2016年11月11日 星期五 09:15:33
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未来宇航服长啥样?灵活且轻薄!

发表时间:2018/11/27

在阿波罗登月壮举之后,人们一直在探索更深远的太空。如美国以载人火星登陆为长远目标持续推进新技术、新系统的研发,并将目光瞄向太阳系的更远端天体。可以预见,未来人类的脚步将踏上更多的星球。



作为载人航天必不可少的防护装备,这些新的太空探索活动需要更先进的宇航服来迎接不同太空环境的挑战,如火星重力仅为地球的1/3,且其空间环境存在CO2含量高达95%的微真空大气层、温差变化大(-120~20 ℃)、尘暴与微流星危害以及极强烈的辐射环境等,为火星航天服的设计提出了严苛的要求。此外,由于空间站时代频繁的舱外探测活动,未来宇航服不仅要满足新的太空环境对宇航服功能的新要求,还要为宇航服减重、增加灵活性,以便更好地执行各项空间考察实验任务。



宇航服是一个非常复杂的系统,相当于一艘小型的太空飞船。目前,航天服使用的纤维制品主要是尼龙经编织物、PU涂层尼龙织物、氯丁橡胶涂敷尼龙织物以及聚四氟乙烯、Kevlar®和Nomex®等纤维制品。为了保护宇航员舱外行走的安全性,阿波罗探月航天服的面料甚至达21层之多,由柔软部位与刚性部位组合提供支撑、移动和舒适性功能。




与阿波罗探月宇航服相比,NASA为火星开发的新一代的NDX-1型宇航服由包括Kevlar®和碳纤维在内的多达350种材料构成,且明显实现了轻量化,其厚度可控制在4.8 mm左右,可适应极端的环境条件。




NDX-1宇航服虽然在减重和灵活性上均有了一定程度的提高,但本质上还是柔性结构和刚性结构的组合,在此基础上,麻省理工学院(MIT)的Dava Newman教授团队提出了一种像“第二层皮肤”一般的更轻薄的火星宇航服BioSuitTM



该宇航服系统的最大特点在于融合了记忆合金、被动弹性材料和静电纺丝材料,采用半刚性的压力条带固定在柔性紧身服装上制成的反压力服,替代了传统宇航服装所需的笨重的充气式压力限制层,从而可大大减轻重量和提升灵活性。其中,1000多英尺半刚性的压力条通过压力计算和设计,通过14万个针脚按照合理的图案布置在服装的临界应变点处,以为宇航员提供足够和舒适的压力。



其另一大优势在于,当服装受到磨损或微流星穿刺破坏时,可通过一种高科技的Ace胶带进行修补,而普通宇航服在充气压力限制层破坏后压力会瞬间消失,使宇航员处于危险之中。此外,通过将金纤维编织到服装中,并与生物传感器配合,BioSuitTM还可以收集宇航员的身体数据,帮助地面指挥中心时刻监测宇航员的身体状况。但由于系统复杂性,目前BioSuitTM还处在地面测试和改进阶段,并未公布进一步的太空测试和使用时间。



更多信息,请参见《纺织导报(产业用纺织品专刊)》。