穿在身上的航天科技

文/本刊記者 董雅琪 崔書健

作為首部國產(chǎn)科幻電影，《流浪地球》中不輸好萊塢的特效給觀影者帶來了超出票價(jià)的滿足感。劇中各種具有科技感的服裝也為人們打開了想象的空間。其實(shí)，那些跟航天有關(guān)的各種紡織用品離我們的生活并不遙遠(yuǎn)。要知道，很多科技都是由航天科技轉(zhuǎn)為民用，它可能每天都在陪著你，而你卻不知道。

首先，有料?要介紹一下宇航服里的高科技。

宇航服是一項(xiàng)復(fù)雜的人機(jī)系統(tǒng)工程，對于宇航員的幫助不容小覷。因?yàn)閷τ谟詈絾T來說，太空漫步不啻于一場驚心動魄的戰(zhàn)斗。在300km～450km的近地軌道，已經(jīng)是生命的禁區(qū)——真空環(huán)境；溫度以90分鐘為周期,正負(fù)100℃冷熱交變；同時(shí)，還有微流塵/碎片和空間輻射的威脅。

在如此惡劣的太空環(huán)境下，宇航服為宇航員構(gòu)建了一個(gè)適合人體的微環(huán)境，保護(hù)著宇航員免受來自太空的傷害。宇航服就像一個(gè)受到氯丁橡膠涂層纖維包裹的“膨脹氣球”，通過對“氣球”部分施加限制向內(nèi)部的宇航員提供氣壓，可以防止其體液沸騰。

目前，制造宇航服所用到的原材料有很多，除氯丁橡膠涂敷尼龍織物之外，宇航服中主要用到的還有尼龍經(jīng)編織物、PU涂層尼龍織物等其他合成織物以及聚四氟乙烯、Kevlar?、Nomex?等纖維制品。

在略顯臃腫的宇航服中，其他原材料的應(yīng)用也至關(guān)重要。玻璃纖維是構(gòu)建宇航服堅(jiān)固上半身的主要材料；宇航服織物上特殊的接縫或錐形設(shè)計(jì)，使得宇航員關(guān)節(jié)能正常彎曲，解決活動困難的問題；將塑料管編織到織物內(nèi)部，可以運(yùn)輸冷卻水到整個(gè)宇航服；宇航服的頭盔多是由透明塑料或耐用聚碳酸酯制成的，且大多數(shù)都有反射陽光的覆蓋物和用于減少眩光的有色遮陽板，其原理和太陽鏡一樣；其他組件則主要用于組成電子電路和宇航服控制器。

當(dāng)然，除了宇航服，為了提高宇航員在太空作業(yè)和返回地球時(shí)的舒適性，科學(xué)家們還研發(fā)了不少衍生品服裝，確保宇航員在長期的空間站生活中保持身體健康。宇航服雖然沒穿過，但這些科技含量滿滿的設(shè)計(jì)和材料正逐漸運(yùn)用到普通的功能性服裝上。

功能3D針織物：減緩疲勞和肌肉酸痛

Fabdesigns公司開發(fā)了一系列用于宇航服的高度靈活的3D針織物，通過采用Kevlar?、Spectra?、硅及其他特種功能紗線，結(jié)合特殊的織物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅可以為宇航員提供阻燃和熱防護(hù)、射線防護(hù)功能以及一定的壓力，還結(jié)合了肌肉活化技術(shù)解決空間疾病和肌肉損失問題——利用外加電流刺激，并用傳感器接收數(shù)據(jù)，增加靜脈血液流動和循環(huán)，減緩疲勞和肌肉酸痛，幫助身體快速去除乳酸，增強(qiáng)力量。

防輻射背心：降低患癌概率

AstroRad背心是StemRad公司在其廣泛應(yīng)用于全球現(xiàn)場急救領(lǐng)域的一款成功產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，根據(jù)選擇性保護(hù)骨髓的原則而開發(fā)的，其對于血液細(xì)胞更新以及其他因輻射而易患癌癥的敏感器官，如肺、乳房、胃、結(jié)腸和卵巢等，十分重要。

2018年4月，NASA與以色列航天局（Israel Space Agency，ISA）簽署了一份關(guān)于在太空測試AstroRad防輻射背心的協(xié)議，允許在Orion EM-1（獵戶座飛船漫游者一號）載人航天任務(wù)開始前的最后一次試飛中，將AstroRad背心送至太空進(jìn)行測試。

ISA還將在2019年年初在國際空間站（ISS）中對該背心進(jìn)行人體工程學(xué)評估，加上Orion EM-1中獲得的防輻射實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將為美國宇航局提供信息，以確定AstroRad背心是否可以作為未來外太空載人航天任務(wù)所必需的個(gè)人防護(hù)設(shè)備。

智能服裝：健康監(jiān)測、病癥緩解、輔助鍛煉

通過將功能性或智能性元件集成在宇航員服裝上，以提供健康監(jiān)測、病癥緩解、輔助鍛煉等效果，已經(jīng)成為幫助解決宇航員健康問題的一種優(yōu)選方案。

為了幫助宇航員消除負(fù)面情緒和應(yīng)激反應(yīng)，佛羅里達(dá)理工大學(xué)的科學(xué)家們正在研發(fā)一種可以調(diào)節(jié)環(huán)境的宇航服，其開發(fā)的無線智能傳感器能夠監(jiān)測宇航員所處的環(huán)境，調(diào)整溫度、光照水平、光線顏色和含氧量，從而幫助宇航員保持身體健康，思維冷靜。

為了科學(xué)評估各種訓(xùn)練輔助器材和宇航員鍛煉效果，ESA與丹麥智能紡織品公司Ohmatex合作開發(fā)了一種智能襪子，通過將近紅外傳感器和紡織肌電圖（EMG）電極集成到特制襪子中，可顯示腿部肌肉的電活動和新陳代謝活動。

如果上述這些你還沒體驗(yàn)過，那么以下這些因?yàn)橛詈絾T的需要而發(fā)明的產(chǎn)品，保證你或者家人都用過呢！

尿不濕：解決尿急

1961年，蘇聯(lián)宇航員加加林要步入發(fā)射艙時(shí)突感尿急，只好下來順著太空服的管子向外排尿；同年，在飛船里遲遲不能發(fā)射的美國宇航員謝潑德也遭遇了尿急，指揮官命令他尿在太空服里。這是一個(gè)非常大的冒險(xiǎn)，因?yàn)槟蛞旱臒岫瓤赡軙固辗锉仨毐３智逅脑O(shè)備失靈。好在尿液很快冷卻，悲劇沒有發(fā)生。

小小的排尿問題卻成了宇航員的大困擾。于是，“太空服之父”華人唐鑫源通過加入高分子吸收體改進(jìn)了宇航服，發(fā)明了能吸水1400毫升的紙尿片，排尿才不再是宇航員的難題。這項(xiàng)技術(shù)后來轉(zhuǎn)為民用，就是現(xiàn)在千家萬戶使用的“尿不濕”。

氣墊鞋: “中空吹塑成型”技術(shù)

綜觀現(xiàn)在的運(yùn)動品牌，幾乎每家都有自己的氣墊鞋，要知道，制作氣墊的技術(shù)起源也與航天相關(guān)。在阿波羅登月計(jì)劃中，航天科學(xué)家們?yōu)橹圃焱暾⒑穸染鶆颉⒛苣褪芎艽髩毫Φ挠詈椒?nèi)膽，發(fā)明了把一團(tuán)耐壓軟材料加熱軟化放在模具中，然后再向模具中吹入高壓氣體的方法，這就是“中空吹塑成型”技術(shù)。后來，運(yùn)動鞋制造商發(fā)現(xiàn)這種工藝可以快速高效地制造完整的鞋幫，于是便廣泛地將其應(yīng)用于運(yùn)動鞋的制造。

由此可見，航天事業(yè)的發(fā)展其實(shí)與民生息息相關(guān)，在國家發(fā)展硬核實(shí)力的同時(shí)，這些尖端科技轉(zhuǎn)化為民用后能夠給人民生活帶來不少便利。