新型宇航服能讓人類(lèi)在月球上永久定居嗎？

趙天

人類(lèi)的身體就像一臺(tái)機(jī)器，在地球上，我們能以最佳的狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)；但在月球上，如果我們想長(zhǎng)期生活甚至永久定居，就需要克服以下挑戰(zhàn)：

引力。月球的引力大約是地球的六分之一。這樣的低重力環(huán)境使氣體分子無(wú)法存在于月球表面附近。因此，月球缺乏與地球相當(dāng)?shù)拇髿鈱樱髿鈮毫O低，與地球相比幾乎就是真空。

真空。在真空中，液體的沸點(diǎn)急劇下降，這意味著液體會(huì)自發(fā)地形成氣體。此時(shí)，人體肺部的空氣會(huì)膨脹，體液也會(huì)膨脹，擠壓器官組織和血管，導(dǎo)致腹脹。長(zhǎng)期暴露（90s）在真空中是致命的（參見(jiàn)1971年的聯(lián)盟11號(hào)飛船減壓事故）。

無(wú)氧。缺少大氣也就意味著缺少氧氣。由于缺少大氣壓，肺部原先存在的氧氣會(huì)迅速擴(kuò)散出肺部。此外，氧氣缺乏還意味著人體不能通過(guò)呼吸向肺部輸送更多的氧氣。器官停止接收含氧血液，人體也會(huì)因?yàn)榇竽X停止工作而昏厥。持續(xù)缺氧無(wú)疑是致命的。

無(wú)磁場(chǎng)保護(hù)。缺乏強(qiáng)磁場(chǎng)和臭氧層意味著人體將暴露在外太空的有害電離輻射當(dāng)中，這可能會(huì)導(dǎo)致一系列問(wèn)題。

失重。在地球上，人類(lèi)的肌肉骨骼系統(tǒng)已經(jīng)適應(yīng)了一定的重力。失重狀態(tài)會(huì)加速肌肉萎縮和骨骼系統(tǒng)衰弱，就像長(zhǎng)期臥床的病人，將暫時(shí)失去行走的能力。

溫差。月球的溫度變化很大，白天可達(dá)120攝氏度，晚上卻低至零下130攝氏度。可謂冰火兩重天。

隕石威脅。月球每年會(huì)遭受數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的隕石撞擊，高晝夜溫差和缺少空氣的環(huán)境，使月球表面聚集了非常細(xì)的、類(lèi)似于玻璃碎片的顆粒。這些碎片會(huì)損壞儀器和宇航服。

在月球上建立適宜人類(lèi)生存的永久性基地，需要將大量的有效載荷（食物、水、備件、氧氣和其他維持基地運(yùn)行所需的必要物品）定期運(yùn)送到月球。為了解決這一系列問(wèn)題，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）開(kāi)發(fā)了一些新的技術(shù)，其中最突出的有兩個(gè)項(xiàng)目，一是由獵戶(hù)座飛船、空間發(fā)射系統(tǒng)和地面勘探系統(tǒng)組成的深空運(yùn)輸系統(tǒng)；二是艙外探索主動(dòng)單元航天服。

想要長(zhǎng)期定居月球，太空服必須具備以下功能：

首先要滿足基本的生存要求。

提供一個(gè)穩(wěn)定的模擬大氣壓，與地球上的大氣壓相當(dāng)；提供可呼吸的氧氣并去除二氧化碳；保持舒適的溫度，可進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)；提供輻射防護(hù)；可防護(hù)宇宙塵埃和太空碎片的襲擊。

其次滿足以下要求的宇航服可以使宇航員在太空中保持生產(chǎn)力。

保證宇航員四肢活動(dòng)自如；可清除并回收身體排泄物；提供通信系統(tǒng)；提供完成特定任務(wù)所需的配件，例如在太空行走期間，修理和安裝模塊所需要的專(zhuān)門(mén)工具，其中一些必須嵌入到太空服內(nèi)部或放置在太空服上；提供必要食物和飲料。

自1982年以來(lái)，NASA宇航員進(jìn)行艙外活動(dòng)時(shí)所穿的宇航服被稱(chēng)為“艙外活動(dòng)單元”。最新的探月任務(wù)激勵(lì)了新一代宇航服，即艙外探索活動(dòng)單元（xEMU）的開(kāi)發(fā)。據(jù)估計(jì)，這款新型宇航服將于本世紀(jì)20年代中期交付使用。xEMU具備以下裝置：

探索便攜式生命支持系統(tǒng)

探索便攜式生命支持系統(tǒng)（xPLSS）是負(fù)責(zé)維持太空服內(nèi)生存條件的系統(tǒng)。簡(jiǎn)而言之，這是一個(gè)配備了生存必要系統(tǒng)的背包，該系統(tǒng)包括一個(gè)主氧氣供應(yīng)裝置（主氧回路）和一個(gè)備用氧氣供應(yīng)裝置（次級(jí)氧回路）。氣體主要儲(chǔ)存在氣瓶中（約20700 kPa），安裝在xPLSS背包上。

主氧回路執(zhí)行以下功能：為頭盔提供呼吸用的氧氣，并為整個(gè)宇航服提供氧氣以保證身體接受的壓力正常，并保持通風(fēng)（將呼出的二氧化碳從頭盔中去除）。

呼吸氧氣供應(yīng)裝置

頭盔中具有泡沫裝置，對(duì)頭部均勻施加20.7 kPa的壓力。氣瓶中的氧氣通過(guò)管道系統(tǒng)進(jìn)入宇航服的上半身部分，最終進(jìn)入頭盔的后部。氧氣的流速為每分鐘0.17立方米。當(dāng)氧氣流到頭盔前部時(shí)，可以將人體呼出的二氧化碳置換到收集管中。

恒定壓力裝置

這套宇航服具有一個(gè)氣囊層，由xPLSS提供的氧氣充氣。該氣囊可以對(duì)人體軀干均勻施加20.7 kPa的壓力。

溫度調(diào)節(jié)裝置

溫度調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì)包括兩個(gè)部分。第一個(gè)部分是可以適應(yīng)不同體型的液體冷卻服，它可以從xPLSS接收冷水，并讓冷水圍繞整個(gè)衣服循環(huán)，保持約20攝氏度的溫度。當(dāng)水吸收熱量后，會(huì)回到 xPLSS中的太空服水膜蒸發(fā)器（SWME）里，這是該系統(tǒng)的第二個(gè)部分。

SWME由微孔組成，外部保持低壓狀態(tài)。當(dāng)溫水接觸到這些微孔時(shí)，由于另一側(cè)的壓力較低，水就蒸發(fā)并失去熱量。剩余的水通過(guò)SWME后冷卻下來(lái)，可以再次注入太空服。

食物和飲用水供應(yīng)裝置

宇航服的上半身部分包含了用于攜帶食物棒和飲用水的袋子。這些補(bǔ)給品主要來(lái)源于“母艦”，即月球基地。宇航員在進(jìn)行艙外活動(dòng)之前需要做好膳食計(jì)劃。

國(guó)際空間站曾被認(rèn)為是不可能的存在，如今卻已在軌多年。不被看好的月球基地，在不久的將來(lái)也一定會(huì)扎扎實(shí)實(shí)的佇立在月亮上，為穿著新型宇航服的航天員們提供一個(gè)可以永久生存的家。