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打破美俄技术垄断,造价3000万的中国舱外航天服,灵感来自小龙虾

发布时间:2021-07-05 22:36今日热点 评论

  众所周知,太空的高真空、高洁净、强辐射等自然条件对人体来说是一个致命的环境,人一旦暴露在太空中,就将面临失压、缺氧、低温和辐射损伤四大危险,所以,人要离开航天器进入开放的太空,必须使用复杂的出舱活动系统硬件和软件来克服空间环境的影响。

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  而舱外航天服的它相当于一个微型载人航天器,能把航天员的身体与太空的恶劣环境隔离开来,并向航天员提供一个相当于地面的环境,同时提供氧气、正常气压,排放二氧化碳,维持舒适的温度和抵御宇宙辐射等维持生命所需的各种条件。

  舱外航天服的技术难度有多高,在中国之前,仅有美、俄掌握这项技术,前两天到国际空间站两名航天员出舱执行任务失败,就是因为舱外航天服出了问题导致不得不返回舱内避险。

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  中国舱外航天服设计过程

  中国的第一代“飞天”服采用了整体拟人形态半硬式密封结构,头盔为不可拆卸硬式结构,四肢为软式结构, 手套可快速断接。进出方式为后背钗链门方式,采用操纵杆控制,生保系统集成于背包门内。航天员自操纵部分,即电动控制和气液控制集成于胸前位置,通过整合设计保证操作工效。无线遥测系统主要安装 在可拆卸的挂包内,便于实现有线无线模式的转换, 并能够保证上升段的独立安装。

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  它从内到外分为 6 层:由特殊防静电处理过的棉布织成的舒适层、橡胶质地的备份气密层、复合关节结构组成的主气密层、涤纶面料的限制层、通过热反射来实现隔热的隔热层、最外面的外防护层。躯干达到 7 层,最厚的是挂包,有 20 层。

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  第一代“飞天”服采用闭式循环非再生式环控生保系统,由高压氧瓶供氧,主要采用水升华器技术实现主动热防护;遥测与控制系统将舱外航天服的工程参数、航天员的生理参数和话音信号通过脐带方式 线下传或遥测设备无线下传;可由脐带模式舱载供电,也能由服装电池自主供电。

  服装的四肢装有调节带,可调节上臂、小臂和下肢的长度,身高1.60 m~1.80 m 的人都能穿上这套衣服。

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  飞天”舱外航天服躯干壳体为铝合金薄壁硬体结构,设计厚度仅为 1.5 mm,却有极高的强度要求。其抗压能力超过120 kPa,经得起地面运输、火箭发射时的震动,还能连接服装的各个部位,承受整套服装 120 kg 的重量。铝合金躯干外壳上密集着各种仪器:电控台、气液控制台、气液组合插座、应急供氧管、电脐带。仅十几厘米见方的电控台里就有照明、数码管控、机械式压力表等 9 个开关,只有汉语辞典大小的气液控制台里集成了 20 多种阀门。很多阀门外形奇特,涉及特种不锈钢、特种铜材、特种橡胶和特种乙烯等材料,其加工难度在国内是前所未有的,完全就是把飞船的控制台整个搬到了航天员身上。这也是为什么舱外航天服的制造难题比航天器都更难的原因,

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  “飞天”最外层的防护材料堪称国内最贵的服装面料。这种面料可耐受正负100℃以上的温差变化。服装携带的氧气瓶采用复合压力,既可保证安全又能够带氧气。

  舱外航天服的设计来源于小龙虾

  而且,作为微型航天器,舱外航天服还要兼具灵活度,要知道如果动一下手臂,得用力去掰航天服的胳膊,各种较劲,就会非常麻烦。而如果将各种关节处做得太软,防护力又不足。国际上,只有美国、俄罗斯有舱外航天服,但只能看到图片、文献和视频资料,能获取借鉴的资源非常有限。那如何解决这个问题。

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  为此,我国工程师还真找到了一种办法,而这个办法是他在吃小龙虾的时候想到的。小龙虾的尾部就是半硬壳的,但是一点也不妨碍它的伸曲和游泳,非常灵活,因为它是一种鳞片层叠结构,可以软硬兼施、刚柔并济。因此,工程师给国产舱外航天服关节处设计了类似小龙虾尾部的层叠结构,设在上肢的肩、肘、腕和下肢的膝、踝等关节处,使用了气密轴承。在轴承的作用下,航天员的手脚可以随意转动,同时能严格保证气密性。科研人员还巧妙地利用了仿生结构,使关节活动更自如。

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