造价几亿美金的宇航服有什么黑科技?它如何保护宇航员的生命呢?

造价几亿美金的宇航服有什么黑科技?它如何保护宇航员的生命呢?

写在前面

在地球上,我们的大气层为我们提供了生存所需的环境条件,比如呼吸的空气、免受太阳辐射的保护、温度调节和合适的大气压。在太空中,这些保护都是不存在的。例如,太空中没有氧气,空间温度为-273°C。所以,人类要想在太空中生存,就必须要自己想办法了,创造可生存条件。所以宇航服的设计只有两个目的,第一个目的就是保命,第二个目的就是科学研究。

宇航服提供了维持生命的条件,如氧气、温度控制、加压外壳、二氧化碳清除装置以及免受阳光、太阳辐射和微小流星体的保护模块。这是一个宇航员在地球大气层外工作的生命维持系统,也是宇航员最重要的一层生命保障。航天服已被用于许多重要的太空任务。这些措施包括协助部署有效载荷、 检索和维修轨道卫星设备、外部检查和修复轨道器,以及拍摄惊人的太空图片。

宇航服的原料

制造宇航服所用的原材料很多。织物材料包括各种不同的合成聚合物。最内部的一层是由尼龙三角材料组成的。另一层由弹性可磨损的氨纶聚合物组成。另外还有一层聚氨酯涂层尼龙,用于内部加压。使用的其他合成织物包括氯丁橡胶(一种海绵橡胶)、Mylar、Gortex、Kevlar和Nomex。

除了合成纤维以外,其他原材料也具有重要作用。而玻璃纤维是上半身的主要材料,还有锂氢氧化物则被用于宇航员太空行走过程中去除二氧化碳和水蒸气的过滤器。一种银锌混合物电池,这会为宇航服提供动力。塑料管被编织到织物内部,这样可以运输冷却水到整个宇航服。一种聚碳酸酯材料用于制造头盔的外壳。其他组件用于组成电子电路和宇航服控制器。

设计与模块

一件宇航服是由80多家公司生产的各种量身定做的组件制成的,如果从头开始研发的话可能需要4个亿美元以上的资金,单纯的复制也需要几千万美金。零件尺寸从3-17厘米的垫圈到76.2厘米长度的零件不等。EMU由18个单独的模块组成。

首先初级生命维持系统是一个独立的背包,装有氧气供应、二氧化碳过滤器、电力和内部通讯设备。它为宇航员提供了生存所需的大部分东西。长达7小时的氧气储存在宇航服的水箱里。在宇航服上还有一个次级氧包。这提供了额外30分钟的紧急氧气,这是突发情况利用的,平时不会动,但是会经常检查。

头盔是一个大的塑料加压装置,脖子那里有一个颈环和一个通风配垫,还有一个清洗阀,它可以和紧急氧气装置一起使用。在头盔里,有一根吸管放在饮料袋上以防宇航员在执行任务的时候口渴,通常舱外活动都需要5个小时甚至10个小时以上。头盔部分还有一个遮光的面罩和一个记录活动的照相机。 宇航服还配备了一个尿液收集系统,以便在宇航服内休息。MSOR 组件会连接到头盔的外部,它由耳机和传声器构成,还有四个小的灯,在需要的地方可以发出额外的光,护目镜是需要手动调整的,为的是保护宇航员的眼睛 。

上半身的衣服为了保持温度,外衣下面穿的是液体恒温服,它由恒温管组成,恒温管中有液体流过。内衣是一件由氨纶组成的网状整体套装,它是有一个拉链的。内部有近百米以上的塑料管缠绕在一起,在其中循环恒温水。 正常情况下,循环水保持在4.4~9.9°C。温度由显示器控制板控制。

下半身装配是由裤子,靴子两个部分组成。膝盖和脚踝关节会和腰部进行连接。而裤子本体的一层由聚氨酯包覆尼龙的特殊压力材料组成。另一层是由涤纶的特殊层和一件由氯丁橡胶涂层的尼龙组成的外热衣。它还有五层渗铝尼龙和一层由特氟龙、凯夫拉和诺梅克斯(翻译)组成的织物表面层。通过调整大腿和腿部的环状东西,宇航服的的这一部分可以变得更短或更长。靴子有一个绝缘的脚趾帽,以提高保温性能。尿液储存装置位于宇航服的这一部分。旧型号的储存装置可容纳950毫升液体。

手臂组件是可调的,就像下躯干组件一样。在手套里,微型电池加热器会在每个手指那里缓缓发热。该单元的其余部分被填充物和额外的保护外层覆盖。

上半身是用玻璃纤维和金属制造的。上半身宇航服拥有头盔、手臂、生命维持系统显示器、控制模块和下躯干等大部分装备的附件。它包括氧气瓶、储水罐、副液压泵、污染物控制盒、调节器、传感器、阀门和通讯系统。氧气、二氧化碳和水蒸气通过宇航员脚和肘部附近的通风模块“离开”宇航服。上半身的一个饮用水袋可以容纳多达907.2克的水。 宇航员可以在任务期间直接痛快的喝一杯。

安装在胸部上的控制模块可以让宇航员监控宇航服的状态,这个控制模块会连接到外部的液体和电力来源。它包含所有的机械和电气操作的控制,这是一块视觉显示面板。这种银锌,是一种可充电电池,运行在17伏特左右,是用来给宇航服供电的。该控制模块与上半身预警模块集成在一起,以确保宇航员了解宇航服内部环境的状况。这套衣服通过脐带连接到轨道器上。

这套宇航服在地球上重约124.8公斤,产品预期寿命约为15年。

太空服是模块化的,所以可以由多名宇航员一块用。四个基本的可互换部分包括头盔、上半身、手臂和下半身。这些部件是可调整的,因为宇航服必须适应95%以上的宇航员体型。每一组手臂和腿都有不同的尺寸,可以对其进行微调。

穿着过程

穿上太空服大约需要15分钟。为了穿上航天服 宇航员首先穿上含有液体冷却和通风系统的下身,靴子被附在上面。接下来,宇航员可以穿宇航服的衣服了,在更衣气闸室的一个特殊的 连接器上装有生命支持背包,把它和环部连接起来,然后戴上手套和头盔,这样就可以啦。

制造过程

航天服的制造是一个复杂的过程。我觉得他可以分为两个生产阶段。首先,构造各个模块。然后这些模块在一个主要的制造地点集合在一起,比如美国宇航局在休斯敦的总部,这里可以进行组装。这也是大多数火箭制造的方法。

具体的方法步骤太多了,在这里就简单介绍一下吧,首先头盔和面罩可以用传统的吹塑技术制作,之后的生命维持系统的所有模块都制作好,最后把它们连接到硬件芯片模块上,这个过程非常复杂。控制模块的话,首先关键部件分别建立在不同的单元中,然后进行组装。这种模块化方法允许关键部件在需要时易于拆卸维修。胸部安装控制模块包含所有 电子控制、数字显示器和其他接口。

冷却模块在压力层内。它由尼龙、氨纶纤维和液体冷却管组合而成。尼龙三角首先被切割成一个内衣样的形状。同时,氨纶纤维被编织成一片织物并切割成相同的形状。之后安装一系列冷却管 ,然后把它们固定在一起。下半身、手臂装配和手套的制作方式相似。主要就是将不同层的合成纤维编织在一起,然后切割成合适的形状。连接环放在两端,各节连接在一起。手套配有微型加热器,别忘了必须要覆盖绝缘垫。

硬上躯干是用玻璃纤维和金属组合制造。它有四个开口,包括裤子,两个手臂和头盔。此外,在生命支持背包和控制模块的地方添加了适配器。最后,所有模块统一送往美航局进行组装。

模块供应商在生产过程的每一步都需要进行质量控制测试。这确保了每个部分都符合严格的标准,之后也必须在空间的极端环境中进行测试。美国宇航局还对完全组装的西装进行测试。质量控制测试是至关重要的,因为一次故障可能对宇航员造成可怕的后果。

未来的宇航服是什么样子的呢?

首先会更帅,更轻便,更易于操作,主要还是会体现在功能的集成上。