太空無(wú)紡宇航服

牟汝佳

一些纖維具有極強(qiáng)的高功能,晶硅石英已成為世界上最潔凈的纖維材料。由于它具有抗內(nèi)溫效應(yīng),無(wú)紡石英毯被大量用于隔熱或太空火箭的熱保護(hù)系統(tǒng)。這類無(wú)紡品耐受溫度達(dá)1050℃高溫,其高爆抗溫力超過(guò)1200℃。石英纖維具有十分純凈的化學(xué)性。制作工藝要先制成石英棒,然后整合成纖維,其無(wú)紡加工性與樹(shù)脂的兼容性都很強(qiáng)。這樣的纖維可制成單紗、粗紗、毛紗、低密度氈制品和股紗。而粗紗則可制成無(wú)定形的連續(xù)纏結(jié)無(wú)紡品,無(wú)色無(wú)味,也無(wú)揮發(fā)性。

這樣的纖維直徑為4～9μm。為了給火箭提供熱保護(hù),石英毛也被用作火箭發(fā)射裝置和太空交通工具的隔熱材料。石英毛的其他應(yīng)用也很神奇,它可用作酸性液體和油類的過(guò)濾材質(zhì),還用作火爐耐火材料,也用在半導(dǎo)體高溫隔熱工業(yè),還可用作生產(chǎn)重型卡車催化排氣凈化器材質(zhì)。

石英毛浸透有機(jī)粘接劑可制成低密度無(wú)紡氈,用于航空器,在高熔點(diǎn)合金錫箔紙間銜接可抗震,具有很高的壽命。因此在軍事航空領(lǐng)域和民用工業(yè)都很有應(yīng)用價(jià)值。不僅如此,用針刺無(wú)緯石英纖維制成的材料用于飛機(jī)引擎絕熱也十分有效。工業(yè)高溫爐和光纖維絕熱應(yīng)用也已相當(dāng)廣泛。

歐洲還利用這類無(wú)紡品設(shè)計(jì)出對(duì)地靜止軌道的傳輸有效載荷或地球低級(jí)軌道體系。由于這種材料屬于預(yù)制氧化碳,法國(guó)杜弗洛工業(yè)公司利用它開(kāi)發(fā)抗強(qiáng)震材料,用以作為卡車和托運(yùn)集裝箱的減震器。

2011年4月12日-15日,日內(nèi)瓦將舉辦INDEX無(wú)紡博覽會(huì),屆時(shí)將有多種新品問(wèn)世。其實(shí),早在2008年,瑞士舉辦的INDEX博覽會(huì),納米纖維就通過(guò)電鍍技術(shù),被廣泛應(yīng)用于無(wú)紡過(guò)濾器。我們看到的宇航服已經(jīng)屬于噴射型納米纖維無(wú)紡材料,不僅用于制服首層,而且其他層也采用這類材料。

采用石英毛纖維,最初產(chǎn)生于美國(guó)麻省理工學(xué)院。該大學(xué)專家最先開(kāi)發(fā)出緊身的太空型宇航服,稱之為BioSuit(生物制服),正式替代加壓型大體積的笨重宇航服。最新開(kāi)發(fā)出的宇航服也很具有韌性和靈活性。

專家確信,作為人體第二層皮膚,這類外層涂噴宇航服屬于有機(jī)性無(wú)紡品,能自然分解,它使宇航員在滿是塵埃的太空行走自如。這類制服照樣可啟動(dòng)人造肌纖維的電池發(fā)電,讓第二層皮膚給宇航員提供動(dòng)力。

這類太空服體系還可鑲嵌通信設(shè)備、產(chǎn)生生物功能,借助電腦的作用在太空中行走或攀爬裝置。美國(guó)宇航局就將其稱為“戶外車輛活動(dòng)”(EVA)。

美國(guó)麻省理工學(xué)院宇航太空工程系教授達(dá)華·紐曼說(shuō),“當(dāng)人類登上月球或火星時(shí),或許不會(huì)將其作為永久居住地,但這種宇航服卻會(huì)永久性加以利用”。

美國(guó)前宇航員太空漫步者杰弗里·霍夫曼曾配合紐曼教授及其同行夜以繼日地工作,歷經(jīng)數(shù)年艱辛探索,他們終于開(kāi)發(fā)出這種太空服。過(guò)去的太空服可給穿者加壓至20千帕斯卡,但最新產(chǎn)品卻可加壓至25~30kPa,已超越地球氣壓三分之一。因此,很明顯,BioSuit具有很高的太空利用價(jià)值。這種完全功能化的太空服在十年內(nèi)即可為宇宙旅行大批量生產(chǎn)。

這類太空服還有內(nèi)置“心臟”,它是一種機(jī)械計(jì)數(shù)器,與材料內(nèi)層緊密粘貼,同時(shí)又具有柔韌性和保護(hù)宇航員身體的功能。不僅如此,它還能顯示人體運(yùn)動(dòng)性三維立體圖,即人體在太空移動(dòng)時(shí),地面人員可見(jiàn)宇航員體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀況。

穿上傳統(tǒng)宇航服,宇航員的手臂和大腿的移動(dòng)受到限制,但這種太空服卻開(kāi)了先河,讓宇航員具有了更大的靈活性。

美國(guó)宇航局最新開(kāi)發(fā)的宇宙飛船,外部移動(dòng)式宇航服也與俄羅斯太空服一樣,宇航員身穿的任何加壓設(shè)備都包含了可透氣性。由于背包生命支持系統(tǒng)的作用,宇航服外層又限制了太空服的移動(dòng)性并要求宇航員用自身力量克服制服帶來(lái)的不便。無(wú)論是美國(guó)還是俄羅斯,他們開(kāi)發(fā)的最新宇航服都只能用于太空行走,而不能用于太空飄浮。

為設(shè)計(jì)更大的移動(dòng)性,強(qiáng)化人類的太空能力,紐曼希望生物制服能為普通人利用,即可裁剪并當(dāng)作運(yùn)動(dòng)服穿,也可為將來(lái)人類登上火星做準(zhǔn)備。

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