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《流浪地球》火了,真正的航天服竟藏了這麼多高分子材料!

發表時間: 2019-05-30 15:24:04

作者: 蘇州騰蛇科技發展有限公司

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近日,一部名叫《流浪地球》的國產科幻電影引爆賀歲檔,成為了春節期間的熱門話題。而有一樣裝備,在影片中發揮了巨大作用——那就是配備透明頭盔的防護服。

無論是裝備外骨骼裝甲的軍方,在地表進行運輸作業的平民,還是太空中協助空間站引領地球“流浪”的領航員,無不穿著這一外觀上非常相似的服裝。不過,雖然所有的防護服都配備了一個像燈泡一樣的頭盔,他們的性能則各有不同。

地表上行動的人們,無論是平民還是軍人,所穿著的防護服主要是為了保護他們能夠在地表嚴苛氣候下行動。

而領航員的服裝則就是為了保護在太空環境下人類得以生存,適應太空環境作業的航天服啦。影片中的航天服既符合目前宇航員航天服的質感,同時還結合了未來的科技感。

那麼,真正的航天服又是由哪些材料組成的呢?為什麼宇航員需要穿上這一身特製的航天服才能上天?一起來了解一下吧!

航天服(spacesuit

航天服是保障航天員的生命活動和工作能力的個人密閉裝備。是在飛行員密閉服的基礎上發展起來的多功能服裝,可防護空間的真空、高低溫、太陽輻射和微流星等環境因素對人體的危害。

航天服能構成適於宇航員生活的人體小氣候。在真空環境中,人體血液中含有的氮氣會變成氣體,使體積膨脹。如果人不穿加壓氣密的航天服,就會因體內外的壓差懸殊而發生生命危險。

它在結構上分為6層:

①內衣舒適層:宇航員在長期飛行過程中不能洗換衣服,大量的皮脂、汗液等會汙染內衣,故選用質地柔軟、吸濕性和透氣性良好的棉針織品製做。

②保暖層:在環境溫度變化範圍不大的情況下,保暖層用以保持舒適的溫度環境。選用保暖性好、熱阻大、柔軟、重量輕的材料,如合成纖維絮片、羊毛和絲綿等。

③通風服和水冷服(液冷服):在宇航員體熱過高的情況下,通風服和水冷服以不同的方式散發熱量。若人體產熱量超過350大卡/小時(如在艙外活動),通風服便不能滿足散熱要求,這時即由水冷服降溫。通風服和水冷服多采用抗壓、耐用、柔軟的塑料管製成,如聚氯乙烯管尼龍膜等。

④氣密限製層:在真空環境中,隻有保持宇航員身體周圍有一定壓力時才能保證宇航員的生命安全。因此氣密層采用氣密性好的塗氯丁尼龍膠布等材料製成。限製層選用強度高、伸長率低的織物,一般用滌綸織物製成。由於加壓後活動困難,各關節部位采用各種結構形式:如網狀織物形式、波紋管式、桔瓣式等,配合氣密軸承轉動結構以改善其活動性。

⑤隔熱層:也叫真空隔熱層。宇航員在艙外活動時,隔熱層起過熱或過冷保護作用。它用多層鍍鋁聚酰亞胺薄膜聚酯薄膜並在各層之間夾以無紡織布製成。各膜之間用網絡物隔開,貼在一起形成屏蔽。它有良好的隔熱和防輻射作用,艙外航天服必須有這層。

⑥外罩防護層:是宇航服最外的一層,要求防火、防熱輻射和防宇宙空間各種因素(微流星、宇宙線等)對人體的危害。這一層大部分用鍍鋁織物製成。這個外套要求防磨損力強、耐高溫,除能防護內部各層不受損壞外,還要注意到顏色,一般用白色或金黃色為好。

與宇航服配套的還有頭盔、手套、靴子等。

早期的航天服隻能供航天員在飛船座艙內使用,後研製出艙外用航天服。現代新型的艙外用航天服有液冷降溫結構,可供航天員出艙活動或登月考察。

艙外機動套裝(EMU

最為大眾熟知的艙外航天服可能要屬美國宇航局(NASA)的艙外機動套裝(EMU),這一航天服就像一個私人迷你宇宙飛船。

隨身生命維持系統(PLSS

EMU有許多零件,在層層布料之外,還配備了包括氧氣罐的隨身生命維持系統(PLSS),這一隨身生命維持系統像背包一樣穿著,為航天員提供了在太空行走中生存的必備品。

PLSS擁有液冷設備,用於循環氧氣的風扇和雙向無線電。隨身生命維持系統中的警示和警告系統能夠讓宇航員了解這件衣服狀態是否良好。該系統覆蓋有保護布層。

上軀幹組件

航天服的上軀幹組件包括上身玻璃纖維硬殼(HUT)和手臂組件。

上身玻璃纖維硬殼

上身玻璃纖維硬殼覆蓋胸部和背部。它是一種由玻璃纖維製成的背心,這一材料通常應用於汽車及遊泳池。顯示和控製模塊,以及隨身生命維持系統會鏈接在這一部分。這部分的一個重要功能是它可以連接排水和氧氣流管子。

手臂組件

手臂組件可根據宇航員提供不同尺寸。定徑環可以使手臂部件更長或更短。

艙外活動(EVA)手套

由於宇航員必須能夠在穿戴航天服的同時能使用和拾取物品,艙外活動(EVA)手套用於保護宇航員免受太空環境的傷害,並設計為便於宇航員盡可能輕鬆地移動他們的手指。

由於手指位於身體的末端,這些手套在指尖有加熱器。通過軸承部件,手套能夠連接到套管,並允許手腕轉動。

顯示和控製模塊

該模塊是艙外航天服的控製面板。模塊上有開關、控製器、儀表和電子顯示屏。宇航員可以從該模塊操作隨身生命維持系統。

喝水包

使用魔術貼將塑料喝水包固定在上身玻璃纖維硬殼的內側。塑料袋內帶有閥門的塑料管,可從袋子中伸出,管和閥門可以調整到靠近宇航員的嘴邊。宇航員可通過咬住閥門打開管子喝水,停止咬合即可關閉閥門。

下軀幹組件

下軀幹組件由航天服褲子,靴子和腰部下半部分組成。其中腰部軸承部件可以幫助宇航員移動和轉動。金屬體密封閉合將下軀幹組件連接到堅硬的上軀幹組件上。

下軀幹組件有D形環以連接系繩,從而將宇航員鏈連接到飛船上,保護宇航員不會飄走。

頭盔

除了覆蓋宇航員的頭部,頭盔還有一個通風墊。該墊將氧氣從隨身生命維持系統和上身玻璃纖維硬殼引導至頭盔的前部。

頭盔使氧氣保持在頭部周圍,並維持穩定的氣壓下。頭盔的主要部分是透明的塑料泡沫

氣泡型的頭盔覆蓋了艙外遮陽板組件,遮陽板上塗有一層薄薄的金,可以過濾掉太陽的有害射線。遮陽板還可以保護宇航員免受極端溫度和可能存在潛在撞擊危險的小物體危害。

頭盔上可安裝電視攝像頭和燈。

通信頭戴

通信頭戴起到對講機的作用。提供宇航員穿著壓力服時,在飛船發射、軌道壓力應急和返回過程中的通話。同時,具有很好的保護宇航員聽覺器官免受噪聲危害的功能。

通信頭戴裝置由防噪聲耳罩、堅固耐用的送話器、網狀結構的通信帽套以及保證可聽聲壓級的語音放大器組成。

液冷通風服

大多數長內衣主要是用於保暖,而這款液冷通風內衣讓宇航員在太空漫步時保持涼爽。它由彈性氨綸材料製成,配備91.5米的窄管。

通過將水泵入宇航員皮膚附近的管道,使冷卻水在機組人員的整個身體周圍循環,從而消除宇航員運動產生的額外熱量。服裝上的通風口從宇航員身上抽出汗水,這些汗水在水冷系統中循環使用。此外,通過手腕和腳踝處吸入氧氣,以幫助氧氣在航天服內循環。

成人尿布(最大吸收量)

因為艙外行動通常持續超過六個小時,宇航員需要穿著成人尿布,在他們的航天服下面有額外的吸收材料。

艙外活動簡便救援裝置(SAFER

艙外活動簡便救援裝置(SAFER)就像一件救生衣。在空間站工作的宇航員都會穿著SAFER。宇航員通常通過系繩連接到空間站。如果一名宇航員漂向太空,SAFER將幫助他/她飛回空間站。

SAFER像背包一樣穿著。它使用小型氮氣噴射推進器讓宇航員在太空中移動。宇航員可以用一個小操縱杆控製SAFER。

腕鏡

穿著航天服時,宇航員無法看到顯示和控製模塊的正面。為了看到控製器,宇航員在袖子上佩戴一個腕鏡,用於查看模塊正面的設置。

航天服分層材料

NASA現有的艙外航天服有14層材料,近130公斤重,以保護宇航員在太空行走。

液冷通風服構成前3層。第4層是囊層,它為身體創造了適當的壓力,存在於呼吸氧氣中。第5層使用與野營帳篷相同的材料製成,使囊層保持在宇航員身體周圍的正確形狀。第6層是防撕裂襯裏的抗撕裂層

接下來的7層是聚酯薄膜絕緣層,使得航天服就像熱水瓶一樣。這些層可以防止溫度在內部變化。它們還可以保護宇航員免受在空間飛行的小型高速物體的傷害。

航天服最外層由3種織物的混合物製成,分別具有防水、防彈、防火特性。

袖口清單

袖口清單佩戴在宇航員的手腕上,宇航員會在太空漫步時穿上他們將要完成的任務的簡短清單。

安全系繩

安全系繩的一端連接著宇航員。另一端連接到飛船。安全系繩使宇航員不會漂進太空。


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