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全球今頭條!艙外航天服的設計靈感居然來自小龍蝦?

時間:2023-06-26 10:46:04    來源:科普中國網    


(相關資料圖)

我們知道,外層宇宙空間是一個極端惡劣的環境,因此航天員進行出艙活動需要穿著專業的艙外航天服。可你知道嗎?航天服關節處的設計,竟然和我們日常見到的小龍蝦有關。

在設計艙外航天服時,我國航天工程師從蝦尾既堅硬又靈活的鱗片結構中,獲得了意想不到的靈感。我們知道,小龍蝦的尾部是半硬殼的,但是一點也不妨礙它的伸曲和游泳動作,因為它是一種鱗片層疊結構,可以軟硬兼施、剛柔并濟。因此,工程師給國產艙外航天服關節處設計了類似小龍蝦尾部的層疊結構,并在上肢的肩、肘、腕和下肢的膝、踝等關節處,使用了氣密軸承。在軸承的作用下,航天員的手腳可以隨意轉動,同時能嚴格保證氣密性。

“飛天”艙外航天服是我國自主研發的,它包括上下肢、頭盔、手套等。上下肢部分和手套屬于軟結構,從里到外有十多層,即出艙內衣、液冷服、氣體循環空間、氧氣輸送管道、加壓層襯里、輔助加壓氣囊層、主加壓氣囊層、外限制層、隔熱和防流星體層、外防護層等,能夠對航天員的身體進行有效保溫,同時保護航天員免受太空空間環境及流星等的侵害。那么,艙外航天服的外部還有哪些機關按鈕和小秘密呢?

手套上的反光鏡從下面這張圖我們可以發現一個特別的設計,在服裝胸前一些設備上的文字標識是反的。之所以做這樣的設計,是因為航天員通過面窗觀察胸前的一些設備,有視野盲區。這時,航天員可以通過手套上的反光鏡來觀察,鏡像之后航天員看到的字就是正的,因此反的文字標識是方便航天員的識別和操作。

四層頭盔面窗結構艙外航天服的最上面是一個頭盔,由頭盔殼、面窗結構和頸圈等組件構成。其中,面窗是四層的結構:兩層是壓力面窗,中間是充氮,可以起到一個隔熱和防結霧作用;外層是防護面窗,可以避免航天員在作業過程的磕碰和劃傷,影響視野;最外層則是濾光面窗,航天員可以根據陽照區和陰影區放下和打開,防止太陽光線直接照射入眼。

可調節的艙外航天服由于空間站空間有限,研制成本和運輸成本都極其昂貴,因此艙外航天服無需做到一人一套,量體裁衣。根據飛天艙外航天服構形,采用“一對多”的適體性原則,即以一套服裝多人穿用,被動適體性與主動適體性相結合,兼顧個性與共性要求。前面我們提到航天服的上下肢關節處使用了氣密軸承,這將使關節活動更加自如。通過調節,艙外航天服可以適應不同身高和體重的人體參數,從1.6米到1.8米的航天員都能穿著使用。

考慮到太空中的輻射、高能粒子、高溫、低溫以及其他宇宙射線等等問題,艙外航天服的設計要非常精密,同樣,也因為外界復雜的環境,艙外航天服的使用壽命嚴重受限。第一代“飛天”艙外航天服,其造價雖然高達3000多萬元,但只能重復5次艙外活動,每次只能支持4個小時;而第二代“飛天”艙外航天服經過了進一步的改進和優化,造價是3000萬元,重復使用次數提高到15次,每次工作時間提高到8小時左右,但總的來說,它的使用壽命仍然非常有限。

目前國際上能完全獨立掌握艙外航天服設計和研制技術的國家只有中國、美國、俄羅斯三國,可見艙外航天服技術是一個國家載人航天實力的重要體現。相信“飛天”艙外航天服在未來會有更多升級改造的可能,中國航天產業鏈也會越加完善,并在不久的將來幫助航天員們探索月球、火星以及更遠的地方。

參考文獻[1]https://mp.weixin.qq.com/s/MmYGsKDRtmkPoT0MkEb-iw[2]ttps://mp.weixin.qq.com/s/2uLEMrvklnpIMI9cBS1VDA[3]https://mp.weixin.qq.com/s/SNAFX8iQBa-oDE_BkKG8RA[4]https://mp.weixin.qq.com/s/2uelZT-68fOXTAtJDxBXkA

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