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紧身宇航服在最近的《星际迷航》电影中可能看起来不错,但它们不符合美国宇航局的未来计划——至少目前是这样。美国宇航局的目标是为宇航员在未来十年左右重返月球而设计一套新的宇航服——一种更传统的设计,将寻求在保护性和灵活性之间取得平衡。
这次修订是在阿波罗宇航员首次在月球表面跳跃和行走 40 年后进行的。现在,美国宇航局希望宇航服更加灵活,并且能够承受更长时间的月球任务。
美国宇航局星座计划的舱外活动 (EVA) 系统项目副经理劳尔·布兰科说:“我们希望宇航服中的人拥有像地球上的地质学家一样的灵活性。”他的团队正在“吸取”前阿波罗宇航服设计师的经验,并研究航天飞机宇航员目前穿着的宇航服,以为 2010 年的初步设计审查做准备。
所有宇航服的设计都必须保护人类免受减压的严酷影响,这种影响会在突然暴露于真空中时发生。在这种情况下,滞留的空气会膨胀并撕裂肺部气囊中脆弱的组织。水或其他液体会汽化成气体,导致身体肿胀,干扰血液循环,并在它们离开身体时使口腔和呼吸道冷却到危险的低温。
美国宇航局继续依赖所谓的全压宇航服,它将宇航员包裹在充氧环境中。这种宇航服允许宇航员正常呼吸,并将他们包裹在一层加压、温度可控的空气中,以保护身体免受暴露在真空和太空环境的极端温度下的不适影响。
全压宇航服的一个缺点是,它们会对每一次运动产生阻力,这在长时间的太空行走或其他活动中会让人感到身体疲惫。唯一登上月球的地质学家哈里森·施密特回忆说,他在阿波罗宇航服中半小时后前臂就感到疲惫。
这迫使美国宇航局的工程师们寻求平衡。目前的宇航服的压力为每平方英寸 4.3 磅 (psi)——远低于地球上的正常大气压(海平面为 14.7 psi),但仍然提供了一个加压环境,也允许宇航员四处走动。
“如果你的宇航服压力为 14.7 psi,它会变得非常僵硬,以至于你无法移动,”轨道装备公司的首席设计师克里斯·吉尔曼说,该公司受雇于星座宇航服的肩部组件。
一些设计师还研究了另一种类型的宇航服,它可以给宇航员更大的行动自由。反压或“挤压”宇航服将为头盔提供加压氧气,但在其他方面将依靠在身体的某些部位挤压的紧绷带,以抵消外部压力的不足。
但吉尔曼和其他专家表示,紧身宇航服不太可能很快取代美国宇航局的全压宇航服。在微重力环境下穿上紧身宇航服会比在地球上试图挤进湿式宇航服更困难和耗时。修身剪裁的宇航服的价格也会更高,因为每套宇航服都必须仔细定制,以适合每位太空旅行者的身体。
即使是贴合性最好的反压宇航服也尚未克服当人体每个部位都想在真空中向外膨胀时产生的不适感——包括皮肤中毛发生长的微小毛囊坑。
布兰科指出:“在压力较小的地方,你会很快出现水肿和肿胀,这会让人非常不舒服。”他曾在美国宇航局的真空室中亲自测试过反压手套。问题也出现在另一方面:压力带会导致皮肤擦伤。
麻省理工学院的航空航天工程师达瓦·纽曼说,反压宇航服实际上是一种运动服。因此,它最适合在月球上行走——或者,也许有一天在火星上行走。她解释说,全压宇航服适合太空行走,因为腿部运动不是那么必要。
星座计划重新设计的全压宇航服计划有两种款式:宇航员将在发射和着陆以及太空行走期间使用更轻便的配置。对于机组舱内外的活动,系绳系统会将宇航员连接到航天器上的生命支持系统。
第二套更笨重的月球漫步服装将具有额外的考虑因素,例如可以保护宇航服免受磨蚀性月球尘埃影响的静电系统。星座团队还希望在这种第二种款式的宇航服中实现更小的生命支持系统。例如,现有宇航服上吸收二氧化碳的大型罐子可能会让位于一个快速循环系统,该系统最终会将废气排出宇航服。
布兰科说:“我们从未有过一套我们施加了如此多要求的宇航服。” 但他和其它宇航服设计师可能会欢迎现在解决工程挑战的负担,如果它能让未来的宇航员走得更轻松。