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美国重返月球计划将延误竟是因舱外航天服?

时间:2021-09-23 16:50:58 来源: 中国航天报微信公众号 发布者:DN032

近日,美国宇航局发布一篇报告称,该局正在为“阿尔忒弥斯”计划研制的下一代航天服起码要到2025年4月才能用于飞行,甚至还会出现进一步延误。一时间,舆论哗然,影响美国重返月球的竟然是舱外航天服?那么,舱外航天服的研发为什么那么贵且慢呢?

不仅是衣服,其实是飞船

舱外航天服并不是一件简单的衣服,它实际上可以看作是一艘小的宇宙飞船,只不过,这艘飞船只能够乘坐一个人而已。

我们来看一下航天服所具有的功能。首先,它要能在太空保证航天员的呼吸和体表压力,保证航天服内的环境温度。为了避免航天服在太空中膨胀过度,航天服内部的气压不能太高,大概只有0.4个大气压,所以在其内部供应的是纯氧。为了防止航天员呼出的二氧化碳在内部聚集,引发中毒,航天服内还要设置二氧化碳敏感器和去除设备。

航天服一面被阳光直晒,升温严重;另一面朝向黑暗宇宙,温度极低。为了确保航天员的舒适,内部要设置流体温度控制系统,基本原理和冰箱冷藏室有点像。同时,航天服还要为航天员提供抵挡宇宙射线的防护层。上述需求,都必须在一件衣服内部完成,已经足够复杂了。

舱外航天服还有一个非常麻烦的地方,那就是关节,特别是人的上肢关节怎么处理?包括肩关节、肘关节和腕关节,既要保证人体上肢运动的自由度,又要保证气密性良好,不能把航天服里面的氧气漏掉。

为了解决这个问题,国内外的航天服都采用了所谓的动态密封法,就是在关节的一端采用滑环,另一端采用橡皮圈,紧紧地压在滑环上,这样既能转动又能密封。这种结构不是设计制造出来就可以了,要经过复杂而漫长的试验测试。

美国宇航局只剩4套,求企业帮忙

当时,美国的舱外航天服是为航天飞机设计的,叫做“舱外机动单元”,简称EMU。它的“机动”名副其实,除了航天服本身,还要配置喷气背包,为航天员在舱外活动期间提供一定的机动能力。当然所有这些功能的实现都离不开电力供应。舱外航天服上装有蓄电池,能够支持航天员在舱外活动六七个小时,甚至更长时间。

这样的一件衣服价钱当然会很高。美国EMU是重复使用的,每出舱25次就带回地面维修一次。俄罗斯的海鹰航天服却是出舱12次就报废。届时,它会被装进货运飞船,在大气层中烧毁。所以,海鹰航天服的价格要低很多。

正是因为舱外航天服很贵,所以美国宇航局采用了修修补补的办法,能凑合就凑合。但经过几十年的消耗,美国宇航局目前只有4套舱外航天服可以用。

美国宇航局为航天飞机项目一共研制了18套舱外航天服,1号仅用于试验,2号在地面试验期间损毁。1986年在“挑战者号”事故中损失了两套,2003年的“哥伦比亚号”事故中中又损失了两件。SpaceX公司第17次货运飞船任务失败,又损失了一套。剩下的11套中,有7套正在接受翻新和维护,因而国际空间站上能用的舱外航天服就只剩4套了。

那么,美国会不会为空间站制造新的宇航服呢?目前来看可能性不是太大。美国政府有意把国际空间站变成一个商业化的民营设施,要不要制造新的航天服,都是交给企业去考虑的。

实际上,已经有一些企业开始进入这个领域。有一家叫作最终前沿的美国企业已经和美国宇航局合作了10年,负责提供手套、肘部、肩部组件、零件和配件。大概在两年前,最终前沿公司决心进军整体航天服领域,据说有希望把造价降低到200万美元以下。

5亿美元买1套?降价有妙招

还有另外一种舱外航天服,那就是在外星表面着陆之后,穿着出舱进行科学考察活动用的。到目前为止,这样的航天服只有一种,就是美国阿波罗计划期间研制的“外星表面机动单元”。“外星表面机动单元”有两个版本,第一版本在阿波罗7~14任务期间使用,第二版本在阿波罗15~17任务期间使用。

目前,美国宇航局在航天服这个问题上的工作重点是重返月球,乃至于登陆火星。美国宇航局上一任局长布里登斯汀就曾经在公开场合向人们展示了这种新的航天服,叫做xEMU。它看起来和今天的航天服有相当程度的不同,采用了更丰富的颜色,而不是之前的单纯白色。它运动起来更加方便,在现场演示中,即使是在地球的引力环境下,穿着航天服的女科研人员照样能够灵活行走和运动。

当然,xEMU同样不便宜。到目前为止,美国宇航局已投资了大约2.5亿美元。但是有些评论认为,这点钱远远不够。xEMU最后的造价可能达到5亿美元一套,世界上任何大牌服装都不可能这么贵。如果研制成功,xEMU将跟随阿尔忒弥斯计划,保护着美国航天员登上月球,并且有朝一日登上火星。

其实归根到底,舱外航天服价格太贵的原因是建造的数量太少,而研制实验的费用太高。

如果在未来的某个时候,为了建设空间太阳能电站,为了开采小行星上的矿业资源,或者为了建造大型超大型空间站,甚至于为了让游客体验太空里的失重漂浮,需要有大量的人员身穿舱外航天部进入太空,那么它价格很可能就会降低下来。尽管它不可能降到普通工作服的水平,但是把价钱降低一个数量级还是可期的。

(原标题:顶级高奢服装揭秘:5亿美元舱外航天服很不简单)

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