太空生活
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导言:
太空出舱活动是人类航天史上尤其是载人航天发展史上的壮举。它既体现了破茧而出这一漫长过程的艰辛,又绽放出化蝶为舞时那一刹那的绚烂;既浸透着毕业时典礼般的狂欢,又承载着从幼年走向成熟那种仪式般的庄严。
在上篇中我们简要回顾了苏美两国的科研工作者对于太空出舱的大胆设想以及他们为了这一设想的实现所做出的艰辛努力。在下篇里,我们将着重介绍出舱航天服的设计和对于两种出舱方式的思考,并泼墨记录前苏联史上第一次同时也是人类史上的第一次太空出舱全过程。
整理/小文 小武
安全第一:出舱航天服的设计
太空处于真空状态[这种开头还是很突兀],没有大气层的保护,温度变化很大。太阳照射时温度可高于100℃,无阳光时,温度可低于-200℃。同时,在太空中还存在各种能伤害人体的宇宙辐射以及空间碎片、微流星体等。因此,要实现太空行走这一目标,就需要诸多特殊技术的保障,尤其是出舱航天服。出舱航天服的研制迫在眉睫。
一套装有便携式生命保障系统的舱外航天服就相当于一个微型载人航天器,它将航天员的身体与太空恶劣环境隔离开来,并向航天员提供一个相当于地面的工作环境,包括提供氧气、正常气压、排放二氧化碳、保证舒适的温度和抵御宇宙辐射等维持生命所需的各种条件。与舱内航天服相比,它多了3层:一是真空隔热层,用于保护航天员不受舱外环境过热、过冷的侵袭;二是液冷层,把航天员身体产生的热量散掉;三是防护层,能防太阳辐射并装有连接其它设备的接口。
舱外航天服由服装、头盔、手套和航天靴等组成,其中结构最复杂的是服装,我们已经知道它由多层组成。其中最里层的是液冷通风服的衬里;衬里外面是液冷通风服,这种服装由尼龙弹性纤维和穿在上面的许多输送冷却液的塑料细管制成;液冷通风服外是加压气密层;然后是限制加压气密层向外膨胀的限制层;最外面的防护层除了有防高热、防磨损和保护内部各层的功能外,还要有防太阳辐射的功能和连接其它装备的接口。例如,与航天员舱外活动时的脐带连接口,与身背携带式生保环境装备、载人机动装置的连接口等。
此外,出舱航天服的背部还有一个生命背包。这个“神奇的背包”能隔热保暖,维持身体所需要的温度,防止高低温伤害。它还有供氧、供水和可进食的能力,控制二氧化碳浓度和处理大小便以及各种有害气体的能力,保持一定温度的能力等。为了便于行走和作业操作,它的关节部位可以灵活地弯曲和转动。
惊鸿霓裳:金鹰航天服
世界上最早期的航天服都是在高空加压服的基础上改进而成,舱内航天服是这样,舱外航天服也不例外。为前苏联第一次进入太空而设计的第一款航天服取名为金鹰,人称“金鹰航天服”。它是由在高空飞行的航空飞行员和“东方”号上的第一名航天员所穿的SK-1完全压力服,以及20世纪50年代后期星星公司所开发的实验用的S-10完全压力服发展而来的。
由SK-1发展而来的特征包括,贴身层为一层束身层,臂部和手套连为一体;腿的保护层和内部通风系统是从S-10发展而来的。舱外航天服被设计为4层,最内层的束身层是由尼龙纤维构成的,具有很强的拉伸性。裹在束身层外面是原始囊和备份囊,其特征是一层橡胶内部有一条尼龙线,它和内部的通风系统连在一起。由于航天器外部需要进行温度控制,又增加了一个新的特殊构造层,即最外层为多层复合结构,能够隔绝真空中多变的温度。舱外航天服还增加了单独的压力手套和长靴子,此外,还有不旋转的金属头盔,头盔上装有可转动的面窗以及过滤装置,这是在GSH-8飞行员压力头盔的基础上发展而来的。
由于设计了气闸舱,在没有对通过舱门供给航天服氧气做很大的改动情况下,限制了在出舱活动中脐带的作用。因此专门设计了一种供航天员在出舱活动中使用的背包。这个背包被称为KP-55。
两条路:脐带式与自由式
航天员实现太空行走的方式有两种:脐带式和自由式。
脐带式就是给出舱航天员系上一根安全带。因为很像人出生时的“脐带”,所以才称之为“脐带式”太空行走。这条带子一般不超过5米,主要两个作用:一是提供生命保障功能。航天员在舱外所需要的氧气、压力、冷却工质、电源和通信等都是通过“脐带”由载人航天器提供的;二是起保险作用,防止航天员漂离载人航天器太远而回不来。前苏联在进行世界上第一次太空行走时所采用的就是“脐带式”太空行走。
另一种就是不系安全带,通常称之为“自由式”。即航天员身背一个可控制的喷气背包(又称太空摩托艇)自由飞行。自由式的优点是航天员活动范围大,可达近百米。航天员还可通过绑在航天服前面的开关控制喷气,实现各个方向的移动。这种方式的缺点是喷气背包太重,达111千克。在早期的出舱活动中最常采用的还是“脐带式”。
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