宇航服

宇航服是宇航员在太空飞行中穿着的加压服装。它旨在保护他们免受太空中潜在的破坏性条件的影响。宇航服也被称为舱外机动装置 (EMU)，以反映当宇航员在轨道航天器外进行太空行走时，它们也被用作移动助手的事实。它们由众多定制组件组成，这些组件由各种制造商生产，并由美国国家航空航天局 (NASA) 在其位于休斯顿的总部组装。第一批宇航服是在 1950 年代太空探索开始时推出的。它们随着时间的推移变得更加实用和复杂。今天，美国宇航局已经完成了 17 个动车组，每个动车组的制造成本超过 1040 万美元。

背景

在地球上，我们的大气层为我们提供了生存所需的环境条件。我们认为它提供的东西是理所当然的，例如用于呼吸的空气、防止太阳辐射、温度调节和一致的压力。在太空中，这些保护特性都不存在。例如，没有一致压力的环境不包含可呼吸的氧气。此外，太空中的温度低至 -459.4° F (-273° C)。为了让人类在太空中生存，必须合成这些保护条件。

宇航服旨在重新创造地球大气的环境条件。它提供了维持生命的基本必需品，例如氧气、温度控制、加压外壳、二氧化碳去除以及防止阳光、太阳辐射和微小的微流星体。它是供在地球大气层外工作的宇航员的生命支持系统。宇航服已被用于太空中的许​​多重要任务。其中包括协助有效载荷部署、轨道设备的检索和维修、轨道器的外部检查和维修以及拍摄精美的照片。

历史

随着材料、电子和纤维领域的技术进步，宇航服自然而然地发展起来。在太空计划的早期，太空服是为每位宇航员量身定制的。这些比今天的西装要简单得多。事实上，艾伦·谢泼德在美国第一次亚轨道上穿的西装只不过是改编自美国海军高空喷气式飞机压力服的压力服。这件衣服只有两层，飞行员很难移动手臂或腿。

下一代宇航服旨在防止宇航员在轨道航天器中减压。然而，穿着这些套装进行太空行走是不可能的，因为它们不能抵御恶劣的太空环境。这些套装由五层组成。最靠近身体的一层是白色棉质内衣，上面有生物医学设备的附件。接下来是提供舒适感的蓝色尼龙层。在蓝色尼龙层的顶部是加压的黑色氯丁橡胶涂层尼龙层。这在机舱压力失败的情况下提供氧气。紧挨着一层聚四氟乙烯在加压时保持西装的形状，最后一层是白色尼龙材料，可以反射阳光并防止意外损坏。

对于双子座期间发生的第一次太空行走 1965 年的任务中，使用了七层防护服来提供额外保护。额外的层由镀铝聚酯薄膜组成，可提供更多的热保护和微流星体保护。这些防护服的总重量为 33 磅（15 公斤）。虽然它们足够了，但也存在一些与它们相关的问题。例如，头盔上的面罩很快起雾，从而阻碍了视力。此外，气体冷却系统也不够用，因为它不能足够快地去除过多的热量和水分。

Sally Ride

莎莉·莱德 (Sally Ride) 最为人所知的是第一位被送入外太空的美国女性。作为科学家和教授，她曾担任斯坦福大学国际安全与军备控制中心研究员、苹果计算机公司董事会成员以及加州大学空间研究所所长和物理学教授。圣地亚哥。 Ride 选择主要为儿童撰写有关太空旅行和探索的文章。

莎莉·克里斯汀·莱德 (Sally Kristen Ride) 是加利福尼亚州恩西诺的戴尔·伯德尔 (Dale Burdell) 和卡罗尔·乔伊斯 (安德森) 莱德 (Carol Joyce (Anderson) Ride 的大女儿，出生于 1951 年 5 月 26 日。作者凯伦·奥康纳 (Karen O'Connor) 在她年轻读者的书《莎莉·莱德》中描述了假小子莱德)和新宇航员， 莎莉 (Sally) 年仅 5 岁的时候，就会与父亲竞争报纸的体育版块。作为一个活跃、富有冒险精神但也有学识的家庭，当莎莉 9 岁和她的妹妹凯伦 7 岁时，Rides 一家在欧洲旅行了一年。虽然 Karen 受到启发成为一名牧师，但本着她的长老会长老父母的精神，Ride 自己不断发展的探索品味最终使她几乎是一时兴起申请了太空计划。 “我不知道我为什么要这样做，”她向 新闻周刊 承认 在开始她的第一次太空飞行之前。

这个机会是偶然的，因为她开始找工作的那一年标志着自 1960 年代后期以来 NASA 首次向申请人开放其太空计划，而且女性第一次不会被排除在考虑之外。莱德成为 1978 年从 8000 名申请者中选出的 35 人之一。“为什么我被选中仍然是个谜，”她后来在 1985 年接受约翰·格罗斯曼的采访时承认了 Health . “我们没有人被告知过。”

莱德随后在 31 岁时成为被送入轨道的最年轻的人，也是第一位进入太空的美国女性，第一位进行两次太空飞行的美国女性，而且巧合的是，第一位与另一位现役宇航员结婚的宇航员。责任。

莱德于 1987 年离开美国宇航局前往斯坦福大学国际安全与军备控制中心，两年后她成为加州空间研究所所长和加州大学圣地亚哥分校的物理学教授。

阿波罗任务使用了更复杂的套装来解决其中的一些问题。登月时，宇航员穿着七层衣服和一个生命支持背包。总重量约为 57 磅（26 公斤）。对于航天飞机任务，美国宇航局引入了舱外机动装置 (EMU)。这是一款专为太空行走而设计的太空服，不需要连接到轨道器。这些宇航服的一个主要区别是它们是为多名宇航员使用而设计的，而不是像以前的宇航服那样定制。在过去的 20 年里，动车组经历了稳步改进，但它们看起来仍然与 1981 年航天飞机计划开始时一样。目前，动车组有 14 层保护，重量超过 275 磅（125 公斤）。

原材料

许多原材料用于制造宇航服。织物材料包括各种不同的合成聚合物。最内层由尼龙经编材料制成。另一层由弹性可穿戴聚合物氨纶组成。还有一层聚氨酯涂层尼龙，参与加压。涤纶 - 一种聚酯 - 用于压力限制层。使用的其他合成织物包括氯丁橡胶（一种海绵橡胶）、镀铝聚酯薄膜、Gortex、Kevlar 和 Nomex。

除了合成纤维，其他原材料也发挥着重要作用。玻璃纤维是坚硬的上半身部分的主要材料。氢氧化锂用于制造在太空行走过程中去除二氧化碳和水蒸气的过滤器。银锌混合物包括为西装供电的电池。塑料管被编织到织物中，以在整个套装中输送冷却水。聚碳酸酯材料用于构造头盔的外壳。各种其他组件用于组成电子电路和西装控制。

设计

一套 EMU 宇航服由 80 多家公司生产的各种定制组件构成。零件的尺寸从八分之一英寸的垫圈到 30 英寸（76.2 厘米）长的水箱不等。 EMU 由 18 个独立的项目组成。下面概述了一些主要组件。

主要的生命支持系统是一个独立的背包，配有氧气供应、二氧化碳去除过滤器、电源、通风风扇和通信设备。它为宇航员提供了大部分生存所需的东西，例如氧气、空气净化、温度控制和通讯。防护服的储气罐中最多可储存 7 小时的氧气。套装上还有一个辅助氧气包。这提供了额外的 30 分钟紧急氧气。

头盔是一个大的塑料加压气泡，有一个颈环和一个通风分布垫。它还有一个吹扫阀，与二级氧气包一起使用。头盔里有一根吸管和一个饮料袋，以防宇航员口渴，还有一个遮阳板可以遮挡阳光，还有一个相机可以记录额外的交通工具活动。由于太空行走一次可以持续超过 7 个小时，因此该太空服配备了尿液收集系统，以便在浴室休息。 MSOR 组件连接到头盔的外部。该设备（也称为“史努比帽”）用下巴带卡入到位。它由耳机和麦克风组成，用于双向通信。它还有四个小的“头灯”，可以在需要的地方发出额外的光。遮阳板是手动调整的，以保护宇航员的眼睛。

为了保持温度，在外衣下穿着液体冷却和通风服。它由冷却管组成，其中有流体流过。内衣是由氨纶组成的网眼连体服。它有一个拉链，允许从前面进入。它有超过 300 英尺的塑料管交织在一起，在其中循环冷却水。通常，循环水保持在 40-50° F (4.4-9.9° C)。温度由显示控制面板上的阀门控制。下衣装满水时重 8.4 磅（3.8 公斤）。

下部躯干组件由裤子、靴子、内裤、膝踝关节和腰部连接组成。它由聚氨酯涂层尼龙压力囊组成。涤纶约束层和外热衣组成氯丁橡胶涂层尼龙。它还有五层镀铝聚酯薄膜和一个由特氟龙、凯夫拉尔和诺梅克斯组成的织物表层。通过调整大腿和小腿部分的尺寸环，可以使这部分西装变短或变长. 靴子有绝缘鞋头以提高保温性 还穿了保暖袜 储尿装置也位于西装的这一部分 旧款最多可容纳950毫升液体 目前是一次性纸尿裤使用服装。

手臂组件是可调节的，就像下躯干组件一样。手套含有 一个车外移动装置 (EMU)。每个手指都有微型电池供电的加热器。该单元的其余部分由填充物和额外的保护外层覆盖。

坚硬的上部躯干由玻璃纤维和金属制成。它是大多数套装的连接处，包括头盔、手臂、生命支持系统显示器、控制模块和下半身。它包括氧气瓶、储水罐、升华器、污染物控制盒、调节器、传感器、阀门和通信系统。氧气、二氧化碳和水蒸气通过宇航员脚和肘部附近的通风服离开宇航服。上身的一个饮料袋最多可容纳 32 盎司（907.2 克）的水。宇航员可以通过伸入头盔的吹嘴喝水。

安装在胸前的控制模块让宇航员可以监控宇航服的状态并连接到外部液体和电力来源。它包含所有机械和电气操作控制以及一个视觉显示面板。工作电压为 17 伏的银锌可充电电池用于为该套装供电。该控制模块与位于坚硬上身的警告系统集成在一起，以确保宇航员了解宇航服所处环境的状态。该套装通过脐带连接到轨道器。它在离开气闸之前断开。

白色套装在地球上的重量约为 275 磅（124.8 千克），产品寿命约为 15 年。它被加压到每平方英寸 4.3 磅（1.95 千克），并且可以通过直接连接到轨道飞行器来充电。现有的 主要生命支持系统是一个独立的背包，配有氧气供应、二氧化碳去除功能过滤器、电源、换气扇和通讯设备。宇航服是模块化的，因此可以由多个宇航员共享。四个基本的可互换部分包括头盔、坚硬的上躯干、手臂和下躯干组件。这些部件是可调节的，并且可以调整大小以适合所有宇航员的 95% 以上。每组手臂和腿都有不同的尺寸，可以微调以适应特定的宇航员。臂允许多达一英寸的调整。支腿最多可调节三英寸。

穿上宇航服大约需要15分钟。为宇航员穿上宇航服，首先要穿上包含液体冷却和通风系统的下衣。接下来穿上下躯干组件，并附上靴子。接下来，宇航员滑入上部躯干单元，该单元与生命支持背包一起安装在气闸室的特殊连接器上。连接废环，然后戴上手套和头盔。

制造
过程

宇航服的制造是一个复杂的过程。它可以分为两个生产阶段。首先构建各个组件。然后将零件在主要制造地点（例如位于休斯顿的 NASA 总部）组装在一起。一般过程概述如下。

头盔和遮阳板组装

• 1 头盔和面罩可以使用传统的吹塑技术制造。 一个动车组由14层保护层组成。织物材料包括各种不同的合成聚合物。最内层是尼龙经编材料。另一层由弹性可穿戴聚合物氨纶组成。还有一层聚氨酯涂层尼龙，参与加压。涤纶 - 一种聚酯 - 用于压力限制层。使用的其他合成织物包括氯丁橡胶（一种海绵橡胶）、镀铝聚酯薄膜、Gortex、Kevlar 和 Nomex。聚碳酸酯颗粒被装入注塑机。它们被熔化并被压入一个空腔，该空腔与头盔的大致尺寸和形状相同。当空腔打开时，头盔的主要部分就构成了。在开口端增加了连接装置，可以将头盔固定在坚硬的上部躯干上。在头盔包装和运输之前，通风分配垫与净化阀一起添加。遮阳板组件同样装有“头灯”和通讯设备。

生命维持系统

• 2 生命支持系统分为多个步骤。所有部件都安装在外背包外壳上。首先，将加压氧气罐装满、加盖并放入外壳中。二氧化碳脱除设备组装在一起。这通常涉及一个装满氢氧化锂的过滤罐，该氢氧化锂连接到软管上。然后背包配备了通风风扇系统、电源、收音机、警告系统和水冷设备。完全组装好后，生命支持系统可以直接连接到坚硬的上身。

控制模块

• 3 控制模块的关键部件内置在单独的单元中，然后组装。这种模块化方法允许在必要时轻松维修关键部件。胸部安装的控制模块包含所有电子控制、数字显示器和其他电子接口。初级吹扫阀也添加到该部分。

凉衣

• 4 冷却服穿在压力层内。它由尼龙、氨纶纤维和液体冷却管组合而成。尼龙经编首先被剪成长款内衣状。同时，将氨纶纤维编织成一块织物并切成相同的形状。然后将氨纶装上一系列冷却管，然后与尼龙层缝合在一起。然后连接前拉链以及用于连接到生命支持系统的连接器。

上下躯干

• 5 下半身、手臂组件和手套以类似的方式制作。将各层合成纤维编织在一起，然后切割成合适的形状。连接环连接在端部，并连接各个部分。手套的每个手指都装有微型加热器，并覆盖有绝缘衬垫。
• 6 坚硬的上身采用玻璃纤维和金属的组合锻造而成。它有四个开口，用于连接下部躯干组件、两条手臂和头盔。此外，在生命支持包和控制模块可以连接的地方添加了适配器。

总装

• 7 所有部件都运到 NASA 进行组装。这是在地面上完成的，在太空中使用前，可以对防护服进行测试。

质量控制

各个供应商在生产过程的每一步都进行质量控制测试。这确保了每个部件都按照严格的标准制造，并能在极端的太空环境中发挥作用。 NASA 还对完全组装好的宇航服进行了广泛的测试。他们检查诸如空气泄漏、减压或非功能性生命支持系统等情况。质量控制测试至关重要，因为单个故障可能会给宇航员带来可怕的后果。

未来

目前的动车组设计是多年研发的结果。虽然它们是轨道运行的强大工具，但仍有许多改进可能。有人提出，未来的宇航服可能看起来与目前的宇航服大不相同。可以改进的一个领域是开发可以在比当前动车组更高的压力下运行的防护服。这将具有减少目前在太空行走之前进行预呼吸所需的时间的优势。为了制造更高压力的防护服，必须对防护服每个部分的连接接头进行改进。另一个改进可能是在轨道上调整宇航服的尺寸。目前，在腿部和手臂区域移除或添加延伸插入物需要大量时间。另一项可能的改进是套装的电子控制。现在需要复杂的命令代码，将来只需按一个按钮即可完成。