宇航服有什么作用?
宇航服由头盔、衣服、手套和靴子组成。头盔通过衣领与服装相连。头盔上的人脸窗口平时可以随意开关,遇到紧急情况可以在几秒钟内自动或手动锁定。舱外航天服由外罩、真空隔热层、气密限制层、通风结构和液冷服组成。手套和袖子通过腕连接器连接,方便脱戴。有些靴子和衣服是一体的,有些是和衣服分开穿的。全套航天服重约30 ~ 40公斤。
宇航服的另外两个组成部分是随时可以连接的手套和靴子。手套和服装通过腕环连接,是服装压力层的延续。要符合佩戴者的手型,能快速穿脱,各手指关节处有波纹结构,方便操作。太空靴由舱外压力靴和热防护靴组成,其中压力靴是服装气密增压限制层的延续。通常情况下,踝关节设计在压力靴上,与压力服相连。宇航服内部还有一个废物收集装置,用来在紧急情况下收集、储存和运输尿液和粪便。
舱外航天服
舱外航天服除了舱外空间内部的所有层外,还有三层:一层是真空隔热层,用于保护航天员在舱外空间工作或在月球等星球表面活动时,免受舱外空间过热和过冷,防止服装内部热量散失。第二种是液冷服,是把舱内航天服通风散热层管里的气体变成液体制成的。航天员有时在舱外工作几个小时,身体产生大量热量,无法满足气体散热的要求,而液体冷却工质可以很好地散热。三是最外层,不仅有防高热、防磨损、保护内层的作用,还有防太阳辐射的作用和连接其他配件的接口。比如与航天员出舱活动时的脐带连接,与背在身上的生命保障环境设备连接,与空间机动飞行机构连接。
宇航服头盔由头盔外壳、窗口结构和衣领组成。目前载人航天使用的头盔有软头盔和硬头盔两种,硬头盔又分为固定头盔和旋转头盔。软头盔多用作舱内航天服的部件。旋转头盔的项圈上有气密的活动轴承,但密封环节的增加会降低气密性和结构可靠性,增加设计难度。
以固定式全透明钟罩头盔为例,介绍其结构。头盔外壳是头盔的主体,其材料应具有高强度、耐冲击和足够耐热性的优点。它在其窗口位置具有良好的光学特性。头盔内壁有硬垫和软垫,垫上镶嵌有细管,具有减震、隔热、消声、通风、供氧的功能。它的内腔要适合戴通信头盔,允许头部在里面左右旋转,大小要适合佩戴者的头型。还有安装生理测试部件的空间,有利于排出人体呼出的二氧化碳和水蒸气。
除上述要求外,窗户还应具有良好的光学性能和宽广的视野。头壳前窗除了透光好之外,还要有防雾除湿的措施,因为航天员出舱时会遇到-150℃的低温,前窗内的温度也会下降。当它下降到空气的露点以下时,窗户上会形成雾气,妨碍宇航员的视线。目前采用的方法有通风除湿、双面开窗法、电加热开窗法、化学防雾剂等,以保证窗户的透明性。否则会影响航天任务的执行。比如1966年,美国双子座9号飞船的宇航员在太空飞行时,由于窗户上有雾,看不清外面的景象,未能完成太空行走中的具体太空任务。
衣领是连接服装和头盔的关键部件,分为上下两圈。穿戴服装和头盔时,应先连接上、下圈,再连接头盔和服装。要求穿脱方便,气密性和连接强度好。在紧急情况下,应有能使佩戴者快速脱开、连接和锁定的机构,以便于与头盔或服装及时脱开或连接。
神舟七号宇航服综合分析
航天员穿的宇航服按功能可分为舱内宇航服和舱外宇航服。舱内航天服也叫应急航天服。当载人飞船的舱体发生泄漏,压力突然下降时,航天员及时穿上,接通舱内供氧供气系统,服装会立即增压供气,可以提供一定的温度保护和通讯功能。航天员通常在飞船上升、变轨、着陆等事故多发阶段穿着舱内航天服,但在正常飞行中不需要穿着。
杨利伟、费龙军和聂海胜穿着舱内航天服。由于神舟七号将实现太空行走,宇航员执行舱外任务时穿着的航天服将受到更大的考验,因此在研制中需要更多的技术突破。
舱外航天服是保障航天员安全有效出舱活动的重要手段。它的基本功能是保护宇航员免受太空恶劣环境的伤害,并为宇航员提供赖以生存的微环境。随着载人航天科技的发展,航天员出舱活动越来越频繁,出舱活动时间越来越长,这对舱外航天服的设计提出了更高的要求。
舱外航天服的外层防护材料是其形成的关键,应具备舱内航天服所不具备的防辐射、防紫外线、耐急冷、耐突发热等功能。因为出舱的航天员在面向太阳的一面可能会遇到200多摄氏度的高温,在面向太阳的一面可能会遇到零下摄氏度的低温。这种骤冷骤热的变化,必须使用特殊的材料和保护层。
中国自主设计的舱外航天服可以保护宇航员免受太空微流星体的撞击,并在一定程度上过滤辐射。
不仅隔热性好,散热性也很好。
为了应对极端的温度变化,大部分宇航服都会使用很多层纤维隔热,然后在最外层覆盖一层可以反射光线的面料。在呼吸过程中,每个人都会产生热量,所以宇航员无论何时工作都会产生大量的热量。如果不排除这种热量,皮肤会产生大量汗液并覆盖头盔,宇航员会严重脱水。
宇航服里有风扇或者水冷布,可以排走多余的热量。还有一种由一系列尼龙和弹性人造纤维与橡胶管交织而成的“长内裤”。从宇航服背部或从航天飞机通过管道送来的冷水将流经这些软管,带走宇航员产生的多余热量。
通信传输系统不可或缺。
宇航服上有一个纤维罩,里面有一个麦克风和扬声器,用于免提通信。通过宇航服中的发射器和接收器,宇航员可以与地面控制中心和其他宇航员通话。
对自治电力系统的要求很高。
它还可以帮助宇航员在航天飞机外自由行走。在这方面,美国的宇航服是最好的。他们的舱外航天服有一个由气体驱动的操纵杆装置。每当宇航员要向某个方向移动时,就会有气体从相应的位置喷出,使宇航员移动。这个装置提供的最大速度是每秒三米。
输送营养和排泄废物
每次太空行走都会持续很长时间,身体会不断产生尿液。如果在航天飞机里走进卫生间,在平衡航天飞机和航天服压力的过程中,会浪费太多时间。因此,宇航员会穿上吸收尿液和排泄物的衣服。工作完成后,布料将被丢弃。
宇航员需要的水放在塑料袋里。塑料袋可装1.9升饮用水,由航天员口部的一根小管和一根饮水管连接。塑料袋有一个长孔,可以放贝壳食物棒,供进行太空行走的宇航员食用。
在宇航服的密闭空间里,如果不清除二氧化碳,其浓度会上升到危险水平,宇航员就会死亡。空气会先进入一个装满木炭的盒子去除异味,然后进入二氧化碳过滤部分,再经过一个风扇,在净化器去除水蒸气后再回到水冷系统。气温维持在12.8摄氏度,宇航服上的转换装置可以提供长达7小时的氧气供应和二氧化碳排除。