艙外航天服

最小的載人太空飛行器，是航天員走出太空飛行器到艙外作業時必須穿戴的防護裝備。艙外航天服大約重275磅，除了具有艙內航天服所有的功能外，還增加了防輻射、隔熱、防微隕石、防紫外線等功能，在服裝內增加了液冷系統（液冷服）。

基本介紹

• 中文名：艙外航天服
• 重量：275磅
• 功能：防輻射、隔熱、防微隕石等
• 用途：艙外作業時必須穿戴的防護裝備

航天服作用

在艙外活動（EVA）早期，如蘇聯“上升-2”號、美國“雙子星座”號和“阿波羅”號軟式航天服，其中的壓力服主體部件，既用於艙內使用，也用於艙外使用。當航天服與艙內生命保障系統聯合使用時，在艙內應急時保障航天員的生命安全，為艙內航天服；當航天服配置真空禁止隔熱服，與攜帶型生命保障系統聯合使用時，作為艙外航天服（EMU），用於艙外活動。這種多用途方式的航天服，在作為艙外活動使用時，可靠性下降；而作為艙內航天服使用時，又增加了不必要的複雜性。為此，美國從太空梭開始，蘇聯從“禮炮”號航天計畫開始，改變了這種設計思想，將航天服分為艙內航天服和艙外航天服兩類。艙外航天服結構更複雜，除了具有艙內航天服的功能結構外，還具有隔熱和防微流星/碎片衝擊等功能。另外，航天服內尚增加有液冷服，用於排出身體代謝產熱，保證體熱平衡；除此以外，還配置出艙面窗組件（濾光器），具有防紫外線功能。

目前，俄羅斯使用的“KB-2”艙內航天服和美國使用的太空梭發射/再入服仍採用傳統的軟式服裝結構，而艙外航天服則採用高可靠性、可重複使用的半硬式服裝結構，即硬質的上軀幹和軟質的褲腿與袖子。美國於1980年和1988年先後研製出高壓、半硬式（AX-5型）和全硬式（Mark III型）艙外壓力服樣品。AX-5型壓力服是由鋁合金和不鏽鋼製成。Mark III型壓力服硬體部分採用鋁合金和不鏽鋼材料，軟體部分採用聚氨酯塗層的紡織材料製成。工作壓力為57.2kPa，在出艙前不需要吸氧排氮。服裝使用簡單、可靠，工作壽命長。但由於這種服裝結構尺寸、容積和質量較大，穿著工作時需要施加的力大，易導致航天員快速疲勞，目前尚未用於航天飛行使用。

美國在“阿波羅”計畫以後，重點發展艙外航天服。“雙子星座”號艙外航天服採用臍帶式生保系統，由艙內通過臍帶（長約8m～18m）向艙外航天服供氧和控制各種環境參數。從“阿波羅”開始，艙外航天服採用了攜帶型（背包式）生保系統。太空梭艙外航天服由量體裁衣改為組合式，由10個不同尺碼標準的部件組成，每個部件有5個尺寸供選用，連線部用鎖栓固定，便於更換和維修。活動關節採用氣密軸承和鋁製卡環。隨著艙外活動的次數增多、時間和距離的延長，發展了載人機動裝置，運載航天員離開太空飛行器，可在太空巡遊。

蘇聯發展EMU的步伐和美國相似。在20世紀70年代研製了半硬式艙外航天服（ORLAN-D）1977年12月在“禮炮6”號上進行艙外活動試驗，主要檢驗進、出艙的能力以及在艙外操作和修理的能力。在此基礎上經多次改進，形成了“和平”號用的艙外航天服（ORLAN-DMA，M），可在艙外連續工作6～7小時。

美國和俄羅斯到目前為止，在載人艙外活動中使用的各種艙外航天服及其結構特點如表1～4所示。

中國航天服

“飛天”艙外航天服

重量：120公斤

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顏色：白色

造價：約3000萬元

組成：用料軟硬結合，從上到下依次是頭盔、上肢、軀幹、下肢、壓力手套、靴子

適用：四肢裝有調節帶，通過調節上臂、小臂和下肢的長度，身高1.60米-1.80米的人都能穿上

耐力：可支持4個小時艙外活動，並可重複使用5次

上肢關節

巧妙地利用仿生結構，使關節活動更加自如。

腕鏡

手腕處裝有一面小鏡子，航天員可以通過它隨時察看自己身上的各種開關。

背包

高1.3米，是航天服穿脫(進出)口的密封門，在背包殼體內安裝艙外航天服生保設備，背包殼體下端安裝有掛包、備用氧瓶等。背包關閉通過拉緊鋼索和操作關閉手柄完成。

頭盔

經過科研攻關，“飛天”航天服頭盔的視野比其他同類產品要大。

攝像頭 頭盔還有攝像頭，可拍攝航天員出艙操作。

照明燈 兩側各一照明燈，可照亮服裝胸前部分，方便航天員在陰暗面操作。

報警指示燈 兩側有報警指示燈，一旦服裝出現泄露報警燈閃。同時還有語言報警。

面窗 其面窗4層，2層充壓結構，2層之間充高純氮氣，防結霧，外面是防護面窗，外層是濾光面窗，對太陽光折射率低，迎著光照面可拉下它。

手套

為每位航天員量身定做，看上去特別厚實，有點像拳擊手套。

外層 熱防護手套外層為纖維織物，有兩層氣密，使用特殊隔熱橡膠材料，能耐受高溫到100℃。

指尖 指尖部分，只有一層氣密層，保持觸覺。手指背部位內有兩層真空禁止隔熱層。

手心 在手心握物部位設定有凸粒狀橡膠，主要為防滑。手套可握住25毫米的鉛筆粗細的東西。

熱防護蓋片 在手背有可翻折的熱防護蓋片，用於覆蓋手指部位，提高此部位的熱防護能力和保證手指的關節活動性。

手錶

專門設計的航天手錶，材料適合航天特殊環境。

外觀 它比一般手錶錶盤大，實現功能也比普通手錶多，上有三個小錶盤，分別是小時、分鐘、秒。可以讀台北時間和飛行時間，另外可以轉動錶盤記時。

用途 航天手錶可讓航天員在漆黑的太空中，清楚地知道地球的晝夜之分。保障航天員的生活規律與地球同步，不至於打亂生物鐘。

衣料

航天服須真空禁止隔熱，所用織物要多種織法結合起來才能達到強度要求。

層次 航天服6層：由特殊防靜電處理過的棉布織成的舒適層、橡膠質地的備份氣密層、複合關節結構組成的主氣密層、滌綸面料的限制層、通過熱反射來實現隔熱的隔熱層、最外面的外防護層。軀幹達到7層，最厚的是掛包有20層。（本段資料由無常冥提供）

俄羅斯航天服

海鷹-D型出艙活動航天服

海鷹-D型出艙活動航天服是在蘇聯登月用的海鷹航天服的基礎上經改進而成，主要在禮炮6號太空站上使用，但在禮炮7號的早期也曾經使用過。 　海鷹-D型航天服由硬的胸甲和軟的織物構成。服裝背部有背包，背包里是生命保障系統，同時又是進入服裝的入口和密封蓋。硬的胸甲由1毫米厚的鋁合金製成。胸甲上還裝有帶玻璃面窗的頭盔。服裝的軟體部分由10層織物構成。這10層織物從外向里分別是：(1)用耐熱尼龍製作的外防護層；(2)用多層織物製成的隔熱和防流星體層；(3)外限制層，用聚酯纖維織物製成，限制下面的氣囊在加壓時向外膨脹；(4)主加壓氣囊層；5)輔助加壓氣囊層；(6)加壓層的襯裡；(7)氧氣輸送管道；(8)氣體循環空間；9)液冷服；(10)耐穿襯衫。 　整套服裝重量，包括各種消耗品在內，為70千克。早期服裝的靈活性很差，航天員在幾小時的太空行走後，體重平均下降3千克。主要是在太空工作時，為克服服裝的阻力而大量用力，引起大量出汗，最後導致身體的水分喪失。這種服裝只能在艙外工作3.5至5.0小時。服裝在艙外工作時間不長的原因是熱調節系統存在問題,因此在後來的海鷹-DM航天服上進行了重新設計。服裝還帶有一根25米長的臍帶，用於供電和通信。 　海鷹-DM航天服在很多方面做了改進，特別是增加了服裝的自主性和提高了靈活性。例如服裝的髖關節經過改進後不僅更加靈活，而且簡化了褲子的設計，減少了服裝的臀圍。但是航天員認為，禮炮7號空間站上太空行走的任務比較簡單，因此提高髖關節的靈活性沒有多大意義。

海鷹-DMA型出艙活動航天服

海鷹-DMA型出艙活動航天服於1988年10月20日在和平號空間站上首次使用。兩名蘇聯航天員穿著這種新型航天服在艙外工作4小時零12分鐘。這種新型航天服的使用壽命僅為4年。使用壽命不長的原因是用了很多橡膠、皮革和棉紡織品，這些天然服裝材料沒有人工合成纖維耐用。這種服裝的一個特點是可以在空間站上由航天員自行維修，而且不需要地面上的技術人員指導。穿著這種服裝，蘇聯航天員每次太空行走時間大約5小時，總共可以完成50小時的太空行走。但是如果對服裝上的軟材料能定期維修和更換，這種服裝能在軌道上完成15至20次太空行走。 　每次太空行走以後，必須將服裝的上下都擦拭乾淨，晾乾，並掛在氣閘艙內用通風設備進行通風，以防止生長細菌和真菌。超過使用壽命的服裝，被放進進步號貨船內，當貨運飛船再入大氣層時與貨運飛船一同燒毀。 　蘇聯設計的所有海鷹型航天服都是從背後穿脫衣服。這就是說，服裝的背包既有生命保障系統，又有服裝的進出口，以供航天員穿脫服裝，而且背包上還有關閉進出口的密封蓋。進出口高792毫米，寬396毫米。背包是從左側用鉸鏈與服裝的剛性上半身相連。在密封蓋關閉時，服裝進出口處的密封裝置能可靠地將進出口密封住。 　服裝的剛性上半身是用鋁板經衝壓和焊接而成。衝壓時使用特製的金屬模型，衝壓件上焊接有各種機加工的金屬環，如腰環、背部的進出口環和肩部的袖孔環。在衝壓件的裡面還塗抹一層橡膠，以便對打眼孔和焊縫等進行密封。在一些關鍵部位又用橡膠片進一步密封。焊接採用氦弧焊和接觸焊兩種，焊接後還要用X光機和染料進行測試。相比而言，服裝剛性上半身的這種製作方法既簡單又經濟。 　海鷹型服裝的液冷系統使用一種多孔的盤式升華器，這種升華器每小時能帶走航天員的代謝產熱300至460瓦，但峰值速率在短時間內可達到698瓦。航天員在太空行走時，代謝產熱一般是400瓦。冷卻液入口的溫度在2℃至31℃之間變化；冷卻液循環泵的工作壓力可以從20到30千帕。 　海鷹-DMA型航天服的液冷服只有冷卻功能，沒有通風功能，因此服裝內還縫有3根並行的聚氯乙烯通氣管，專門作為通風用。 　這種服裝的生命保障系統跟以前的服裝相比，雖然還保留臍帶，但是服裝的自主性明顯提高。特別是生命保障系統的分系統和結構，很容易就在軌道上進行維修和更換，如氧氣瓶、電源、無線電通信設備和天線等，因為這些東西是直接安放在背包的密封蓋上的，僅簡單地用帶子扣住。另外在密封蓋上還安裝有加壓、通風和呼吸用氣體的循環迴路以及冷卻液迴路。

海鷹-M型出艙活動航天服

海鷹-M型出艙活動航天服是在海鷹-DMA型航天服的基礎上發展起來的。海鷹-M型航天服最初是為和平號空間站設計的,從1997年4月開始有3套服裝在和平號空間站上使用過,曾經完成3次太空行走,每次太空行走時間在5小時左右。 　俄羅斯參加美國的國際空間站計畫以後,為了適應國際空間站的特殊要求，美國希望俄羅斯進一步提高海鷹型出艙活動航天服的性能，因此俄羅斯對海鷹-M型出艙活動航天服進行了改進。2001年這種專門為國際空間站生產的出艙活動航天服開始在站上使用。 　海鷹-M型航天服雖然也是半剛性結構,但與海鷹-DMA型服裝相比,其性能有很大提高。除了部分滿足國際空間站的要求、有較高的可靠性、增加了太空行走的次數和改進了電子通信系統的性能以外,最重要的是提高了服裝的活動性,特別是提高了手臂、軀幹和髖關節的活動性,同時對服裝的胸甲和手套也做了很大的改進。 　不過目前的海鷹-M型出艙活動航天服並沒有完全滿足國際空間站的要求，特別是很多女航天員還沒有合適的航天服穿用;航天服的一些關節部位,靈活性還不夠理想。