阿尔忒弥斯登月时代的新款宇航服:更安全、更灵活、更合身


   2019-10-20 丨 资讯 丨 nasachina  丨  No Comment 丨  594

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没有观看直播的,可以在这里回看发布会的完整视频。
来源:NASA video

北京时间10月16日凌晨2时,NASA局长吉姆·布莱恩斯汀(Jim Bridenstine)在华盛顿总部公布了下一代阿尔特弥斯宇航服,这两套宇航服将用于载人登月和登陆火星。

在阿尔忒弥斯(Artemis)任务中,宇航员将穿上美国航空航天局(NASA)的新型宇航服,从外形上看,这套新的宇航服和如今用于国际空间站(International Space Station today)太空行走中的宇航服非常相似,但实际上,得益于在阿波罗(Apollo)计划开始之前就已取得的技术进步,21世纪的月球漫步者将有能力完成比之前的登月宇航员更为复杂的任务。

阿尔忒弥斯登月时代的新款宇航服:更安全、更灵活、更合身

图片版权:NASA

宇航服不仅是人类太空探索的一个经典标志,还是一种个性化的微缩型航天器,模仿了对宇航员所有的保护措施,包括保护他们免受恶劣太空环境的侵害,同时也模仿了地球及大气层提供的所有基本资源。

在阿尔忒弥斯任务中,宇航员将穿着的新型宇航服被称为“探索舱外活动单元”(Exploration Extravehicular Mobility Unit),简称xEMU。这款宇航服的研发历史也是一个漫长的工程演变史,可以一直追溯到水星太空服,而水星太空服本身其实是升级版的海军高空飞行服。在阿尔忒弥斯任务中,下一个月球漫步者将穿着的宇航服在21世纪进行了多方面的升级优化,下面就为您介绍一下大致的升级项目:

安全第一

安全始终是人类太空探索任务的第一要素,而得益于阿波罗任务中踏上月球的探索者,以及最近的机器任务,我们对月球环境的了解比以往任何时候都更加全面和深刻。在阿波罗11号(Apollo 11)任务之前,科学家对月球土壤最大的担心就是它究竟能否支撑着陆器或宇航员的重量。而现在我们了解到,关于月球土壤更大的危险其实是它的组成:微小的玻璃状碎片。因此,这套新款宇航服加上了一系列防尘部件,可防止宇航服的生命支撑系统吸入或沾染上这些致命的碎片。除此之外,新型宇航服还能承受住背阴处-250华氏度(约合零下157摄氏度)以及阳光下250华氏度(约合121摄氏度)的极端温度。

宇航员在太空行走中,已经习惯于背着便携式生命支撑系统(Portable Life Support System,PLSS)这个背包,它可以储蓄宇航服的电量和供宇航员呼吸的空气,同时去除宇航服中的二氧化碳和其他有毒气体、气味和水汽。便携式生命支撑系统还有助于调节宇航服内部的温度,并监控整体性能,一旦出现资源不足或者系统故障的情况,它的警告系统就会被触发。将电子设备和管道系统小型化,让大部分系统的重复构建成为可能,从而使某些故障不再成为潜在的隐患。同时,这种重复构建还可以提高太空行走的安全性,可能延长太空行走的持续时间。

更好的灵活性和通讯系统

阿尔忒弥斯登月时代的新款宇航服:更安全、更灵活、更合身

在月球上捡东西时,宇航员哈里森•哈甘•“杰克”•施密特博士(Dr. Harrison Hagan "Jack" Schmitt)走得跌跌撞撞。xEMU的新设计为即将在月球进行探索的阿尔忒弥斯宇航员提供了更大的灵活性。
动图版权:NASA

阿尔忒弥斯登月时代的新款宇航服:更安全、更灵活、更合身

宇航服工程师Kristine Davis捡石头
动图截取自NASA video

随着新款宇航服灵活性的增强,阿尔忒弥斯宇航员在执行任务时,将比以往任何时候都能更加灵便敏捷。动图中的阿波罗宇航员走起路来跌跌撞撞像跳兔子,看起来很有趣,但是以这种方式移动所需耗费的体力,比NASA所希望的要多得多,毕竟这些英勇的探险者是在离家25万英里(约合40万千米)之外的地方为人类的探索迈出重要的步子。压力服是宇航服的人体形状部分,它让宇航员能进行活动并保护其身体免受外界环境的影响,包括来自极端温度、辐射、微流星体(micrometeoroid)和较低气压的侵害。压力服的主要组成部分包括上半躯干、头盔、下半躯干和冷却服。

新款的下半躯干包含了先进的材料和关节轴承,让臀部可以弯曲和旋转,增加了膝盖处的弯曲程度,同时还包括鞋底具有弹性的远足式靴子。在上半躯干上,除了升级版的肩部安置之外,其他的肩部增强功能还能让宇航员更自由地移动手臂,轻松地将物体举过头顶。在阿波罗任务中,宇航服的肩部活动是通过织物中的褶皱实现的,织物中附有缆绳滑轮,带来的机械优势虽然可以让肩部上下移动,但限制了关节旋转的能力。新款宇航服的肩部设计最大程度地减少了完全移动所耗费的体力,还包含了一套轴承让宇航员从肩膀到手腕都能进行旋转。

在宇航服的头盔内部,NASA对通讯系统进行了重新设计。现在使用的宇航服中,头盔内部的头戴式耳机有时也会被称作“史努比帽”(snoopy caps),常常会变得汗涔涔的让宇航员感到不舒服,同时,配备的麦克风也并不总是能跟上宇航员的动作。在上半躯干内部,新的音频系统包括多个嵌入式语音激活麦克风,当宇航员与其他太空漫步者、“门户”(Gateway)的机组人员或休斯顿的任务控制区对话时,它们会自动拾取宇航员的声音。因此,我们的登月探险者再也不会佩戴捂汗耳机啦!

在太空行走期间,宇航员所穿的宇航服里还是会有类似纸尿裤的部分,这是科技与商品完美结合,以达到最大程度的吸收功能。尽管太空漫步者们通常倾向于不去使用它,但是太空行走的时间可能维持数小时之久,如果他们需要,就可以利用这一设计放松自己。

组件模块化、可升级,适用于多个探索目的地

新款宇航服设计了可互换的零件,这些零件能适配微重力环境下或行星表面的太空行走。相同的核心系统同样也能用于国际空间站、月球轨道上的“门户”、月球或火星。针对火星环境的差异,新款宇航服还能进行进一步升级,包括在富含二氧化碳的大气层中提供生命支撑功能的其他技术,以及能让宇航员在火星冬季保持温暖、夏季保持凉爽的改良版外衣。

在这款升级版的宇航服中,还设计了一个新功能,那就是后入式开口:宇航员将能够从宇航服的后部爬入宇航服,这使得硬质上半躯干的肩部元素比目前使用的宇航服更为紧凑。改进的肩部设计提高了灵活性,并实现了更好的人体契合,同时还降低了宇航员肩部受伤的风险。

下半躯干(包括裤子和靴子)将在现用宇航服的基础上进行升级,以适应重力减弱时的活动性,因为漂浮在太空中时,相比在行星表面行走或是驾驶探测车,宇航员并不用过多使用他们的腿或脚。

在阿尔忒弥斯任务中使用的宇航服,头盔内还将配有快速交换的防护面罩,这种透明的防护面罩是一种牺牲性防护面罩,可保护加压的透明头盔免受行星体上磨蚀性尘土造成的任何磨损、凹陷或刮伤。快速交换功能意味着宇航员可以在太空行走之前或之后更换防护面罩,而不必将整个头盔送回地球进行维修。

符合人体测量学和生物力学

阿尔忒弥斯登月时代的新款宇航服:更安全、更灵活、更合身

这幅艺术描绘图展示了xEMU上半躯干在宇航员身上的数字拟合检查
图片版权:NASA

在NASA约翰逊航天中心(Johnson Space Center)的人体测量学和生物力学中心(Anthropometry and Biomechanics Facility)里,宇航员需要测试太空行走过程中可能会有的基本运动和姿势,进行全身三维扫描。借助完整的三维动画模型,NASA可以将宇航员与模块化的宇航服组件相匹配,从而提供最大的舒适度和最大的运动范围,同时还能减少宇航服与身体接触时对皮肤的潜在刺激。

通往月球南极的宇航服之路

太空旅行可不是温馨惬意的,无论宇航服的发展有多大的飞跃,宇航员在佩戴自己的“私人航天器”时,仍然必须进行复杂的科学和操作启动训练。在地球上练习的确会有所帮助,但是太空中的重力、压力和环境暴露差异很难在地面上真实再现。

在2024年第一位女性和第二位男性踏上月球南极之前,NASA将在国际空间站上的航天环境中测试这套新型宇航服及其几个部件,以确它的认整体性能。

作为阿尔忒弥斯 III(Artemis III)任务的一部分,NASA准备好了为2024年人类的首次月表之旅建造和认证这套初始宇航服。在阿尔忒弥斯 III之后,NASA计划将一系列飞行和训练款宇航服以及相关硬件的生产、组装、测试、支持和维护责任转交给美国工业界。

参考来源:
https://www.nasa.gov/feature/a-next-generation-spacesuit-for-the-artemis-generation-of-astronauts/

延伸阅读
[1]NASA公布下一代宇航服

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