美國宇航局的下一代宇航服會是什麼樣子?

在首次登月 40 年後,設計師和工程師討論了宇航員服裝的持續演變


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緊身宇航服在最近的《星際迷航》電影中可能看起來不錯,但它們不符合美國宇航局的未來計劃——至少目前是這樣。美國宇航局的目標是為宇航員在未來十年左右重返月球而設計一套新的宇航服——一種更傳統的設計,將尋求在保護性和靈活性之間取得平衡。

這次修訂是在阿波羅宇航員首次在月球表面跳躍和行走 40 年後進行的。現在,美國宇航局希望宇航服更加靈活,並且能夠承受更長時間的月球任務。

美國宇航局星座計劃的艙外活動 (EVA) 系統專案副經理勞爾·布蘭科說:“我們希望宇航服中的人擁有像地球上的地質學家一樣的靈活性。”他的團隊正在“吸取”前阿波羅宇航服設計師的經驗,並研究太空梭宇航員目前穿著的宇航服,以為 2010 年的初步設計審查做準備。

所有宇航服的設計都必須保護人類免受減壓的嚴酷影響,這種影響會在突然暴露於真空中時發生。在這種情況下,滯留的空氣會膨脹並撕裂肺部氣囊中脆弱的組織。水或其他液體會汽化成氣體,導致身體腫脹,干擾血液迴圈,並在它們離開身體時使口腔和呼吸道冷卻到危險的低溫。

美國宇航局繼續依賴所謂的全壓宇航服,它將宇航員包裹在充氧環境中。這種宇航服允許宇航員正常呼吸,並將他們包裹在一層加壓、溫度可控的空氣中,以保護身體免受暴露在真空和太空環境的極端溫度下的不適影響。

全壓宇航服的一個缺點是,它們會對每一次運動產生阻力,這在長時間的太空行走或其他活動中會讓人感到身體疲憊。唯一登上月球的地質學家哈里森·施密特回憶說,他在阿波羅宇航服中半小時後前臂就感到疲憊。

這迫使美國宇航局的工程師們尋求平衡。目前的宇航服的壓力為每平方英寸 4.3 磅 (psi)——遠低於地球上的正常大氣壓(海平面為 14.7 psi),但仍然提供了一個加壓環境,也允許宇航員四處走動。
 
“如果你的宇航服壓力為 14.7 psi,它會變得非常僵硬,以至於你無法移動,”軌道裝備公司的首席設計師克里斯·吉爾曼說,該公司受僱於星座宇航服的肩部元件。

一些設計師還研究了另一種型別的宇航服,它可以給宇航員更大的行動自由。反壓或“擠壓”宇航服將為頭盔提供加壓氧氣,但在其他方面將依靠在身體的某些部位擠壓的緊繃帶,以抵消外部壓力的不足。

但吉爾曼和其他專家表示,緊身宇航服不太可能很快取代美國宇航局的全壓宇航服。在微重力環境下穿上緊身宇航服會比在地球上試圖擠進溼式宇航服更困難和耗時。修身剪裁的宇航服的價格也會更高,因為每套宇航服都必須仔細定製,以適合每位太空旅行者的身體。

即使是貼合性最好的反壓宇航服也尚未克服當人體每個部位都想在真空中向外膨脹時產生的不適感——包括皮膚中毛髮生長的微小毛囊坑。

布蘭科指出:“在壓力較小的地方,你會很快出現水腫和腫脹,這會讓人非常不舒服。”他曾在美國宇航局的真空室中親自測試過反壓手套。問題也出現在另一方面:壓力帶會導致皮膚擦傷。

麻省理工學院的航空航天工程師達瓦·紐曼說,反壓宇航服實際上是一種運動服。因此,它最適合在月球上行走——或者,也許有一天在火星上行走。她解釋說,全壓宇航服適合太空行走,因為腿部運動不是那麼必要。

星座計劃重新設計的全壓宇航服計劃有兩種款式:宇航員將在發射和著陸以及太空行走期間使用更輕便的配置。對於機組艙內外的活動,繫繩系統會將宇航員連線到航天器上的生命支援系統。

第二套更笨重的月球漫步服裝將具有額外的考慮因素,例如可以保護宇航服免受磨蝕性月球塵埃影響的靜電系統。星座團隊還希望在這種第二種款式的宇航服中實現更小的生命支援系統。例如,現有宇航服上吸收二氧化碳的大型罐子可能會讓位於一個快速迴圈系統,該系統最終會將廢氣排出宇航服。

布蘭科說:“我們從未有過一套我們施加了如此多要求的宇航服。” 但他和其它宇航服設計師可能會歡迎現在解決工程挑戰的負擔,如果它能讓未來的宇航員走得更輕鬆。

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