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2020年8月20日8时38分 , 我国天和核心舱舱门再次开启 , 航天员聂海胜、刘伯明身穿新一代“飞天”航天服进行二次出舱 。
这次出舱距离上次仅一个半月 , 在这期间NASA却宣布 , 2024年载人登月计划延期 , 原因是登月所需的两套舱外航天服无法按既定时间完成研制 。 同时研发投入需要追加至10亿美元 。 而原本的计划是6.2亿美元 , 目前已经投入了4.2亿美元 。
(美国新一代舱外航天服xEMU原型)
目前 , NASA所能用的舱外航天服仅剩下3套 , 还都是45年前为航天飞机计划所打造的 。 当时制造了10多套 , 设计寿命为15年 , 每套造价约1.5亿美元 , 这还不包括每套2.5亿美元的生命保障系统 。
因此 , 美国航天员早就面临“无衣可穿”的局面 , 仅剩3套早已“过期”的航天 服都放置在国际空间站中 。 国际空间站航天员经常要穿着“修修补补”的航天服对国际空间站进行“修修补补” 。
为什么舱外航天服研发需要这么久?在空间站中 , 航天员可以依靠飞船内的生命保障系统以及飞船本身获得保护 。 一旦出舱航天员就要独自面对恶劣的太空环境 。
首先要面对的是气压不同 。 我们都是地球表面约100kpa大气压下 , 土生土长的生物 。 为此人体内构造产生的压力也约为100kpa , 与外界压力相抵消 , 从而不会发生膨胀与收缩 。
人类无法不依靠外物下潜到深海 , 例如万米多深的马里亚纳海沟 , 压强约100Mpa , 约为地表的1000多倍 。 如果人类突然出现沟底会瞬间被压爆 。 反之人类在真空环境下则会被吹爆 , 而太空环境近乎于真空 。 其次 , 太空环境温度平均约为3K , 也就是零下270.15度 , 这是宇宙大爆炸后留下的余温 。 人类在这种温度下 , 不用多说都明白!
(地球磁场抵御太阳风)
此外 , 太空中存在大量危险 , 例如10倍子弹速度的太空垃圾以及小碎石 , 即使芝麻大小也能瞬间击穿身体 。 还有大量宇宙射线 , 辐射巨大会导致人体DNA被电离 , 促使变异发生 。 地球上没有高能辐射是因为有磁场与大气保护着我们 。 即使是医院辐射量较小的X射线也不让多照 , 何况太空处处都是高能辐射 。
舱外航天服除了要帮助人类抵御太空危害 , 还需要维持航天员的生命运转 。 太空中没有氧气 , 所以需要氧气来源 , 人类会呼出二氧化碳 , 还会产生汗液、水汽 , 甚至是尿液 , 需要对它们进行清除、收集 , 因此需要生命保障系统 , 它就是航天服后面那个“小书包” 。
生命保障系统可以进行氧气再生 , 调节航天服内的湿度、温度、压力、氧气以及二氧化碳的浓度 , 让航天员舒舒服服地在太空中作业 。
航天服由于要防止膨胀(被吹爆)、辐射、太空垃圾、漏气以及温度外散 , 因此需要多种不同的材料 , 而且所有材料叠加起来 , 还不能将航天员搞成“米其林” , 因为航天员出舱是为干活 , 而不是躺平 , 所以对材料的要求非常高 。
(新一代“飞天”)
综上所述 , 舱外航天服就像一个缩小般的飞船 , 除了要帮助航天员抵御太空危害 , 还需要将与飞船内维持生命所需的系统“浓缩”成一个便携的小背包 , 为航天员生命提供保障的同时 , 还要保证航天员可以在太空中灵活工作 。
举一个不太恰当的例子:
甲:我需要能防大炮的衣服 。 乙:做完了 。
甲:我希望它如蚕丝般顺滑与轻薄 。 乙:加钱 , 加时间!
【航天员|我国航天员身穿“飞天”二次出舱,美国却因无“衣”可穿而发愁】于是 , 舱外航天服就延期了 , 可见技术之难 , 耗资之大 。 目前 , 只有中美俄具备自主研发舱外航天服的能力 。
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