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世界最复杂最独特的技术——宇航服材料的秘密

发表时间:2015/5/18

目前来说,宇航服属于现在世界上最复杂也最独特的技术,它就像个小型的私人飞机,为宇航员在太空生存提供保护。由于太空生存的复杂性,设计一件宇航服需要多种组件和材料。

 

阿波罗套装航天服

组成舱外移动装置( ExtravehicularMobility Unit,EMU)的不同层

现代太空服由14层不同材料组成,它们在宇航员的太空生存中扮演着各自不同的角色。

液体冷却通风服

宇航服的最内三层组成了液体冷却通风服。它是由氨纶制成,比较薄,能舒适地贴在宇航员身上。这层衣服的作用主要是降温,它表面附有约300英尺的管道,能以水冷的方式给宇航员的身体降温。

这些水有些来自于宇航员身后的背包,有些由航天器通过管道补给,有些则是将宇航员自身排出的汗水和所呼出二氧化碳中带出的水蒸气循环利用得到的。

压力囊

在液体冷却通风服之上便是压力囊,这层可以说是关系到宇航员的生死存亡。压力囊能提供一定量的氧气使宇航员在这个密闭空间内呼吸,同时能在宇航员周围保持适当的动态压力。

在压力囊之上的一层材料与压力囊同样重要。这层材料有助于压力囊保持一定的形状。你可能会发现这层材料的材质与帐篷上的某种材料相同,相似地,它也能使帐篷维持一定的形状。

防撕裂层

接下来的一层材料是防撕裂层。任何直接暴露于太空的行为都是十分危险的,而该层材料能专门抵御可能存在的撕裂风险,因此被恰当地称为防撕裂层。

聚酯薄膜隔绝层

在防撕裂层之上则是7层聚酯薄膜隔绝层,这些材料常用于食品储存包装。隔绝层的材料能使宇航员的体温保持恒定,就像稳定食品温度的保温瓶或冷却器一样。

宇航服的最上层

宇航服的最上层则由三层具有不同作用的材料构成。芳纶这种通常用来做防弹背心的材料则在其中构成一层,主要起保护作用。而其他两层所起的作用却截然相反,一层为防水材料,一层为防火材料。

克服宇宙中的障碍

宇宙中的几乎每一方面都被认为是宇航服所要克服的障碍。而宇航服的各个部件甚至要比以上所表述的更为细化。

例如,遮阳板组件内含有金,可以在没有大气保护的情况下过滤太空中大量强烈的太阳光。

该遮阳板组件中还含有一整块防冲击盖,可与头盔配合使用,不仅起到额外的隔热作用,还能防止可能的太空碎片冲击。

即使是头盔中会起雾这样的小问题也需要一种特殊的防雾剂来应对,每次太空行走之前需要喷洒这种防雾剂。

而太空中重力的缺失会使太空行走面临零件或工具丢失的风险,因此宇航服的每个手指尖都覆盖了一层橡胶材料,能让宇航员保持抓力。

太空中极度寒冷,而人体的四肢却又对此极为敏感。因此,宇航服手套中含有微型加热器。尽管上述这些组件对宇航服的功能来说都是必要的,但是它们却违背了宇航服轻量化和蓬松化的要求,使得宇航服的总重约在130公斤。

利用玻璃纤维

要怎样才能使宇航服坚固到足以将这些零件组合到一起呢?答案就是采用玻璃纤维。

玻璃纤维实际上是由玻璃制成的,这与窗户或玻璃碗中所用到的玻璃是一样的。但与吹制的玻璃制品不同,玻纤是将熔融玻璃通过极细的小孔制成纤维而得到的。

这种极细的纤维然后被纺织并与树脂粘结在一起,使其具备硬且轻便的弹性形状,然后这种玻纤就可被制成从船到飞机等各种制品。

而在宇航服中,玻纤被制成坚硬的上肢躯干部分以支撑厚重的头盔、生命维系背包、控制模块以及胳膊和腿等。

 

未来的宇航服材料

研究人员一直不断地为未来的宇航服寻找新材料,在不久的将来我们很可能会看到全新设计的宇航服。

形状记忆合金线圈实质上是一种加热后能恢复到未拉伸状态的弹簧。衣服上的这些线圈串联后所产生的压力恰好能维持人体在太空中生存。

现代的宇航服是通过压力囊来产生压力,而这种未来宇航服则是通过机械挤压人体而产生同样的压力。这就意味着未来的宇航服绝不会像现在这样如此笨重。

采用这种形状记忆合金线圈的另一大优点就是当它们恢复到原有形状时能够挤压宇航员身体产生压力,而当对其冷却时,它们就会回到伸展状态,使宇航员从宇航服中出来。

要想将这种宇航服变为现实,仍有许多挑战性的设计有待完成,但是这一概念依然很激动人心,相信我们很快就会在各种科幻小说中看到这种宇航服。

(来源:新材料在线)