人类迟早会再次踏上月球——如果 NASA 的阿耳忒弥斯计划按计划进行，也许在本十年中期就能实现。除此之外，2030 年代或 2040 年代前往火星的公共或私人载人任务似乎不再仅仅局限于科幻小说。但是，当宇航员在其他世界迈出这些步伐时，他们会穿什么呢？为阿耳忒弥斯计划采购巨型火箭和未来主义飞船一直是 NASA 最广为人知的障碍，但其为月球设计新型宇航服的努力也同样具有挑战性。自 2007 年以来，该航天机构已花费估计 $4.2 亿美元 用于新的宇航服设计，但实际上并未投入使用任何一套。最终，在所有这些不成功的尝试之后，上个月 NASA 宣布，它已选择外包这项工作，并选择了两家公司来为前沿领域打造下一代高级时装。
这两家公司——德克萨斯州的公理空间公司和北卡罗来纳州的柯林斯航空航天公司——将各自独立开发新的宇航服，作为 NASA 探索舱外活动服务 (xEVAS) 合同的一部分。NASA 已为这项联合工作拨款总计 35 亿美元，直至 2034 年，并计划从这两家公司购买宇航服作为一项服务，这将使这两家公司都可以自由地制造和销售更多宇航服，用于非 NASA 的商业任务。在地球轨道上演示这些宇航服之后，它们将用于首次阿耳忒弥斯着陆，目前计划于 2025 年进行。这次任务被称为阿耳忒弥斯 III，将有两名宇航员，一名男性和一名女性，他们将穿上其中一家公司的宇航服，冒险登上月球表面。未被选中执行首次着陆的公司将改为为后续的阿耳忒弥斯任务提供宇航服。
“这对我们来说是历史性的一天，”NASA 约翰逊航天中心主任 Vanessa Wyche 在 6 月 1 日宣布授标的新闻发布会上说。“当我们到达月球时，这些宇航服将创造历史。”
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陷入困境的开发
这两家公司的入选是在 2021 年 NASA 征集新的宇航服提案之后进行的，因为国际空间站 (ISS) 上使用的现有舱外机动装置 (EMU) 宇航服对于月球表面探险来说过于笨重和僵硬。超过 40 家公司注册了他们的兴趣，包括 SpaceX 和蓝色起源，但 只有公理空间公司和柯林斯公司 在 2021 年 12 月的截止日期前提交了最终提案。在 6 月晚些时候发布的 来源选择声明 中，NASA 对公理空间公司提出的宇航服 AxEMU 和柯林斯公司提出的目前未命名的宇航服都给予了高度评价。
通过设计，这种公私合作伙伴关系将允许这两家宇航服制造商也向航天机构以外的机构提供他们的服务，可能包括公理公司目前正在开发的私人空间站的访客。“公理公司将使用 AxEMU 来支持我们所有的客户，”公理公司的 xEVAS 计划经理 Mark Greeley 说。“AxEMU 能够支持客户希望的任何环境中的[太空行走]，”他说。柯林斯公司也在做同样的计划。“我们不希望这仅仅是为 NASA 定制的设计，”柯林斯公司高级技术研究员、前宇航员 Dan Burbank 说。“这应该是一套商业上合适的宇航服，也能满足私人宇航员的需求。”
人员在公司设施中为柯林斯航空航天公司宇航服的原型进行机动性测试。图片来源：柯林斯航空航天公司
达到这个阶段是一个艰苦的过程。2012 年，NASA 公布了其 Z-1 原型宇航服，该宇航服采用了 绿白相间的设计，这可能会让未来的月球行走者看起来像巴斯光年。后来它被 重新设计为 Z-2，但开发停滞不前。2019 年，NASA 展示了其旨在用于阿耳忒弥斯任务的尝试，被称为探索舱外机动装置 (xEMU)，但该机构监察长办公室的审计发现，这些宇航服 将无法为阿耳忒弥斯着陆做好准备；它指出成本和技术问题仍然存在。“人们担心这是一个永无止境且不可持续的过程，”华盛顿特区国家航空航天博物馆的太空历史学家 Cathleen Lewis 说。但这并不意味着 NASA 内部的宇航服追求会付诸东流——公理空间公司和柯林斯公司都将能够获得之前的所有工作成果。“他们可以决定他们想要使用多少 NASA 的设计，”NASA 约翰逊航天中心德克萨斯州分部的舱外活动和人类表面移动计划经理 Lara Kearney 说。
这两家公司的宇航服的确切设计仍然是保密的。选择过程规定，他们都必须证明他们的宇航服能够满足 NASA 设定的约 80 项要求。然而，“然后我们让他们自己决定他们的设计看起来像什么，”Kearney 说。这些要求与阿耳忒弥斯任务的独特目标及其与 1960 年代和 1970 年代的阿波罗任务的预期差异有关。阿耳忒弥斯宇航员在月球表面停留的时间将比他们的前辈更长，并将探索更多样化的地点，包括可能含有水冰的陨石坑的黑暗深处。这些愿望要求比阿波罗计划的宇航服提供的笨拙的摇摆和攀爬能力更强的机动性，也需要更强的适应性：新的宇航服必须满足 NASA 更加多样化的现代宇航员队伍的需求，而不是服务于一支全男性（且全白人）的月球行走者队伍。“我们必须考虑多样性，”中佛罗里达大学的太空历史学家 Amy Foster 说。“我不希望任何人因为他们的体型不适合宇航服而被排除在乘坐阿耳忒弥斯号飞行的机会之外。”
多功能且经久耐用
在要求中，宇航服需要允许每次任务至少进行六次月球表面远足。每天至少进行一次，每次持续超过八小时。宇航员必须能够在没有帮助的情况下进入和离开宇航服，并且在着陆器或栖息地外冒险的总准备时间必须不超过 90 分钟。
公理空间公司和柯林斯公司都在将其宇航服设计为后入口式。这意味着，与目前在国际空间站上使用的宇航服一样，无需在气闸舱内穿上宇航服然后离开航天器，这些新设计可以外部连接到 NASA 原型气闸舱，称为宇航服端口。“你实际上可以倒退进入舱门，将你的[宇航服]的外部部分粘合到这个结构上，然后打开舱门，”Burbank 说。这有助于减少被带回内部的潜在有害月球风化层或月球尘埃的数量。Burbank 说，使用宇航服端口“消除了风化层危害”。“宇航服的外部没有任何部分会接触到航天器的内部。”
公理空间公司舱外机动装置 (AxEMU) 宇航服的插图，该公司目前正在德克萨斯州休斯顿开发该宇航服。图片来源：公理空间公司
部分反映了 NASA 阿耳忒弥斯计划的目标，即派遣第一批有色人种和第一批女性登上月球，新的宇航服在某种意义上还必须是“均码”——能够被各种体格的宇航员在多次任务中互换使用。每套宇航服必须允许 90% 的男性和女性人口穿着，其中包括身高 4 英尺 10 英寸（1.5 米）或 6 英尺 4 英寸（1.9 米），体重 94 至 243 磅（42 至 110 公斤）的任何人。“NASA 试图进行一次全女性太空行走 [在 2019 年]，但他们不得不不断推迟它，因为他们没有合适尺寸的宇航服，”罗德岛设计学院的宇航服设计师 Michael Lye 说。“公理空间公司和柯林斯公司的新宇航服将适合更广泛的人群。”这两家公司计划如何满足这一要求目前尚未公开。
阿耳忒弥斯任务的另一个关键目标是收集大量样本，供后续研究。宇航服必须配备附件来实现这一目标，包括锤子、耙子、凿子和手持式手电筒。它们还旨在具有极高的机动性，并结合可移动的躯干和关节，使宇航员能够在低重力、崎岖的月球景观中更自然地移动。“在阿波罗时代，无法让你的臀部与你的肩膀反向移动，”Burbank 说。“你实际上无法让你的臀部与你的肩膀不对齐。你可以使用这套宇航服做到这一点。”这些宇航服的质量也比阿波罗时代的宇航服低，使其更容易长时间使用。“我用新宇航服做了俯卧撑，”Burbank 说。“这在我们现在拥有的现有宇航服中是无法想象的。”
未知水域
NASA 对宇航服提出了许多其他高标准，其中一些是前所未有的。它们不得使宇航员承受超过 115 分贝的声音，这与吹叶机产生的噪音相当。它们必须足够坚固，以将微陨石刺穿外壳的几率降低到只有 1/2500。受到每组阿波罗登月宇航员仪式性地展开美国星条旗（以及将旗杆锤入出乎意料地坚硬的月球地形的难度）的启发，宇航服必须包含工具，以帮助阿耳忒弥斯计划的机组人员携带和插上旗帜。令人作呕的是，宇航服必须能够在月球行走者在头盔内反刍的情况下，以某种方式清除多达半升呕吐物从月球行走者的眼睛、鼻子和嘴巴中排出。
一位宇航员身穿柯林斯航空航天公司宇航服在月球表面的插图。图片来源：柯林斯航空航天公司
宇航服还必须在留在月球表面后保持功能——最初根据 NASA 的要求为 210 天，但最终长达三年。这可能允许未来任务中的宇航员重新访问以前的着陆点并重复使用留下的宇航服，而不是必须携带自己的宇航服。“根据着陆点，我们可能能够去收集并重复使用它们，”Kearney 说。公理空间公司和柯林斯公司也在研究在宇航服内部加入其他技术，例如头盔内的数字抬头显示器。“我们的愿景是向机组人员显示有关宇航服健康状况、他们自身和[机组人员]健康状况、通往他们月球车的路径以及所有这些类型的信息，”Burbank 说。“你还可以具备穿插红外图像的能力。”
也许最重要的是，宇航服必须为月球探索的大胆新时代而设计。阿波罗任务保守地专注于月球近侧阳光充足的赤道区域，但阿耳忒弥斯任务将冒险进入月球南极更令人生畏的地点。在这里，宇航员可能会探索月球的一些永久阴影区 (PSR)——陨石坑的角度使得 阳光永远无法到达其深处。在内部，温度会骤降至零下 400 华氏度（零下 240 摄氏度），是月球其他地方在为期两周的月夜期间发现的最低表面温度的两倍。来自月球轨道的观测表明，PSR 可能富含水冰，要么冻结在表面，要么混合在月球土壤中，可以获取并用作饮用水或火箭燃料。NASA 要求新型宇航服能够在这些寒冷的地方运行至少两个小时，这将使宇航员有机会在那里勘探。
“在南极相对较浅的深度埋藏着数亿吨水冰，”Burbank 说。“水对于人类在月球上的存在至关重要。因此，你将需要宇航服来实际进行资源开采。”
宇航员可能穿上这些服装的地方不仅仅是月球。根据 NASA 的指示，这两套服装的设计都考虑了未来进行火星任务的最终修改。“AxEMU 在很大程度上是为支持火星[舱外活动]而设计的，”Greeley 说，他指出，虽然“仍有一些开发工作要做”，但该公司正在研究如何应对那颗行星稀薄的大气层及其更强大的引力场。然而，首先要做的将是疯狂但有条不紊地冲刺，为首次期待已久的阿耳忒弥斯登月准备宇航服的月球变体。当然，必备火箭的开发延误可能会使 2025 年的名义截止日期推迟——这可能是最好的，因为在如此短的时间框架内准备如此雄心勃勃的宇航服似乎极具挑战性，至少可以这么说。“有很多工作要做，”Lewis 说。但是，无论人类何时再次踏上月球，这项工作都应确保他们拥有闪亮的新服装来完成这项工作，包括呕吐物清除系统和所有其他功能。