航天服的外觀很像俄羅斯的“獵鷹”航天服。后來“神舟六號”航天員乘組身著的“飛天”航天服在細節上與之前的航天服有所不同，主要表現為材質更為輕便。

“飛天”艙外航天服是我國自主開發和制造的新一代艙外航天服，最初是為航天員執行太空行走任務設計的。“飛天”艙外航天服每套總重120千克，造價約3000萬元人民幣，可靠系數0.997，可在太空環境下工作4小時，具有環境控制與生命保障及艙外通信功能，各項技術指標完全滿足“神舟七號”飛行任務需要。自2007年7月以來，我國航天員們一直穿著“飛天”艙外航天服進行艙外訓練。

我國計劃在2030年前實現載人登陸月球。2024年9月，我國一款命名為“望宇”的登月服外觀首次公開亮相，展示了我國載人月球探測任務的階段性成果，也標志著我國航天服技術已進入新的發展階段。“望宇”登月服具有輕量化、小型化、高安全、高可靠、高科技等特點，真正做到了“天衣無縫”。

“望宇”登月服充滿中國特色和科技感，主體散發出科技感十足的金屬光澤，上下肢紅色裝飾帶增強了視覺上的力量感和精美效果。上肢裝飾帶設計成優雅飄逸的“飛天”飄帶造型，下肢裝飾帶設計成火箭升空尾焰造型。此外，“望宇”登月服借鑒了傳統鎧甲的形態，硬朗剛毅，洋溢著莊嚴氣魄和非凡勇氣，傳遞中華民族開拓進取、勇毅前行的意志精神。

我國登月服將在高真空、超低溫、強輻射，以及六分之一重力的月球上閃亮登場，且讓我們拭目以待！

未來航天服展望

目前，美國宇航局正在研發下一代航天服，為未來重返月球、登陸小行星和登陸火星做準備。

最新設計的航天服結合了軟硬材料，其中硬體部分采用鋁合金和不銹鋼材料，而軟體部分則用聚氨酯涂層的紡織材料制成。同時，新式航天服還采用了類似俄羅斯“海鷹”航天服的背入式設計。新式航天服比目前正在使用的軟硬混合式航天服更為輕便，也更具靈活性，甚至還可以提供和地球大氣成分相似的空氣，而不是低壓純氧或氮氧混合氣體。這樣航天員就不必在穿上航天服后，再進行調整和適應空氣壓力了。

此外，美國宇航局還在研制一款采用鈦金屬材質的航天服，質量只有目前航天服的一半。這兩款航天服一直都在不斷的設計和改進中。

我國的航天人正準備飛向更遙遠的星空，完成登陸月球和火星、建設月球基地和火星基地、探測小行星等偉大的壯舉。為了美好的未來，我國的航天專家設計了多款月球航天服、火星航天服和小行星航天服等。

這些新式航天服的用途與功能不僅與各個星球的大小、質量、重力、位置、飛行高度、飛行角度和飛行速度等因素密切相關，而且還與太陽、行星、衛星等之間的軌道、距離、引力等密切相關，因此設計和制作各不相同。新式航天服的材質主要采用氣凝膠材料、尼龍氨綸材料和聚氨酯泡沫材料，使其兼具美觀、輕便和實用的優勢。