太空中最温暖的监控器

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  2003年,“神五”带着全中国人民的航天梦想飞上了太空,这是我国第一次发射载人航天飞船,宇航员的每一个变化都牵动着亿万人的心,电视新闻里对宇航员的每一个动向都进行了报道,我们甚至可以知道宇航员的每一次心率变化。然而,你知道宇航员们的生理状况是怎么测量的,作为远程监控仪器的数据采集传感器又是安装在什么位置的吗?
  
  隐秘的传感器
  
  我们很多人都检查过身体,测量心电等要用什么仪器也都知道,光做心电图的仪器的传感器部分就有好几个,何况宇航员的心电、呼吸和体温都在测量的范围内。很明显,在太空中,宇航员是没有办法时时都让自己处于那样的测量环境的。
  宇航员被航空飞船带上太空可不是就为了到地球以外的地方游览一圈,在太空舱里,他们要进行很多实验,并把实验得到的数据带回地球,以供科学家们进行科学对比分析。在这样的工作强度下,还要时时监控自己的生理状况,宇航员们再多长几只手大概也不够用。
  所以,监控宇航员生理状况的传感器部分肯定是随身携带着的。那么是不是缝制在那件标志性的宇航服里面?
  “要监控宇航员的生理状况,必须保证传感器的稳定,即使是一个小小的移动都有可能造成数据的不正确。” 北京铜牛集团有限公司总工程师漆小瑾直接否定了这种假设。
  正确的答案是:内衣。我们都很熟悉宇航员的装扮,却从来没有注意过他们的内衣,事实上,所有针对宇航员生理状况的监测仪器的传感器都安装在他们穿着的内衣里。
  在数据准确的要求下,只有贴身穿着并不会随宇航员的移动而改变位置才能满足数据采集的条件,这就对宇航员穿着的能佩带数据采集传感器的内衣提出了很高的工艺要求。作为内衣行业里的翘楚,北京铜牛集团从载人航天计划实施起始,就开始了专供宇航员使用的内衣的研制,到现在已经是第三代了,这期间经历的种种,现在听来依然很新奇。
  
  专家的眼力
  
  在载人航天的研究上,我国并不是先行者,上世纪60年代,美国的宇航员就已经登上了月球,前苏联在航天技术上更是众所周知的强者。学习和借鉴前人的经验是研究过程中必须的。那么,在研制宇航员内衣之前是不是也有这样的借鉴机会呢?漆小瑾肯定了这种猜测,在接到任务的同时,他们就有了参考对象——俄国宇航员穿着的内衣,不过,没有实物,交到他们手上的仅仅是一张参观中照的照片。
  “和航天有关的一切数据都是要保密的,宇航员穿着的衣物等都是属于保密范围内的东西。现在,即使是作为生产者的我们,想要借到之前生产的神五、神六宇航员们穿的内衣都需要打报告。能有照片已经很不容易了,不过,有照片就已经可以了。”漆小瑾说,对于普通人来说,照片什么都说明不了,可是对于一个专门从事服装工艺研究的人来说,从照片上就可以看出一件衣服的面料和它的结构。至于其他的具体方面,那就是需要研究人员进行创造的部分了。
  


  宇航员的内衣分为两部分:贴身穿着的生理信号背心和背心外穿着的保暖内衣。监控宇航员生理状况的各种传感器都固定在背心上,而且并不是后面缠上去的,在背心制作过程中就要预留好位置,必须保证传感器和布料部分形成一个整体。
  “看到俄国宇航员穿着的内衣时,我们发现,他们设计的背心上传感器位置的稳定性非常好,能紧紧贴在宇航员的身上,可是也存在一个很显著的问题,那就是舒适性不高。”如何在保证背心上的传感器不会随宇航员活动而移位的同时还让宇航员感觉舒适,是放在铜牛集团的研究人员面前的一个难题。
  
  苛刻的要求
  
  针对在保证传感器位置不移动的情况下让宇航员穿着舒适、活动自由的目标,研究人员们提出了一个概念:弹性准确。通过在棉质的面料中增加弹性纤维并设计面料组织结构,使布料具有弹性,而且是准确到让人穿着舒适的同时还紧贴身体,同时通过不同的缝制工艺,无论宇航员怎么活动都不会带动其中的传感器材。
  稳定和舒适当然不可能仅仅是宇航员背心以及保暖内衣的要求,事实上,漆总工程师和她的同事们收到的关于制衣布料必须具有的特性要求还包括:吸湿、透气、抗菌、抗污、轻薄、保暖、防静电、阻燃。
  漆小瑾解释说,要布料具有其中某一两项特性,对他们来说,是很简单就能实现的,难就难在要把这所有特性都集于一体,因为其中有些特性之间是相互排斥的。可既然已经把任务接下来了,再难也要硬着头皮上。
  总结来说,铜牛集团的研究人员需要研发的内容包括:便携式生理信号采集装置的研制;根据服装有效准确传输生理信号的要求,选择和编织服装面料;适合生理信号收集且在纯氧状态下集防静电、阻燃、抗菌、抗污多功能于一体的针织等面料的研制;智能服装款式的设计及确定生理信号采集装置在服装上的合理布局。
  其中的关键是要研究防静电、阻燃、抗菌和抗污等功能在织物上的共存方法,确保功能之间具有良好的共存性并能进行有效叠加;研究筛选与之相适应的功能性整理剂,研究确定适宜的工艺路线和工艺条件,制定出科学合理的多功能针织面料的生产工艺;研究不同弹性舒适面料的运用,对服装款式进行设计,确定传感器的合理布局使测量部位准确获取数据有效,使被测者穿着舒适。
  这些研究对普通人来说,听着都知道要实现并不是一件简单的事情,在研究过程中一定会面对这样那样很多的难关。然而在记者就此询问漆小瑾时,她记忆里的瓶颈竟然和这些都没有关系。
  
  扣袢的烦恼
  
  扣袢我们都认识,不管是作为衣物上必须的功能部分,还是仅仅作为一种装饰,它们在生活中可以说是处处可见,并不会让人觉得有任何过高的技术含量,可就是因为这样一个简单的小物件,却一度让漆小瑾和她的同事们被打了回票。
  一般的制衣公司都有一个惯例:自己的生产部门生产的是衣物的主体部分,至于像扣袢这样的附加部分都是委托专门的生产企业进行生产,铜牛集团自然也不例外。
  接到宇航员内衣的研制任务后,铜牛的研究开发部门就把全部的心力都用在了实现要求中的织物特性如何共存上了。通过大量的研究,终于让他们研制出了一种能够进行即时、动态监控人体健康状况的智能型针织服装,服装的面料是能在极端条件(纯氧状态)下,集防静电、阻燃、抗菌和抗污等多功能于一体的针织面料。但当他们把研制成功的样品和相关研究数据送去审查的时候,对方问了一个问题:扣袢的相关数据呢?
  这无异于给兴奋的研究人员们当头浇了一盆凉水,他们根本就没有关于扣袢的相关测试数据,而给他们提供扣袢的生产商也不可能做针对航天这样特殊条件的测试。可是扣袢在背心上是起着帮助稳定传感器的作用的,它也必须和其他组成部分一样,拥有能应对太空中可知和不可知变化的特性。
  于是,从来也没有重视过扣袢的研究人员不得不针对它开始了又一轮的研究和测试,由于扣袢的一些材料不同于已有织物,研究人员可以说相当于要进入一个全新的领域。
  “这当然不是我们碰见的唯一觉得难的问题,可是却给我们上了一课,在研究过程中,任何一个小的方面都是不能忽视的。” 漆小瑾如此总结。
  
  测试,测试
  
  从研究一开始,测试就一直相依相伴。
  为了实现衣物穿着的舒适性,研究人员和宇航员们进行了大量的交流。了解他们的需要和穿着感受,想象每一个可能的状态下,衣物的设计也许会给宇航员们带来什么样的不适。
  “比如说在肩部的设计方面,原来的宇航背心有一个比较靠后的活扣绊,可是宇航员在太空舱时大多是半躺着的,这种设计就会硌着他们。”
  就从这一点一滴入手,每一个设计方案出来,都要宇航员在平时的训练中进行试穿,测试穿着的舒适性。研究人员笑言,幸亏宇航员的身体标准有严格的控制,各方面条件都差不多,减少了很多麻烦。
  “这个过程听起来很繁复,其实却不是让我们最头痛的,真正没有想到的是,研制出来的成品的功能测试也要我们来做,比如说建造一个纯氧环境。” 漆小瑾坦承对于成品的功能测试压根就没有想过也要由他们负责,而是理所当然地认为那应该是航天训练中心的事情,事实再一次让他们感到棘手。
  “当然,结果是我们的研究领域得到了不断的扩展。”
  


  在太空舱中,宇航员是不会更换衣服的,所以衣服的抗菌、抗污、吸湿、透气是非常必要的,也是很容易理解的,可是,在纯氧状态下的阻燃和防静电听起来就十分不可思议。
  即使是对太空没有太多知识也知道,那是一个氧气稀薄的地方,而太空舱也不可能是纯氧状态,那么,为什么要做这样的要求呢?
  “我们的理解是,在这样的极端状态下也能做到阻燃和防静电,那基本上就杜绝了那些可能。”
  目前,“神七”的升空已经被提上了日程,而且还将实现我国宇航史上的又一步飞跃:宇航员出舱进行太空行走。出舱后的宇航员将换上不同于在太空舱内的衣服,包括内衣,出舱后的内衣制作要求更高,这对铜牛集团的研究人员来说又是一次挑战。
  
  长远的打算
  
  因为涉及到保密的原因,“铜牛内衣,航天品质”是目前铜牛集团唯一能利用航天这个由头进行的品牌宣传,难道花费那么多人力物力的研究,就仅能在宇航员穿着的几十套内衣中得到运用?
  “我们当然希望能把自己的成果应用在平民化的生产方面,造福更多的人。”对于自己的研究成果,铜牛集团的研究人员有更长远的打算。
  在铜牛集团与中国纺织工业协会签订的一份计划书中,就已经把这种能即时监测人体生理指标以及具有防静电、阻燃、抗菌和抗污功能的智能型多功能针织服装的目标人群定义在远程医疗救护、野外探险、潜水和航空航天飞行等特殊领域,而不只是局限在航空航天一个领域。
  由于智能化服装产品具有广阔的市场前景,近几年国内外许多研究机构都开始致力于智能服装的研发,其中包括智能电子设备的开发设计、结构的设计、新型面料的开发等各个方面。世界上许多发达国家的化学公司、制衣公司和电子设备制造商已纷纷投入与其相关领域的研究开发,纺织服装界已投入了大量的物力、财力进行这种高科技服装的开发。
  在我国,智能型多功能纺织品与服装的开发利用尚处于起步阶段,是一个崭新的课题。在这样的情况下,铜牛集团的先行一步,无疑将让他们在未来的行业竞争中处于有利的地位。
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