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抵御300度温差,中国空间站单人飞船

来源:空间站 时间:2024/3/14
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中国空间站建成后,11月17日,神舟十四航天员进行了第三次出舱活动,也就是太空行走。他们穿的舱外服,设计非常复杂,一套造价万人民币,可以使用15次。但未来,我国航天员也可能会驾驶微型太空船出舱。

随着科研力度的加强,维护任务的增多,出舱肯定会越来越频繁。11月17日,神舟十四号航天员陈冬、蔡旭哲,在刘洋的协同配合下,圆满完成了神舟十四乘组的第三次出舱活动,太空行走了5.5个小时。他们三个在太空干了啥呢?

由于空间站设备复杂,发射时很多装备并不是展开状态,也有很多设备需要定期维护甚至升级,免不了需要航天员出舱进行安置,这也是航天员的重要任务之一。毕竟有些活儿太复杂精细,机器设备还是无法代替人。

出舱就要面临宇宙环境,如何确保飞行员安全就是重中之重,那就需要优质舱外服。大家可能觉得舱外服显得特别笨重,其实这种设备不应该与日常衣服作对比,而是应该和宇宙飞船作对比,因为舱外服就是个小飞船,这么看是不是就小得多了?

航天员穿的不是1套衣服,而是6套

舱外服,要说简单也简单,头盔,衣服,再背个箱子,仅此而已。但这些设备哪个单独拎出来,都有无数技术问题需要研究和解决。

既要保温又要散热,既要结实又要柔软,舱外服只能通过新材料新技术,将6层不同需求的结构合在一起,看上去是一件衣服,其实航天员相当于穿了6件。分别要确保舒适性、保温性、散热性、气密、隔热和防火防辐射乃至防弹。

这样才能抵御微流星的撞击,度的温差,和长达数小时的作业强度。

冰火真空之下,安如泰山

航天员只要出舱,向阳面就高达度,背阴面低至零下度,前后度的温差。早些年苏联解决方案,就是把舱外服做成保温瓶,希望使用真空隔热设计降低温差。但这种航天服很笨拙。后来使用了蒸发换热器,散热效率只有不到瓦。直到有人发明了,散热效率提高到瓦,才算是解决了实用化问题。

靠着水循环和通风设计,确保了舱外服在不同工作角度下,内部人员的温度都最适宜,这背后需要对热平衡进行仔细调节,才能确保温差不超过1度。

为了解决强度与灵活性问题,舱外服上有很多金属关节和金属连接部件,这些设备的设计,直接决定了舱外服的灵活性。灵活性越高,航天员工作效率越高,工作时间越短,自然也就越省力越安全。

舱外活动呼吸的氧气要供应充足,排出的二氧化碳要及时吸收,这都需要在狭窄的服装里完成所有设备的设计,螺狮壳里做道场,难度非常大。最终所有设备都要放在身后的背包里。

一套舱外服,造价万

我国一套舱外服的造价,大约是万元人民币,虽然看上去价格不便宜,但考虑到这是一艘迷你太空飞船,内部设计极为复杂,这价格也不贵了。相比较,美国七八十年代时,一套舱外服的单价就超过了0万美元。

我国舱外服也进行了数次改进,第二代的舱外服,一次出舱时间从之前的4小时提高到8小时,意味着舱外活动效率提升了一倍。

此外,二代适配性好,不同身高外形的航天员都可以使用同一种款式,而且穿着方便,几分钟就能穿好。

至于灵活性,这款航天服可以确保在太空抓握5毫米的设备,想必在舱外打扑克、打麻将都问题不大。

未来,舱外服还真可能变成宇宙飞船

目前的舱外服重量公斤,寿命3年,可使用15次。虽然已经足以满足目前太空探索需求,但未来随着中国空间站越来越大,舱外活动和维护更频繁,也确实需要提前布局,研究新一代的舱外设备。

我国就有研究材料,设想了一款微型载人操作舱。优点是不需要飞行员穿脱设备,直接从舱门进出即可,速度大幅提升。

更大的操作舱可以安装更多的维生和防护设备,航天员在里面更安全,也更舒适自由,甚至在工作途中吃饭休息,一次出舱十几个小时都没问题,不容易疲劳。

载人操作舱还可以拓展不同设备,泛用性更强。

当然,这只是我国科研人员的一个设想,随着智能水平提升,我国甚至有可能直接跨过这一阶段,利用智能化设备或者更灵活的机械手,远程指挥操作即可解决问题,全程连空间站都不用出。

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