宇航员出舱行走危险 出舱服
出舱服体积虽小,但五脏俱全,基本上是一个能独立操作的迷你载人宇宙飞船。 这艘迷你宇宙飞船要载人,所以首先要提供一个密封恒压的保护壳。恒压由纯氧支撑,在30到40千帕之间。纯氧要源源不绝地输入,维持航天员生命需求,呼出的废气二氧化碳、水气和体味,马上循环回收,或由活性碳或氢氧化锂等化学材料吸收处理。
出舱服内要有“空调”温度控制系统,一般以贴身水冷方式完成。温度可在约10到25摄氏度间调整。aihuau.com 在太空要面对着一轮热烘烘的太阳,强烈的紫外线辐射有如排山倒海而来,出舱服要能把紫外线反射或过滤掉。 太阳有时发威,喷出大量近光速的高能带电粒子(solar flare event),被地球磁场引到两极地区进入大气层。如果宇宙飞船在低倾角和低地球轨道上运行,远离高倾角90度两极轨道,宇宙飞船和航天员大可不必顾虑这类粒子辐射。但对远离地球磁场航向月球或火星的宇宙飞船,则会造成巨大伤害,不得不防。“神七”轨道高341公里,倾角42.4度,也就是说它的轨道被控制在南纬42.4度到北纬42.4度之间,够得到降落地点内蒙古四子王旗,但离北、南极区尚远,出舱服只要能挡住一般太阳辐射就行。同样道理,极高能量的宇宙射线(galactic cosmic rays),对“神七”的作用也甚微。 比较厉害的是太空中有很多高速流窜的微陨石和流星体,虽然撞上的机率不大,但一旦被撞上关键部位就事态严重。1995年10月发射的航天飞机,货仓盖就被打穿了一个小洞(图3)。航天飞机的驾驶舱挡风玻璃每次飞行平均被撞三次,每出任务10天,挡风玻璃就得换新。出舱服对这类高速飞行流星体基本上无万全防御之计。出舱服最外层目前以21世纪最先进、强度最大的复合纤维材料制成,至少能抵抗这类流星体一下,给航天员提供一点应变时间。 出舱服要设有完整的通讯设备,提供出舱航天员与宇宙飞船和地面任务控制中心联络。 出舱服要精巧灵活,航天员指到那,出舱服就能打到那。“神七”的出舱服背包中有一个燃料助推器,航天员可用以控制移动方向。 “神七”的“飞天号”出舱服很可能连着“脐带”,以确保航天员不会与宇宙飞船分离。俄美两国在1965年第一次出舱活动时,都是连着“脐带”,除开保证航天员不会漂离母船外,同时也通过“脐带”供氧供电供通讯供空调,绝对安全可靠。“脐带”一般不能太长,5米左右,太长会打结。“脐带”虽好用,但严重地局限了航天员活动范围,所以新一代的出舱服都已切断“脐带”,改用先进的推进器,大幅度增加了舱外活动的范围和能力。 据2008年8月底讯息,“神七”的“飞天号”出舱服也可能是先进无“脐带”型号。 航天员出舱活动好几个钟头,出舱服要能处理“解手”问题。两年前美国一位女航天员,在地面绑上太空尿布,十小时车程不入厕,追上在千里以外机场转机的情敌,打翻醋坛子,大发雌威,泼辣较劲,彪悍无敌,造成美国用的“太空尿布”,在世界媒体上爆光,狠狠出过一阵风头。 俄罗斯的出舱服使用短裤式尿布,并设有便器。 在出舱服的研发上,人类的确花了不少工夫。出舱服除了能提供航天员基本生命所需外,重要的是出舱服要有弹性,航天员不需用太大的力气,就能弯臂、用手抓东西,且能灵活使用板手和螺丝刀等工具,保证生命安全并完成任务。 出舱服皆为多层结构,美式14层,由上、下身两部份组成,重130公斤。俄式10层,由前、后两半组成,重110公斤(图4)。由外往里看,最外层防辐射紫外线,以耐热尼龙材料制成;紧贴着的是防微陨石兼隔热层,由先进复合纤维材料制成;再进去是一道“限制”层,为控制30至40千帕氧压在太空高真空向外扩张而设,由聚酯类纤维材料制成;再往里几层为数层纯氧气囊加衬里层、氧气运送管道层,气体循环层,液冷“空调”层和最里面的贴身层。 据北京科技报报导,中国已研制出300平方米先进出舱服面料,具有高强度、抗撞击、防辐射,耐高温等特性。“神七”的“飞天号”出舱服是根据俄罗斯“海鹰号”系统基本蓝图设计而成,可是所用的材料及零件,都是21世纪的新产物。尽管外型相似,内芯早已脱胎换骨,青出于蓝而胜于蓝。 目前人类出舱服,虽已能操作自如,飞翔无碍,但外表皆极臃肿,是20世纪的产物。臃肿是因为氧气气压而来。为了“消肿”,已把氧压调低到接近生理底线,并为了使用这个超低氧压,还不得不付出几小时在天上预先吸氧驱氮的辛劳代价,才能出舱。压力虽低,但在太空高真空中,膨胀依然。航天员一举一动,都要和这个膨胀僵硬的出舱服奋斗。尤有甚之,臃肿的出舱服使手套灵敏度大幅度降低,增加活动困难性。 目前正在研发的出舱服,将使用最先进的生物材料,为现任的出舱服进行减肥瘦身运动,把航天员用类塑料薄膜材料紧缩罩住(图5)。贴身的生物材料以80千帕的压力紧压全身。身体在这个压力下,不需预吸氧气,就可由一大气压的太空舱出舱。出舱后,因为没有气体笼罩全身,弯臂蹬腿几和舱内活动接近。 未来的出舱服以不需预吸氧排氮程序就能出舱,和出舱后工作起来省力为主要发展方向。
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