“忽然想起，太空里還有咱三個(gè)人呢！”

太空中的三位中國航天員已經(jīng)在太空中工作了兩個(gè)月，最近他們又登上了熱搜。

#航天員一周前已開始訓(xùn)練準(zhǔn)備出艙#

作為航天員出艙的重要保證，航天服（也稱宇航服）一直都是大家關(guān)注的焦點(diǎn)。那么問題來了，航天服有多復(fù)雜？新一代航天服到底有多厲害呢？?

白色、藍(lán)色、橙色，到底哪個(gè)才是真正的航天服？

在不同的照片里，我們可以看到不同顏色的航天服，比如幾個(gè)月前隨神舟十二號(hào)一起亮相的白色航天服、航天員在空間站內(nèi)穿的藍(lán)色連體服、阿波羅飛船內(nèi)的橙色航天服……為什么航天服會(huì)有這么多的顏色呢？

原來，航天服也有不同的分類，按功能可以分為艙內(nèi)航天服和艙外航天服。

1. 艙內(nèi)航天服（IVA）

艙內(nèi)航天服也稱應(yīng)急航天服，指的是航天員升空、變軌或者返回地球等易發(fā)生事故時(shí)所穿的航天服，主要面向艙內(nèi)工作（Intra-vehicular Activity, IVA）使用。

艙內(nèi)航天服配有許多協(xié)助航天員的裝備，比如信號(hào)器、求生工具、藥品、通訊工具等，可以防止航天器/航天飛機(jī)等在發(fā)射或降落時(shí)出現(xiàn)問題。如果發(fā)生危險(xiǎn)，接通艙內(nèi)與之配套的供氧供氣系統(tǒng)，服裝內(nèi)就會(huì)立刻充壓供氣，并提供一定的溫度保障和通信功能。這有利于航天員在出現(xiàn)事故后順利逃逸，并先行自救，等待救援人員的到來。

2005年神舟五號(hào)發(fā)射，楊利偉便身著我國第一代艙內(nèi)航天服，其中包括了通訊系統(tǒng)、壓力溫度濕度調(diào)節(jié)、供氧設(shè)備等。后來在神舟六號(hào)時(shí)就升級換代，增加了手腕佩戴壓力表、壓力手套等。此后更是不斷升級，在各種技術(shù)上都進(jìn)行了提升。

神舟飛船艙內(nèi)航天服（圖片來源：維基百科）

艙內(nèi)航天服原則上可以使用任何顏色。例如中國、俄羅斯的艙內(nèi)航天服是白色的，而NASA設(shè)計(jì)為橙色（俗稱南瓜服或橙服、橘服）。NASA選擇橙色主要是出于方便救援的考慮，因?yàn)镹ASA航天員返回地球時(shí)降落地點(diǎn)都是在海上，而橙色在海上比較容易被分辨，因此選擇了橙色。而中俄的主要落點(diǎn)在內(nèi)陸，暫時(shí)沒有海上搜尋救援的需求，所以不需要被設(shè)計(jì)成橙色。

2. 艙外航天服（EVA）

與艙內(nèi)航天服相對應(yīng)的是艙外航天服，面向艙外工作（Extra-vehicular Activity, EVA）使用，這也是大家最為熟知的航天服。如果還要再細(xì)分，也可以分為軌道出艙的艙外航天服或是在星球表面出艙的艙外航天服。

艙外航天服的設(shè)計(jì)就比艙內(nèi)航天服復(fù)雜得多，可以說是一個(gè)小型的航天器。航天員出艙后面臨的環(huán)境十分惡劣，比如要在短時(shí)間內(nèi)多次面對高低溫交替、空間輻射、真空環(huán)境、微流星和太空垃圾等一系列考驗(yàn)，因此一件合格的艙外航天服不僅需要具備獨(dú)立的生命保障和工作能力，還要包括溫度調(diào)節(jié)和人體平衡控制、氧氣控制和壓力控制、測控和通信保障、人體代謝物收集處理等功能。

無論哪個(gè)國家，艙外航天服的主體顏色都是白色，主要出于高反射率、低吸收率的考慮。當(dāng)航天員完全暴露在外太空環(huán)境時(shí)，航天服需要高度的反光，而反光效果最好的顏色就是白色。同時(shí)，白色反射陽光熱度的能力最好，可以避免航天服內(nèi)部過熱。其次，由于艙外背景是黑色的，白色在太空中是最好的辨別色。所以，目前所有的艙外航天服都是偏白色的，基于同樣的原因，一般的航天器大多也都選擇淺色涂裝或使用高反射率的貼膜覆蓋。

3. 艙內(nèi)常服

這是航天員在安全抵達(dá)空間站，開始正常工作生活時(shí)的著裝，這主要是航天員的自由選擇。國際空間站中沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，出身于空軍的航天員就常常穿著自己國家的飛行服，而沒有軍方背景工程師或科學(xué)家就沒有這樣的考慮，所以會(huì)在國際空間站內(nèi)看到各種顏色的服裝。當(dāng)然，穿著普通的襯衫褲子也不是不行，在東京奧運(yùn)會(huì)的“巴黎八分鐘”里，宇航員Thomas Gautier Pesquet的穿著就與地面無異。

在天宮空間站中，由于航天員全都是現(xiàn)役軍人，會(huì)統(tǒng)一穿著標(biāo)準(zhǔn)，都是藍(lán)色連體服。1992年中國載人航天工程啟動(dòng)，這時(shí)的第一代航天員常服統(tǒng)一以藍(lán)色作為底色。從神舟九號(hào)任務(wù)開始，航天員更換了有小立領(lǐng)設(shè)計(jì)的第二代航天員常服。2016，年神舟十一號(hào)更換了第三代航天員常服，增加了V字彩條代表勝利。悄悄說一句，穿著常服的航天員，真的很帥！

第三代航天員常服

現(xiàn)存的航天服有幾種？

目前世界上能獨(dú)立進(jìn)行載人航天任務(wù)的國家只有中美俄三個(gè)國家，因此我們也只針對這三個(gè)國家的航天服做簡單介紹。

世界上第一件被使用的航天服是蘇聯(lián)的sk-1航天服。1961年4月，航天員尤里·加加林穿著它進(jìn)入太空。而美國的第一件航天服也誕生于這一年，當(dāng)年5月，艾倫· 謝潑德成為美國第一位進(jìn)入太空的航天員。當(dāng)時(shí)他穿著的艙內(nèi)航天服是為應(yīng)對太空艙失壓的緊急情況而設(shè)計(jì)的，由當(dāng)時(shí)美國海軍的高性能戰(zhàn)斗機(jī)飛行員穿著的壓力服加以改進(jìn)制成，又名水星航天服。

目前，俄羅斯仍在服役的航天服為“獵鷹”艙內(nèi)航天服和“海鷹”艙外航天服。獵鷹艙內(nèi)航天服于1973年推出，至今仍在使用。大家可能會(huì)覺得有些眼熟，因?yàn)槊看味砹_斯飛船發(fā)射時(shí)，航天員都是穿著這個(gè)型號(hào)的航天服進(jìn)入飛船的?！昂ｚ棥迸撏夂教旆?977年推出，經(jīng)歷過多次升級換代，最新的版本于2017年更新，目前在國際空間站中使用。

“獵鷹”（Sokol-KV2）航天服（圖片來源：維基百科）

而美國目前服役的是ACES系列艙內(nèi)航天服和EMU艙外航天服。這些航天服都是在上世紀(jì)八九十年代推出的，當(dāng)年的單價(jià)在1500萬美元以上，考慮到通貨膨脹，大致相當(dāng)于今天的1.5億美元。這批航天服生產(chǎn)時(shí)的設(shè)計(jì)壽命為15年，但由于一些原因，NASA已經(jīng)很久沒有新的航天服了，因此國際空間站上的美國航天員仍然在使用這一批航天服（他們已經(jīng)穿了三十多年了！?。。?/span>。這當(dāng)然是存在安全隱患的，但在沒有新衣服替代的情況下，這也是沒有辦法的事情。從2009年開始，NASA就開始投入資金，研發(fā)新一代航天服。2019年他們發(fā)布了新一代航天服，考慮了月表行走的需求。不過目前這一代航天服還是在測試階段，通過測試之后，這套航天服預(yù)計(jì)將會(huì)用于2024年的月球登陸以及未來的月球空間站。

中國目前的航天服主要有神舟飛船艙內(nèi)航天服和用于出艙活動(dòng)的“飛天”艙外航天服兩種。

艙內(nèi)航天服在前面已經(jīng)介紹過，是2005年隨神舟五號(hào)推出的。2008年我國推出的第一代艙外航天服名叫“飛天”，用于航天員的出艙行走。這種航天服包括背包（集成供氧凈化裝置）、照明燈、電控臺(tái)（照明、壓力表等開關(guān)）、氣液控制臺(tái)（集成供氧等閥門）、電臍帶（與軌道艙相連）等部分，由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)限制，主要是仿制俄羅斯航天服，且沒有配備動(dòng)力裝置。

目前天宮空間站中的航天員出艙時(shí)身著的是第二代“飛天”航天服，重量為130公斤，造價(jià)約3000萬人民幣。相比起來，實(shí)在是性價(jià)比超高的有木有！

新一代“飛天”航天服，帶來了什么驚喜？

新開發(fā)的第二代“飛天”航天服，在各方面都做了改進(jìn)。

比如：

相比第一代適體性更好，能夠滿足身高在1.6米-1.8米之間的人穿著；

采取擬人形態(tài)的半硬式密封結(jié)構(gòu)，也就是軀干是硬式結(jié)構(gòu)，而四肢是軟式結(jié)構(gòu)，整體采用“后背鉸鏈門式穿脫結(jié)構(gòu)”，可以調(diào)節(jié)適應(yīng)每位航天員的體型；

進(jìn)行了專門的外觀設(shè)計(jì)，手臂上的線條就是參照敦煌壁畫里的飛天，為白色的航天服增添了幾分美感；

加長了續(xù)航時(shí)間，升級了各項(xiàng)系統(tǒng)，能夠支持8小時(shí)艙外自主活動(dòng)。8小時(shí)之外，還支持1.5小時(shí)額外時(shí)間和返回時(shí)間半小時(shí)；

使用次數(shù)也大大增加，從原來的2年5次增加到3年15次；

更重要的是，航天服內(nèi)的90多個(gè)關(guān)鍵部件，完完全全都是國產(chǎn)的。

……

兩代“飛天”航天服（圖片來源：中國科普博覽）

第二代“飛天”航天服內(nèi)部有6層結(jié)構(gòu)。

最里層是特殊防靜電處理過的棉布織成的舒適層以及尿液收集裝置；第二層是散熱的液冷通風(fēng)層，也是備份氣密層；第三層是復(fù)合關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)組成的可以加壓的主氣密層；第四層是滌綸面料的限制層，用于限制加壓氣密層向外膨脹；第五層是通過熱反射來實(shí)現(xiàn)隔熱的隔熱層，可以應(yīng)對艙外巨大的溫差變化；最外面便是外防護(hù)層，由多種纖維復(fù)合織物制成，面料柔軟，耐穿耐磨耐腐蝕，還能防輻射。

這六層結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)真空防護(hù)、高低溫防護(hù)和輻射防護(hù)、供氧保暖、壓力調(diào)整等功能，保證航天員在艙外免受外部環(huán)境侵害，得以保障生存和執(zhí)行任務(wù)。

最值得一提的便是航天服最頂部的金色頭盔。新一代頭盔可以提供更廣闊的視野。頭盔內(nèi)部裝有攝像頭、照明燈、報(bào)警指示燈和面窗。僅僅面窗就包含了四層結(jié)構(gòu)：最外一層是濾光面窗，可以根據(jù)陽照區(qū)和陰影區(qū)來決定放下或打開，以調(diào)節(jié)入眼光線保證航天員可以在不同階段均正常工作；中間一層是防護(hù)面窗，可以更換，主要起到防護(hù)作用；最內(nèi)的兩層是壓力面窗，中間充氮?dú)猓梢云鸬礁魺岷头乐菇Y(jié)霧的作用。

此外，頭盔外殼還裝有電控臺(tái)、氣液控制臺(tái)、氣液組合插座、應(yīng)急供氧管、電臍帶等。為了傳輸航天員的各項(xiàng)參數(shù)，頭盔上配備了無線和有線兩種通信方式，并配備有顯示屏，還可以直接與地面通話。

同時(shí)，航天服采用人性化設(shè)計(jì)，為了保證航天員操作的靈活性，在臂軸承、腕軸承等主要關(guān)節(jié)處采用了軸承設(shè)計(jì)，并可以為每位航天員量身定做。說出來大家或許不信，航天服關(guān)節(jié)處的設(shè)計(jì)，竟然和我們?nèi)粘Ｒ姷降男↓埼r有關(guān)。為了平衡防護(hù)強(qiáng)度和靈活性，工程師從龍蝦尾部的層疊結(jié)構(gòu)中得到了靈感，利用仿生學(xué)原理設(shè)計(jì)了一種類似的結(jié)構(gòu)，既保證了強(qiáng)度，又滿足了出艙活動(dòng)的需要。

（為什么我吃龍蝦就只知道啊真好吃真好吃，而工程師吃龍蝦就能發(fā)現(xiàn)背后的原理呢？？）

出艙，是一場冰與火的刀尖舞蹈

航天員在太空出艙活動(dòng)有多危險(xiǎn)？

第一個(gè)出艙活動(dòng)的航天員是1965年的蘇聯(lián)人列昂諾夫。因?yàn)楫?dāng)時(shí)人類對艙外的環(huán)境一無所知，所以他遇到了很多危險(xiǎn)，其中最危險(xiǎn)的便是返回階段。由于錯(cuò)誤地估計(jì)了艙外的真空環(huán)境，他身上的航天服臌脹起來，無法進(jìn)入氣閘室。這種情況持續(xù)了20多分鐘，列昂諾夫只得手動(dòng)降低了航天服內(nèi)的氣壓到一個(gè)比較危險(xiǎn)的水平，最后才勉強(qiáng)入艙。這次事件后來被改編成了電影《天際行者》，有興趣的盆友可以去看看~?

2008年神舟七號(hào)也經(jīng)歷了波折。原本兩名航天員翟志剛、劉伯明準(zhǔn)備出艙執(zhí)行任務(wù)，但打開艙門的瞬間，艙內(nèi)就響起了“軌道艙火災(zāi)”的警告提示音。劉伯明當(dāng)機(jī)立斷，讓翟志剛繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)，自己在艙內(nèi)協(xié)助。后來經(jīng)過檢查才發(fā)現(xiàn)，火災(zāi)警告是系統(tǒng)誤報(bào)，神舟七號(hào)一切正常。

在太空無比復(fù)雜的環(huán)境中，即使設(shè)計(jì)了精密的航天服，提前做好了一切準(zhǔn)備，也無法預(yù)知下一秒鐘會(huì)發(fā)生什么。事實(shí)上，每個(gè)航天員都做好了犧牲的準(zhǔn)備，但無數(shù)科技工作者要做的，就是為他們筑起一道又一道屏障，讓他們平安歸來。

仰望星空，那里，已經(jīng)多出了屬于我們的“星星”，未來，也將會(huì)擁有更多屬于中國的燦爛。這條問天之路或許充滿曲折與艱險(xiǎn)，但永遠(yuǎn)不缺少勇氣與希望。

我們等你們凱旋歸來！

作者：蘇子安

文章首發(fā)于科學(xué)大院，僅代表作者觀點(diǎn)，不代表科學(xué)大院立場。

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