航天趣闻(五)

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  太空时装秀
  
  近年来随着国际空间站的组装工作接近完成,到太空旅游的人越来越多,特别是我国三艘神舟号飞船的成功飞行,载人航天不仅是一种文化,而且成为一种时尚,很多似乎毫无关联的事情,人们都愿意贴上一条“航天”或“太空”的标签。但事物总是相互作用的,当载人航天成为一种文化和时尚以后,又反过来促进载人航天的进一步发展。时装设计就是一个典型的例子。
  2006年,日本宇宙航空研究开发局、美国火箭飞机有限公司和一些日本服装设计师在日本联合举办了一次超级太空时装设计大赛。比赛进行了几个月,最后从882件作品中挑选出11件,作为优胜者,参加了11月2日在日本东京大学校园内举办的太空时装表演。主办方对参赛服装的要求是,要能显示出航天员在太空失重状态下的风采。例如舱外航天服的关节部位,应有带波纹的伸缩结构,用以保证航天员在失重状态下上下肢的灵活运动;另外航天服前后部的小喷气装置,用以保证航天员在太空飘浮过程中灵活改变方向。
  美国火箭飞机有限公司是一家负责太空旅游的公司,正准备为未来的太空旅游者设计航天服。该公司认为,目前的航天服并不理想,无论是服装或头盔都非常笨重,由于受传统思想的束缚,只注重服装的功能,完全不考虑服装的样式和美观。该公司没有请专业的服装设计师,而是采用时装设计比赛的方法,来为未来的太空旅游者设计更好的航天服。公司认为,这样做可以更好地集思广益、走群众路线,从而获得更有价值的设计理念。
  2006年日本的超级太空时装设计大赛是开太空时装表演的先河。自此以后,几乎每年在世界各地都要举办几次太空时装表演。2007年的太空时装表演进行过两次,一次是在美国的洛杉矶,这次表演的太空时装更为新颖,不仅有太空比基尼,而且还有太空结婚礼服;另一次是在法国巴黎,名称是“太空的诱惑”,连法国最著名的设计师菲利浦斯塔克都参加了。2008年的太空时装表演也是在日本的横滨举办,与2008日本宇宙航空展同时举行。
  什么时候在我们祖国的首部北京也举办一次太空时装表演?
  
  紧身又时尚的生物航天服
  
  美国麻省理工学院的科学家正在研制一种新型舱外航天服,这种服装称为“生物航天服”,它比目前美国和俄罗斯航天员穿的舱外航天服更轻便、平滑和贴身,从而保证了航天员在太空行动的灵活性。
  这是一种重量轻而又紧身的航天服,使用氨纶和尼龙制作,外形有点像美国电影中蜘蛛侠穿的服装。设计这种服装的目的就是要让航天员拥有较大的灵活性。目前的舱外航天服宽大而笨重,服装内采用气体加压技术,极大地限制了航天员的灵活性。这种服装在设计上有很大的创新,它不采用气体加压技术来对航天员的身体施加压力,以保护他们免受宇宙真空的影响,而是依靠机械反压力,在航天员身体上紧紧地包裹着多层材料。这是一种真正的“紧身衣”,它可以随着航天员身体的运动而伸展,使身体自由而灵活地运动成为可能。
  在舱外航天服的发展过程中,服装的重量随性能的提高而提高。俄罗斯的海鹰型舱外航天服,最初的重量是59千克,海鹰-D型为73千克,海鹰-DM型为88千克,海鹰-DMA型为105千克。美国现在的航天飞机舱外航天服全套重127千克。服装的重量大部分是由多层结构、生命保障系统以及气体加压装置“贡献”的。航天员在太空行走过程中大约有70%到80%的能量都要用在“征服”这种笨重的行头上。穿着这样的服装,航天员不可能太多地弯曲手臂和下肢。
  生物航天服的另一个特点是大大提高了安全性。目前的舱外航天服,如果被小流星体击破一个小口,马上发生快速减压,即刻威胁到航天员的生命安全。但对于生物航天服来说,这种小口能被服装自动包扎起来,相似于绷带的作用,而服装的其他部分不会受到影响。
  设计生物航天服的关键是打造什么类型的衬里。这些衬里应当不具有伸展性,例如航天员运动下肢的时候,加在皮肤上的衬里不会伸展。衬里的作用是提供一个类似骨架的支撑结构,并在最大程度上保证航天员的灵活性。为了适应太空环境,生物航天服对航天员身体施加的压力接近地球大气压的1/3,约30帕。
  在长达6个月的载人火星飞行中,生物航天服可以帮助航天员保持体形。研究显示,航天员长期在太空停留,由于失重,最多可失去40%的肌肉力量。生物航天服能提供不同强度的抵抗力,对抗失重,以便航天员在长期火星飞行中锻炼身体,避免肌肉力量的丧失。
  这种生物航天服除用于完成未来的航天任务,特别是重返月球和载人火星飞行外,还可以在地球上应用,例如用于训练运动员或者帮助病人康复行走。
  
  航天员舱内航天服揭秘
  
  众所周知,航天员穿的航天服分为两类:舱外航天服和舱内航天服。舱外航天服是航天员太空行走时穿的,而舱内航天服是航天员在航天器座舱内穿的。为什么航天员在航天器座舱内还要穿航天服?舱内航天服到底有何功用?
  其实“舱内航天服”这个名称并不确切。首先,航天员在航天器座舱内并不都是穿舱内航天服,这种服装只是在航天器发射和进入返回时才穿上,而在轨飞行期间就脱下来,换上工作服或个人的便装;第二,这种服装的主要作用是救生,它实际上是航天员的一种救生装备。美国航宇局不用舱内航天服这个术语,而是使用“发射再入服”或“乘员逃生服”。舱内航天服这个术语主要是俄罗斯使用。
  为什么航天员在航天器发射和进入大气时要穿舱内航天服?这件事情在载人航天初期并没有明确认识。例如1971年6月,苏联发射联盟-11号飞船。联盟号飞船按原设计只能乘坐2名航天员,但联盟-11号飞船要乘坐3名航天员。由于座舱过分拥挤,因此主管当局决定3名航天员都不穿航天服。事情真不凑巧。当飞船进入返回时,返回舱的压力阀被震开,密封性被破坏,返回舱内的空气从该处泄漏,舱内迅速减压,致使航天员因急性缺氧和体液沸腾而死亡。自此以后,人们才认识到航天器在进入返回时最容易出问题,因此要求航天员一定要穿舱内航天服。
  在美国航天飞机早期的试飞期间,航天飞机轨道器上为2名航天员安装了弹射座椅,航天员同时还穿上一种弹射救生服。这种弹射救生服实际上就是美空军飞行员穿的全压服,能防护飞行员达到2.7马赫的速度和24千米的高度。当航天飞机完成试飞任务正式投入使用以后,弹射座椅即被撤除。在飞行中航天员也不再穿弹射救生服,只穿飞行便装和戴一种蛤壳式头盔,目的是在发射和进入期间如果遇到座舱减压,可以向航天员供应氧气。
  挑战者号航天飞机发生事故以后,美国航宇局决定在航天飞机轨道器上增加航天员救生系统,该系统包括航天员穿的防护救生服。航宇局对防护服的要求是在航天飞机发射和进入大气层期间为航天员提 供减压防护,如果降落到水中,则能提供抗浸服的作用。研制人员在美空军部分加压服的基础上很快研制出发射进入服。从1988年开始,航天飞机航天员在发射和着陆期间必须穿着这种发射进入服。到达轨道以后,由于航天飞机座舱是相似于地面的正常大气环境,可以穿便装。
  该服装从1988年以来,成功地保证了航天飞机的每次飞行。但是从1992年起,美国航宇局又发展出一种新型防护服,以取代原来的发射进入服。新的防护服称为航天员高级救生服。研制这种服装的目的是提高防护服的性能,减轻航天员穿着期间的应激和疲劳,为此研制人员在发射进入服的基础上对服装设计进行了全面改进:首先是简化设计,原来的发射进入服实际上是一种部分加压服,要实现简化设计就必须将部分加压服改为全压服;第二是减轻重量;第三是减小体积;第四是便于穿脱;第五是提高服装的灵活性和舒适性。
  航天员的高级救生服是一种外表呈橘红色的防护服,由头盔、全压服、手套、抗荷服和通讯系统五部分组成。这种救生服是在1992年研制成功,1993年开始试生产,1994年5月进行了试飞,1995年以后取代原来的发射进入服,成为航天飞机航天员的主要防护救生装备。
  2008年6月12日,美国航宇局与一家名叫“奥辛尼林”的公司签订合同,要求该公司为其研究、设计和生产一种新型航天服,因为这种航天服是专供美国航宇局的星座计划使用的,因此就命名为“星座航天服系统”。航宇局要求,第一套星座航天服应于2015年交付使用,因为航宇局的猎户座飞船将在这一年上天,航天员将穿着这种新型航天服完成首次载人飞行。美国航宇局为星座航天服系统的研究、设计和生产提供7.45亿美元的经费,该公司将向航宇局交付109套这种服装,其中24套将供航天员在月面上行走时穿用。
  星座航天服系统分为两种型号:I型和Ⅱ型。I型是舱内航天服或称防护救生服;Ⅱ型是高级月球服,为航天员2020年在月面上行走时穿用。美国航宇局对I型服装的设计要求是:重量轻、体积小、造价低、可靠性高;提高服装的可靠性和可维修性,便于保养维修;提高服装的穿着舒适性和灵活性;在飞船发生座舱减压或其它事故时,要能确保航天员的生命安全。
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