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NASA新登月宇航服公開,可屈膝蹲下舉手,不用在月球上跳著走了

2019-10-17 09:09:00 來源: 北晚新視覺網

據外媒報道,NASA宇航員將以愛國的方式漫步月球。當地時間周二,該機構在新聞發布會上展示了為Artemis月球任務設計的新宇航員服。NASA局長吉姆·布里登斯汀主持了這場引人注目的活動并由此揭開了新宇航服的神秘面紗。

視頻截圖

這次公開活動展示了兩款宇航服原型。其中,橙色的獵戶座乘員生存系統(Orion Crew Survival System)套裝是在發射和重返獵戶座飛船時穿的。紅、白、藍三色探索艙外活動單元(Exploration Extravehicular Mobility Unit ,以下簡稱xEMU)則用于太空行走。

布里登斯汀特別指出,這些宇航服適合所有體型宇航員。而他之所以強調了這點則是因為此前國際空間站(ISS)沒有足夠的宇航服致使NASA不得不取消了首次計劃的全女性太空行走。

NASA曾在10月初公布了xEMU宇航服的一些細節,強調了該設計的可操作性以及自阿波羅時代以來取得的進展。

在上世紀六七十年代的太空任務中,阿波羅號宇航員在月球漫步時有時會摔倒。于是新宇航服將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。

NASA一名航天服工程師在臺上展示了在壓力下穿上xEMU宇航服,與此同時還展示了能夠擺動手指、蹲下來撿起地板上的石頭等能力。

據悉,宇航員預計將在月球上穿著這些宇航服一次的時間要8個小時。

至于橙色的救生服在月球表面不會起任何作用,它們的設計目的是為在飛船遇上緊急情況提供長達6天的生命支持。

NASA現正在打造第一套Artemis太空服并計劃在2023年之前交付成品。之后,它將計劃把宇航服的生產交給私營企業。

此外,布里登斯汀還為NASA制定了雄心勃勃的計劃,即在2024年之前把第一位女性和下一位男性宇航員(也許是兩位女性宇航員)送上月球。

NASA認為Artemis任務不只是在月球表面象征性地漫步,它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。

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科普:美國新一代登月宇航服有何特點

美國航天局在一份公報中說,新宇航服至少進行了四方面改進,最大特色是“移動性”更好,更加靈活。宇航員從國際空間站出艙進行太空行走時,下肢活動較少,而在月表行走并展開科研活動時,下肢活動更多。新宇航服的設計充分考慮這種需求,其加壓服下半身安裝了多個關節軸承,允許臀部彎曲和旋轉,膝蓋處有更大彎曲度,并采用了類似登山靴的柔性鞋底。

此外,宇航服上半身的改造使宇航員可以大幅度旋轉胳膊,并輕松將物體舉過頭頂。新宇航服還采用了從后面穿入的設計,使肩部組件更貼身,有助降低肩部損傷風險。

其次,新宇航服的安全性和防護能力大幅提高。安全永遠是人類太空任務的“重中之重”,這種新型艙外宇航服可在零下約157攝氏度至零上約121攝氏度之間的溫度條件下保護宇航員,使他們不受輻射、月塵和微流星體侵害。

1969年“阿波羅11號”宇航員首次登月時,工作人員主要擔心月壤能否支撐載人飛船著陸。但是現在人類已知月壤中藏著更大的風險,那就是其中有大量玻璃狀碎屑,可能侵入宇航服中。因此新宇航服增加了防塵設計,避免月塵被吸入并污染生命支持系統。

宇航服的“便攜式生命支持系統”在為宇航員提供能源和氧氣的同時,還能清除宇航服中的二氧化碳、有毒氣體等。據介紹,新宇航服的生命支持“背包”可以持續清除宇航員呼出的二氧化碳;相比之下,目前的宇航服只能儲存二氧化碳直至飽和,從而限制了宇航服的使用時長。

第三,新宇航服采用模塊化設計,方便在長時間探索任務中更換組件。例如其頭盔采用了可快速更換的防護面罩,如果出現表面破損、凹陷或刮傷等問題,可以單獨更換防護面罩,無需將整個頭盔送回地球維修。

宇航服的“背包”中使用了微型化的電子系統和管道系統,因此許多組件在設計上是有備份和冗余度的,萬一有些組件出現問題也無大礙,這有利于延長太空任務。

第四,新宇航服提升了舒適性。在美航天局約翰遜航天中心,研究人員對運動中的宇航員進行全身3D掃描,根據3D動畫模型設計組件,最大程度保證了宇航服的舒適性,降低了可能對皮膚造成的不適。

新宇航服的通信系統采用了多個嵌入式聲控麥克風,能自動捕獲聲音,克服了此前宇航服麥克風無法跟隨宇航員頭部運動而收聲的問題。

美航天局介紹說,新宇航服在行星表面以及微重力環境下均可使用,將首先在國際空間站使用,未來還有望用于火星探索任務。

發展歷史

世界上第一個使用航天服裝備的人是美國冒險家威利·波斯特。二十世紀30年代初,他駕駛“溫尼妹號”單座機在向橫越北美大陸飛行的挑戰中,將飛機上升到同溫層。當時波斯特身穿的高空飛行壓力服,是用發動機的供壓裝置送出的空氣壓吹起來的氣囊。

第一代

近代的航天服是1961年在美國問世的。當年5月阿侖·謝潑德第一個成功地進行了美國最早的載人航天飛船計劃——水星計劃的亞軌道飛行。飛行所用的航天服,是由當時美海軍的高性能戰斗機飛行員穿著的MK-4型壓力服加以改進的。這種航天服由氯丁橡膠涂在布上的防護層和經過氧化鋁處理的強化尼龍的內絕熱層疊合而成,肘和膝關節部分縫入了金屬鏈,容易彎曲。但是,當內壓提高時,航天員難以活動身體。

第二代

60年代中期在實施“雙子星座”計劃時,美國又開發了第二代航天服。這種航天服在封入空氣壓的壓力囊外蒙上了一層用特氟綸混紡材料織成的網,即使空氣壓使航天服整體膨脹也容易彎曲。由于“雙子星座”計劃要求航天員進入太空在軌道上作會合或入塢的活動,所以這種航天服具有極佳的運動性。

第三代

第三代航天服是實施阿波羅計劃時使用的航天服。月面活動與浮游在太空活 海鷹型艙外航天服

動的情形不同,必須一邊步行在遍地皆是巖石的月球表面,一邊彎下身體采取巖石標本。再者,要求保護航天員能經受強烈的太陽光輻射,以及使從天而降的微小隕石砸在身上也不致破損。

這種航天服在關節周圍制成伸縮自如的褶皺,大大提高了運動性能。但是,必須穿著特殊的“內衣”。這種幾乎蓋住全身的網狀內衣縫入了長達100米猶如意大利空心面條那么粗的盤成網狀的管子,管內流過冷水,吸走航天員身上散發的熱量,并排到宇宙空間,所以航天員穿上后感到十分舒適。穿在內衣外的航天服由內絕熱層、壓力層、限制層(抑制壓力層的膨脹)幾層重疊,最外面還蒙上聚四氟乙烯與玻璃纖維制成的保護層。再戴上強化樹脂制成的盔帽、與航天服幾乎一樣多層的手套,穿上金屬網眼的長統靴,就是完整的阿波羅航天服了。

阿波羅航天服與過去的航天服相比,根本的差別是采用了便攜式生命保障系統,即將生命保障系統固定在背上,以進行供氧、二氧化碳的凈化和排除體熱。

第四代

航天飛機上的航天員使用的

航天服可以說是第四代航天服了。在此之前,航天服是定做的,不僅開發和制作上耗費巨資和時間,而且一件航天服只能用一次,已遠遠不能適應新的需要了。

航天飛機用的航天服不是定做的,它是根據人體的造型把航天服分成幾部分,分別被規格化為“特大”到“特小”幾種尺寸,然后成批生產,加工成現成的服裝。航天員只要從中選擇合身的各部分,重新加以組合就可得到一套滿意的航天服了。使用后,也不像過去那樣送進博物館,而是把航天服再分解,各部分清掃后再次使用,計劃使用壽命是15年以上。

在阿波羅時代穿好一身航天服需要1小時,現穿航天飛機用航天服(包括生命保障系統在內的艙外機動裝置)只要10~15分鐘就足夠了。新的生命保障系統可在長達7個小時內向劇烈消耗體力的航天員供給必要的氧、冷卻水、電力。不僅如此,頭盔內側還可供給500毫升的飲料和少量的航天食品。

至于大小便的處理,在進行艙外活動前,必須在艙內大便完畢,而小便可以在航天服中排泄,因為配備了尿抽吸裝置。還只有供男性使用的裝置,女性用的(尿布型)正在開發之中。將來,女航天員也不用為排尿擔心了。

為了迎接空間站時代的到來,美國航宇局正在致力開發新的航天服。盡管建造空間站穿著航天飛機用的航天服也可以,不過進入太空活動前,航天員還先要做準備工作。即必須呼吸純氧4個小時,或在氣壓為0.69毫米汞柱的艙內呆上大約12個小時,然后再呼吸純氧40分鐘,目的是將體內的氮排出,同時使身體適應低壓環境。如果不做這樣的準備工作,由于航天服內只有0.3個大氣壓,體內氮因急驟減壓而形成氣泡,會使航天員患與潛水員一樣的沉箱病。顯然,這種航天服難以適應今后在太空中頻繁活動的需要。據美國航宇局預測,太空時代,每個航天員每年需在太空中工作1000小時,為此要求航天服不但耐用,而且要大幅度降低成本。

與過去的航天服相比,外觀上有明顯的不同,全身是金屬鎧甲那樣的剛性結構,僅關節部分是可折皺的軟結構。這種航天服的內壓可提高到0.54個大氣壓,所以航天員穿這種新航天服進入太空之前不需要準備過程,也不用再為沉箱病擔心。但是,內壓提高使這種新航天服變得笨拙,運動性差。已試制成的這種航天服重達90千克,穿在身上根本無法在地面上行走。所幸的是,在太空中,重力變小了,宇航員不用費很大的力氣。不過,重力變小了,質量還是沒變具有和原來一樣的慣性,所以宇航員不能快速移動。

航天服的制造和發展時間還相當短,未來的航天服將更適合人類航天和在太空生活的需要!

來源:綜合環球網、新華網、百度百科

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