太空無紡宇航服

牟汝佳

一些纖維具有極強的高功能,晶硅石英已成為世界上最潔凈的纖維材料。由于它具有抗內溫效應,無紡石英毯被大量用于隔熱或太空火箭的熱保護系統。這類無紡品耐受溫度達1050℃高溫,其高爆抗溫力超過1200℃。石英纖維具有十分純凈的化學性。制作工藝要先制成石英棒,然后整合成纖維,其無紡加工性與樹脂的兼容性都很強。這樣的纖維可制成單紗、粗紗、毛紗、低密度氈制品和股紗。而粗紗則可制成無定形的連續纏結無紡品,無色無味,也無揮發性。

這樣的纖維直徑為4～9μm。為了給火箭提供熱保護,石英毛也被用作火箭發射裝置和太空交通工具的隔熱材料。石英毛的其他應用也很神奇,它可用作酸性液體和油類的過濾材質,還用作火爐耐火材料,也用在半導體高溫隔熱工業,還可用作生產重型卡車催化排氣凈化器材質。

石英毛浸透有機粘接劑可制成低密度無紡氈,用于航空器,在高熔點合金錫箔紙間銜接可抗震,具有很高的壽命。因此在軍事航空領域和民用工業都很有應用價值。不僅如此,用針刺無緯石英纖維制成的材料用于飛機引擎絕熱也十分有效。工業高溫爐和光纖維絕熱應用也已相當廣泛。

歐洲還利用這類無紡品設計出對地靜止軌道的傳輸有效載荷或地球低級軌道體系。由于這種材料屬于預制氧化碳,法國杜弗洛工業公司利用它開發抗強震材料,用以作為卡車和托運集裝箱的減震器。

2011年4月12日-15日,日內瓦將舉辦INDEX無紡博覽會,屆時將有多種新品問世。其實,早在2008年,瑞士舉辦的INDEX博覽會,納米纖維就通過電鍍技術,被廣泛應用于無紡過濾器。我們看到的宇航服已經屬于噴射型納米纖維無紡材料,不僅用于制服首層,而且其他層也采用這類材料。

采用石英毛纖維,最初產生于美國麻省理工學院。該大學專家最先開發出緊身的太空型宇航服,稱之為BioSuit(生物制服),正式替代加壓型大體積的笨重宇航服。最新開發出的宇航服也很具有韌性和靈活性。

專家確信,作為人體第二層皮膚,這類外層涂噴宇航服屬于有機性無紡品,能自然分解,它使宇航員在滿是塵埃的太空行走自如。這類制服照樣可啟動人造肌纖維的電池發電,讓第二層皮膚給宇航員提供動力。

這類太空服體系還可鑲嵌通信設備、產生生物功能,借助電腦的作用在太空中行走或攀爬裝置。美國宇航局就將其稱為“戶外車輛活動”(EVA)。

美國麻省理工學院宇航太空工程系教授達華·紐曼說,“當人類登上月球或火星時,或許不會將其作為永久居住地,但這種宇航服卻會永久性加以利用”。

美國前宇航員太空漫步者杰弗里·霍夫曼曾配合紐曼教授及其同行夜以繼日地工作,歷經數年艱辛探索,他們終于開發出這種太空服。過去的太空服可給穿者加壓至20千帕斯卡,但最新產品卻可加壓至25~30kPa,已超越地球氣壓三分之一。因此,很明顯,BioSuit具有很高的太空利用價值。這種完全功能化的太空服在十年內即可為宇宙旅行大批量生產。

這類太空服還有內置“心臟”,它是一種機械計數器,與材料內層緊密粘貼,同時又具有柔韌性和保護宇航員身體的功能。不僅如此,它還能顯示人體運動性三維立體圖,即人體在太空移動時,地面人員可見宇航員體內的運動狀況。

穿上傳統宇航服,宇航員的手臂和大腿的移動受到限制,但這種太空服卻開了先河,讓宇航員具有了更大的靈活性。

美國宇航局最新開發的宇宙飛船,外部移動式宇航服也與俄羅斯太空服一樣,宇航員身穿的任何加壓設備都包含了可透氣性。由于背包生命支持系統的作用,宇航服外層又限制了太空服的移動性并要求宇航員用自身力量克服制服帶來的不便。無論是美國還是俄羅斯,他們開發的最新宇航服都只能用于太空行走,而不能用于太空飄浮。

為設計更大的移動性,強化人類的太空能力,紐曼希望生物制服能為普通人利用,即可裁剪并當作運動服穿,也可為將來人類登上火星做準備。

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