“飛天戰(zhàn)袍”為出艙護(hù)航

本刊綜合

7月4日，神舟十二號(hào)航天員劉伯明、湯洪波從空間站“天和”核心艙節(jié)點(diǎn)艙成功出艙，身上穿著的我國自主研制的“飛天”艙外航天服在太空中格外醒目。

那么，艙外航天服有什么作用？能保證航天員在太空環(huán)境下生存與工作多久？在設(shè)計(jì)上又有怎樣的技術(shù)保障？

提供環(huán)境防護(hù)和生命保障

艙外航天服相當(dāng)于一個(gè)微型載人航天器。雖然看上去貌不驚人，但它是航天員生命安全的保障，代表著高科技領(lǐng)域的尖端技術(shù)，是一個(gè)國家載人航天實(shí)力的重要體現(xiàn)。

出艙活動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)極高。1965年，太空行走第一人、俄羅斯航天員阿列克謝·列昂諾夫第一次出艙時(shí)就因氣壓差問題導(dǎo)致航天服膨脹，險(xiǎn)些無法返回艙內(nèi)。太空中的環(huán)境極為惡劣，為了抵御強(qiáng)輻射、高低溫等不利條件，艙外航天服必須為航天員提供安全有效的環(huán)境防護(hù)、密閉空間的環(huán)境控制和生命保障。

2008年，在神舟七號(hào)任務(wù)中，中國航天員翟志剛身著“飛天”艙外航天服，首次成功實(shí)現(xiàn)出艙活動(dòng)。與神舟七號(hào)任務(wù)相比，空間站任務(wù)中的航天員要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的艙外操作，這對(duì)艙外航天服的性能提出了更高的要求。

據(jù)專家介紹，新一代“飛天”艙外航天服進(jìn)行了大量改進(jìn)與升級(jí)，安全可靠性更高、支持艙外活動(dòng)的時(shí)間更久、測(cè)試維修性更強(qiáng)。中國航天員中心航天服工程室主任、航天員系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師張萬欣說，新一代艙外航天服在3個(gè)方面進(jìn)行了重要改進(jìn)：一是改變了結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)，二是提高了服裝的壽命，三是提高了人服能力。

新一代艙外航天服高2米左右，重120公斤。雖然看上去很厚重，實(shí)際上重而不笨——穿上“戰(zhàn)袍”的航天員既能抵御太空的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，還能靈活行動(dòng)、完成任務(wù)。

艙外航天服對(duì)于真空、輻射和高低溫的超強(qiáng)防護(hù)作用，主要源自服裝的多層設(shè)計(jì)。航天服的最里層是襯里和尿收集裝置;襯里外是用于散熱的液冷通風(fēng)層，將水作為冷卻液來冷卻航天員身體散發(fā)的熱量;液冷通風(fēng)層外是用于產(chǎn)生一定壓力的加壓氣密層;再外一層是限制加壓氣密層向外膨脹的限制層;限制層外是對(duì)付艙外大溫差變化的隔熱層;最外面則是保護(hù)層，由多種纖維復(fù)合。

艙外航天服的靈活性，離不開精巧的設(shè)計(jì)。專家表示，“飛天”艙外航天服采用頭盔和軀干一體化的設(shè)計(jì)。四肢可以調(diào)節(jié)，利用仿生結(jié)構(gòu)，上下肢關(guān)節(jié)處使用了氣密軸承，使關(guān)節(jié)活動(dòng)更自如，可以滿足從1.62米到1.80米的航天員穿著使用。

保證3年15次出艙活動(dòng)

7月4日上午8時(shí)11分，劉伯明成功開啟“天和”核心艙節(jié)點(diǎn)艙出艙艙門，隨后劉伯明、湯洪波先后出艙。當(dāng)日14時(shí)57分，經(jīng)過約7小時(shí)的出艙活動(dòng)，劉伯明、湯洪波圓滿完成出艙活動(dòng)期間全部既定任務(wù)，并安全返回“天和”核心艙，這標(biāo)志著我國空間站階段航天員首次出艙活動(dòng)取得圓滿成功。

殊不知，航天員出艙牽涉及多個(gè)層面，是對(duì)我國新一代艙外航天服功能性能的一次檢驗(yàn)。據(jù)專家介紹，新一代艙外航天服可以保證航天員在太空真空環(huán)境下的生存與工作，其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是“7+1”小時(shí)。

航天員進(jìn)行出艙活動(dòng)時(shí)，為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)艙外航天服消耗品余量，科研人員開發(fā)了一個(gè)消耗品預(yù)測(cè)分析軟件，通過監(jiān)測(cè)現(xiàn)有數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)后續(xù)工作時(shí)長(zhǎng)，為防止軟件出現(xiàn)故障，他們還同步進(jìn)行手動(dòng)測(cè)算。經(jīng)預(yù)測(cè)后發(fā)現(xiàn)，執(zhí)行出艙任務(wù)的兩套服裝均能保證8小時(shí)以上時(shí)長(zhǎng)。

同時(shí)，在出艙活動(dòng)當(dāng)天，工作人員還在地面航天員支持廳準(zhǔn)備了一套嶄新的艙外航天服，同步準(zhǔn)備了電產(chǎn)品桌面聯(lián)試現(xiàn)場(chǎng)、艙外航天服和艙載設(shè)備整體伴飛現(xiàn)場(chǎng)，以便在任務(wù)中航天服出現(xiàn)問題時(shí)，能及時(shí)進(jìn)行天地同步排故。

為了保證艙外航天服的可靠性，每次出艙使用完后，航天員都要對(duì)艙外航天服進(jìn)行全面、細(xì)致地維護(hù)和保養(yǎng)，包括通風(fēng)、凈化、干燥以及微生物處理和消耗品更換統(tǒng)計(jì)等。

中國航天員中心航天員系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師王春慧說，按照艙外航天服的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，航天服要保證在軌工作使用3年、保證航天員15次出艙活動(dòng)。因此，穿著艙外服的航天員可能來自不同的乘組，這次是神舟十二號(hào)乘組的航天員，下一波又將迎來神舟十三號(hào)乘組的航天員。

技術(shù)攻關(guān)確保萬無一失

艙外航天服結(jié)構(gòu)復(fù)雜，牽一發(fā)而動(dòng)全身，必須要進(jìn)行細(xì)致的技術(shù)攻關(guān)和充分的地面實(shí)驗(yàn)。

張萬欣介紹，艙外航天服每個(gè)服裝的關(guān)鍵功能都有冗余備份，一旦主份失效，備份可以繼續(xù)工作，保障航天員的安全。此外，每套服裝研制生產(chǎn)后，還要做很多試驗(yàn)，有可能穿著航天服的人員都要進(jìn)行試穿。

在執(zhí)行出艙活動(dòng)前，艙外航天服支持崗的科研人員對(duì)艙外航天服及其艙載設(shè)備進(jìn)行了24小時(shí)測(cè)試，確保供氧、供電、供水、通信等功能正常。其中，服裝氣密性檢查是重點(diǎn)項(xiàng)目——在真空中，人體血液中的氮?dú)鈺?huì)變成氣體，因此必須給航天服加壓充氣，否則航天員就會(huì)因體內(nèi)外的壓差懸殊遭遇生命危險(xiǎn)。

在艙外航天服的制作上，每一道工序和工藝都必須精益求精。據(jù)了解，僅做一副艙內(nèi)服上肢限制層就需要130多個(gè)小時(shí)，做一副艙外服下肢限制層需要260多個(gè)小時(shí)，裝配一套艙外服需要將近4個(gè)月。

艙外服上的頭盔面窗，是航天員進(jìn)行出艙活動(dòng)時(shí)觀察外界的窗口，由中國航天員中心研裝部服裝車間生產(chǎn)。頭盔面窗有多層，最里層名為雙層壓力面窗，它是整個(gè)頭盔的承壓密封結(jié)構(gòu)，直接關(guān)系到航天員的生命安全。為做到絕對(duì)安全可靠，承壓材料要經(jīng)過多輪選擇、測(cè)試，除塵、粘膠、縫合、密封等47道工序需要花費(fèi)兩個(gè)月。

“這些工序聽起來簡(jiǎn)單，但流程相當(dāng)復(fù)雜、嚴(yán)格、細(xì)致。”中國航天員中心研裝部副部長(zhǎng)鄧小偉說，在雙層壓力面窗制作過程中，有一次，有兩粒密封膠的碎末進(jìn)入了密封的面窗夾層，“這兩個(gè)碎末也就沙粒大小，吸附在面窗夾層下沿，理論上對(duì)視覺沒什么大的影響，卻成了我們的‘眼中釘。”科技人員嘗試了各種辦法，最終只能將碎末掃除到邊緣區(qū)域，但仍無法吸出。為了做出完美的面窗，技術(shù)人員改變生產(chǎn)工序，徹底解決了密封膠穿刺產(chǎn)生多余物這個(gè)問題。