更轻、更薄、更方便,详解蓝瞎眼的波音新式航天服!

航天爱好者2022-08-21 08:07:31

主页菌说

值此新春之际,首先祝各位爱好者们春节快乐!另外插播两条消息,令人望眼欲穿的LC-39A发射台已经进入最终测试阶段,起竖机构于近日进行了多次测试,距离发射越来越近了。但由于档期问题,CRS-10空间站货运任务将顶替EchoStar-23任务成为39A首射,时间为2月中旬。,SpaceX公司载人龙飞船的首次载人发射飞行可能直接从2018年中直接推迟至2019年执行。

右侧的倒T型机构就是39A正在测试中的TLE,是Transporter/Erector/Launcher(转运、起竖、发射)三个单词的缩写,这款TLE同时适用于猎鹰9和重型猎鹰火箭

美国波音公司近日首次高调曝光了旗下星际线(Starliner,又叫CST-100飞船)载人飞船的配套舱内航天服(请注意是舱内),在美国已有航天飞机时代舱内航天服的基础上做出了众多改进。新一代的载人飞船自然要有新一代的航天服,波音虽然在飞船上研发进度落后,但舱内航天服却是提前曝光。虽然大家对这套“蓝精灵”太空服的外观褒贬不一,但是随着载人航天从“大国游戏”向“企业特产”的逐步转变,航天服的设计越来越多的融入了企业的风格和设计思想。

其实吧,好不好看这种事儿,萝卜青菜各有所爱,图为航天服的紧急充气状态,在飞船舱内失去正常压力的情况下维持船员的正常生存

首先请澄清一点,航天服(SpaceSuit,也有叫宇航服的),主要分为两种,一种是舱内航天服,一种是舱外航天服,两者区别很大,不能混为一谈。舱内航天服是在载人飞船和航天飞机内穿着使用的。而舱外航天服是独立在太空环境中工作时穿着,也就是舱外活动(Extra-Vehicular Activity,简称EVA)时使用,可以视为一个微缩版的载人飞船。舱外航天服它的防护功能必须非常周全,需要避免有害的宇宙射线和微空间碎片伤害宇航员,因此难度和复杂度相对更高。当然也有部分舱内舱外两用航天服,比如正在研制中的猎户座飞船配套航天服(美国早期的双子星计划时期航天服也是内外通用)。

2008年翟志刚出舱时穿着的正是典型的舱外航天服,其具体来龙去脉推荐参看我们往期的另一篇长文,内有详细解析,链接在文末

后航天飞机时代所使用的ACES(Advanced Crew Escape Suit)舱内航天服,自1994年的STS-65任务开始使用,直至航天飞机退役,未来将被SpaceX和波音的各自航天服所替代

废话不说,先上视频,请注意宇宙神5火箭+星际线飞船+新式航天服的组合,从这个角度来讲,波音公司确实具备了基本完备的载人航天能力;当然SpaceX也是猎鹰9火箭+载人龙飞船+自研航天服的这个套路

值得注意的是宇宙神5火箭和星际线飞船连接段最新添加的“气动裙边”,添加个裙边是因为波音在船-箭一体的风洞试验中发现了气动问题,而气动问题是由于“星际线”飞船到“半人马座”上面级之间箭体过渡过于陡峭所导致,而NASA对于波音的认真态度予以了肯定


航天服的介绍视频,其中提到的技术要点我们下面基本都会涉及到


1

更轻,才更舒服

在航天飞机时代,舱内航天服加上颈环等配件后的重量约30磅,约合13.6公斤,相当于27斤,想象一下穿着一件浑身布满管路、柔性关节、传感器的衣服,还顶着一个巨大头盔,确实很麻烦。除非经过专业训练,一个人是很难穿进去的,大多都需要其他人协助穿脱。而且为了密封,部分整体套身式设计的航天服必须从腰部以上钻进去,再把上部分套在身上,这种航天服的单人穿脱性能就更差了而波音新款航天服重量约12磅,约合5.4公斤(不到11斤),减重高达60%

在备受关注的外观问题上,上波音表示,跟传统航天服对比一下,大家就可以知道这款航天服有多酷呵呵),这是因为这款航天服采用了波音公司标志的深蓝色。

没错,就是标志性的“波音蓝

其实这并没有什么稀奇的,舱内航天服在配色上本身就相对灵活,没有严格的硬性要求,可以根据需求随意选择。美国在航天飞机时代选用橙色做为舱内航天服的配色也是有原因的,首先这种颜色比较醒目,而且落入海中后还能防止鲨鱼。但是说到舱外航天服,颜色上就没那么多自由了,基本都是白色,颜色上基本没有选择的余地,更谈不上炫酷。这是因为在舱外活动中,宇航员向阳面温度上升快,温度高,200℃左右,要减少热量吸收,背阴面温度低零下一百多度,需要减少热量丧失,在这种情况下,白色能反射绝大部分太阳热辐射和宇宙辐射,而自身又能最大幅度减少热辐射。


2

太空中也要“玩手机”,能够触控操作的航天服手套


在飞船上的状态,左侧的平板电脑清晰可见,随着技术的进步,阿波罗时代厚重的纸质手册已经被平板电脑替代

众所周知的,美国的新一代载人飞船都配备了大尺寸屏幕(载人龙、星际线和猎户座都有),隔着手套无法对电容触控屏进行操作。所以这款航天服还为手套部分设置了触控交互点,以便于和屏幕、平板电脑等触屏设备交互。

星际线飞船的控制面板,跟载人龙相比要保守一些,保留了大量的物理按键,但大屏幕依然十分显眼;而SpaceX的载人龙相对激进,物理按键所剩无几

触控手套虽然确实是创新,但不算黑科技,淘宝上30块包邮的手套都有这个功能


3

带拉锁的航天服,灵活好穿脱

此外,这款航天服还采用了其它特殊设计,由于波音从新款航天服设计伊始,就邀请经验丰富的试飞宇航员参与反馈。而商业载人航天计划(CCP)中的4位试验宇航员全都是历经过航天飞机时代的“老司机”。因此波音根据反馈,设计的新款头盔更加小巧,不再通过硬质金属密封颈环连接,而是通过拉链开合。而且航天服的背部密封也是通过拉链完成的,这样航天服的自行穿脱性能得到了提高,灵活性也相对提高。而且供气软管也被转移到了躯干部分,对胸前操作的干扰更小。

四位“小白鼠”之一的Sunita Williams表示他对两家新款航天服的期待,毕竟这是他们的“保命服”,她曾在太空生活300多天,舱外活动长达50多小时,乘坐过航天飞机和联盟系列载人飞船,经验相当丰富

图中间就是航天服的背部穿脱拉链

头盔近景,我们可以清晰地看到拉链密封结构,当然这种结构是如何达到舱内失压情况下的密封性能的,还有待进一步揭秘


4

灵活定制更舒适,高矮胖瘦皆可穿着

波音的新款航天服更加注重可定制性,由于更多的采用了柔性可裁剪的材质,可以根据航天员高矮胖瘦“量体裁衣”,更加贴身舒适。而所采用的靴子也是透气和防滑的。前文提到的躯干区域拉链将使航天员更容易的从坐姿过渡到站姿。

航天员模拟通过登船壁登上星际线飞船

正在吊装的就是星际线飞船的登船臂,而SpaceX的登船臂已经到达LC-39A,尚未安装

除了在发射和返回地球期间保护宇航员外,航天服还通过头盔内的通信耳机帮助航天员与地面联系。此外这套航天服兜帽般的软性头盔配备了聚碳酸酯遮阳板(一种塑料,诺基亚曾经常使用其做为手机外壳),能够给予航天员更好的视野。

航天服所使用的通讯耳机特写


头盔的细节视频,可以和以往硬质头盔对比一下


5

美俄航天服的设计——血的教训

舱外航天服为了保证舱外活动的可行性,也要保证一定灵活性,在一些很重要的环节,比如人关节的移动,舱外航天服做了很多优化,所以你基本上可以在失重环境下拖着这么一个笨重的躯壳做相对自由的活动。像比较重要的手指部分,也经过了设计,基本上当你通过厚厚的手套握东西和触摸时,手指的感觉依然很灵敏,但不能和直接接触相比。

不过即便是舱内航天服,也配备了复杂的内部系统,比如湿度调节、氧气供应、温度调节、压力维持等。而这些不能单独只靠一个航天服完成。航天服必须通过管道和电缆连接飞船的生命保障系统或是便携生保手提箱才能顺利工作,这一套系统共同形成了一个微型的空调环境。

归根结底,前苏联/俄罗斯和美国航天服的研制工作都是独立开展的,, 国际交流与合作的增加,俄罗斯与美国航天服的技术差异逐渐模糊。两个国家都经历了舱内航天服、舱内航天服与舱外航天服结合型航天服,到舱内航天服与舱外航天服分开的发展路线。早期因为受到航天器运载能力所限,舱内航天服与舱外航天服的组合实为不得已而为之。运载能力的增加,为舱内航天服和舱外航天服单独配置创造了必要条件。但是到了猎户座时期,由于小行星重定向任务中飞船空间有限,内外航天服通用又成了一个意向选项,但随着该项目的前景暗淡,未来也不好说。但归根结底,两家航天服的设计可谓求同存异,区别很多,但共同点也不少,这些都是从以往那些以生命为代价的惨痛事故中参悟出来的教训。

1967年,阿波罗登月计划进入了关键时期,一次实际编号为阿波罗-土星204 (AS-204)的任务正准备进行,但更为人所熟知的是阿波罗1号这个编号。然而在当年1月27日的一次例行测试中,阿波罗1号由于电线的某处产生的火花,加之舱内的纯氧环境,突发火灾且迅速蔓延。加之舱内设备和航天服的防火和生保设计并不完善,还有逃生困难等因素,三名航天员仅仅在发出火灾报警后17秒就相继因窒息和吸入浓烟、毒气而死亡。因为这次烈事故,使得NASA对舱内航天服的防火设计提出了全新的要求,一直延续至今。不仅如此,挑战者号爆炸事故后,由于舱内航天服的保护,部分宇航员仍然维持意识清醒,直至航天飞机残骸坠落海面之前,都还留有生命体征。

说来也巧,波音的发布日当天正好是阿波罗1号火灾事故50周年纪念日,从左至右分别为Gus Grissom、Roger Chaffee、Edward White,向三位勇敢的航天先驱致敬,这起惨烈的事故为后来的载人飞船和航天服防火设计提供了最深刻的反面教材

阿波罗1任务火灾之后的飞船指令舱内部,摄于事故后第二天

而前苏联也付出过同样的惨烈代价,在至今仍在服役的联盟系列飞船历史中也有过类似阿波罗1号的不堪往事。在联盟11号任务中,当时苏联当局认为联盟飞船加压舱是安全可靠的,宇航员在发射和返回过程中无需穿着臃肿的舱内航天服,而就在联盟11号任务顺利完成后,飞船按程序启动制动发动机,返回舱和轨道舱分离。但在连接两舱的分离插头分离后,返回舱的压力阀门被震开,密封性能被破坏,返回舱内的空气从该处泄漏,舱内迅速减压,致使三名航天员因急性缺氧、体液沸腾而死亡。自此,俄罗斯人对于舱内航天服的轻视付出了血的代价,之后的联盟飞船任务中,舱内航天服便成为了一个重要且不能省略的环节

联盟11号乘组在训练期间的照片,同样向这几位牺牲的宇航员致敬

作为竞争对手,SpaceX的航天服也在设计过程中,有计划于今年在测试飞船的环控和生保系统(Environmental Control and Life Support System,简称ECLSS)支持下开展一系列测试,并在适当时机曝光其外形设计。

马斯克在之前接受美国时尚杂志采访时曾经穿着过一套航天服,猜测可能就是其航天服的原型

除此之外,如果你有兴趣了解航天服具体构造,可以参阅我们的往期文章:世界上最贵的衣服—漫谈航天服同时我们也提供了一部纪录片《登月机具—航天服》,片中详细记述了阿波罗时期航天服设计的来龙去脉和设计思想,包含众多难得一见的早期设计视频,其中很多经典的设计一直沿用至今。可惜的是由于众所周知的原因,该片无法上传腾讯视频,只能通过文末查看原文功能跳转查看,希望大家喜欢。



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