“星際線”艙內(nèi)航天服高調(diào)曝光

□ 田鋒

“星際線”艙內(nèi)航天服高調(diào)曝光

□ 田鋒

美國(guó)波音公司近日首次高調(diào)曝光了旗下“星際線”（Starliner，亦稱CST-100飛船）載人飛船的配套艙內(nèi)航天服，這款航天服在美國(guó)航天飛機(jī)時(shí)代艙內(nèi)航天服的基礎(chǔ)上做出了眾多改進(jìn)。新一代的載人飛船自然要有新一代的航天服，波音公司雖然在飛船研發(fā)上進(jìn)度落后，艙內(nèi)航天服反倒提前曝光。雖然媒體對(duì)這套“藍(lán)精靈”航天服的外觀褒貶不一，但是隨著美國(guó)民營(yíng)航天的大踏步前進(jìn)，載人航天從“大國(guó)游戲”向“企業(yè)特產(chǎn)”的逐漸轉(zhuǎn)變，航天服的設(shè)計(jì)已經(jīng)越來越多地開始融入企業(yè)的自有風(fēng)格和設(shè)計(jì)思想。

航天服主要分為兩種，一種是艙內(nèi)航天服，一種是艙外航天服。兩者區(qū)別很大，一般用于不同環(huán)境和工作場(chǎng)合。艙內(nèi)航天服一般是在載人飛船和航天飛機(jī)等有生保系統(tǒng)的加壓環(huán)境內(nèi)穿著使用，而艙外航天服則是獨(dú)立在太空環(huán)境中工作時(shí)穿著，也就是艙外活動(dòng)時(shí)使用，可以視為一個(gè)微縮版的載人飛船。相對(duì)艙內(nèi)航天服而言，艙外航天服的防護(hù)功能必須非常周全，需要避免有害的宇宙射線和小的空間碎片傷害航天員，因此難度和復(fù)雜度相對(duì)更高。當(dāng)然也有部分艙內(nèi)艙外兩用航天服，比如正在研制中的“獵戶座”飛船配套航天服（美國(guó)早期的雙子星計(jì)劃時(shí)期航天服也是內(nèi)外通用）。

波音航天服

更輕，更方便，更“波音”——新航天服的設(shè)計(jì)路線

在航天飛機(jī)退役前，美國(guó)一直使用的是ACES艙內(nèi)航天服，這款航天服自1994年的STS-65任務(wù)開始使用，直至2011年航天飛機(jī)停飛后退役，而未來將被太空探索公司和波音公司的各自航天服所替代。波音公司在承接NASA授出的“商業(yè)載人航天”項(xiàng)目合同后，將采用旗下“宇宙神”5火箭（實(shí)際隸屬ULA）+“星際線”飛船+新式航天服的組合，從這個(gè)角度來講，波音公司基本具備了完備的載人航天能力。當(dāng)然，作為競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的太空探索公司也是“獵鷹”9火箭+載人“龍”飛船+自研航天服的類似路線。值得注意的是，波音公司所采用的“宇宙神”5火箭和“星際線”飛船連接段最新添加了一段“氣動(dòng)裙邊”，這是因?yàn)椴ㄒ艄驹诖?箭一體的風(fēng)洞試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了氣動(dòng)問題，而氣動(dòng)問題是由于“星際線”飛船到“半人馬座”上面級(jí)之間箭體過渡過于陡峭所導(dǎo)致。這些設(shè)計(jì)變更不可避免地導(dǎo)致了整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)度的進(jìn)一步遲滯，但是NASA對(duì)波音公司這種認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度給予了肯定。

在航天飛機(jī)時(shí)代，ACES艙內(nèi)航天服加上頸環(huán)等配件后的重量約30磅，約合13.6千克，想象一下穿著一件渾身布滿管路、柔性關(guān)節(jié)、傳感器的衣服，還頂著一個(gè)巨大的硬質(zhì)頭盔，確實(shí)很麻煩。除非經(jīng)過專業(yè)訓(xùn)練，一個(gè)人是很難穿進(jìn)去

的，大多都需要其他人協(xié)助穿

脫。而且為了密封，部分整體套身式設(shè)計(jì)的航天服還必須從腰部以上鉆進(jìn)去，再把上半部分套在身上，因此這種航天服的單人穿脫性能就更差了。而波音公司新款航天服經(jīng)充分減重后重量約12磅，約合5.4千克，減重高達(dá)60%。

波音航天服的充氣狀態(tài)

此外，這款航天服還采用了其他特殊設(shè)計(jì)，尤其是在以往艙內(nèi)航天服為人詬病的穿脫簡(jiǎn)便性方面。波音公司從新款航天服設(shè)計(jì)伊始，就邀請(qǐng)經(jīng)驗(yàn)豐富的試飛航天員參與反饋，商業(yè)載人航天計(jì)劃中的4位試飛航天員全都是歷經(jīng)過航天飛機(jī)時(shí)代的“老司機(jī)”。波音公司根據(jù)反饋，設(shè)計(jì)的新款頭盔更加小巧，不再通過硬質(zhì)金屬密封頸環(huán)連接，而是通過拉鏈開合。航天服的背部密封也是通過拉鏈完成的，這樣航天服的自行穿脫性能得到了提高，靈活性也相對(duì)提高，而且供氣軟管也被轉(zhuǎn)移到了軀干部分，對(duì)胸前操作的干擾更小。

當(dāng)然，一款航天服最引人注目的還是外觀。波音公司表示這款航天服采用了波音公司標(biāo)志的深藍(lán)色，因此跟傳統(tǒng)航天服相比外觀更加“炫酷”。

其實(shí)這并沒有什么稀奇的，艙內(nèi)航天服在配色上本身就相對(duì)靈活，并無嚴(yán)格的硬性要求，可以根據(jù)需求隨意選擇。美國(guó)在航天飛機(jī)時(shí)代選用橙色作為艙內(nèi)航天服的配色也是有原因的，這種顏色比較醒目，而且落入海里后還能防鯊魚。但是說到艙外航天服，顏色上就沒那么多自由了，基本都是白色，更談不上炫酷。這是因?yàn)樵谂撏饣顒?dòng)中，航天員向陽(yáng)面溫度上升快，溫度高達(dá)200℃左右，要減少熱量吸收；背陰面溫度低-100℃左右，需要減少熱量喪失，在這種情況下，白色能反射絕大部分太陽(yáng)熱輻射和宇宙輻射，而自身又能最大幅度減少熱輻射。

從左至右依次為：通訊耳機(jī)、體型定制及面罩

波音航天服技術(shù)特點(diǎn)

頭盔密封特寫

最新版宇宙神5和星際線組合照

觸控、耳麥、可定制——新航天服的黑科技

隨著技術(shù)的進(jìn)步，阿波羅時(shí)代厚重的紙質(zhì)手冊(cè)已經(jīng)被平板電腦替代。眾所周知，美國(guó)的新一代載人飛船都配備了大尺寸屏幕，但隔著手套是無法對(duì)電容觸控屏進(jìn)行操作的。因此波音公司的這款航天服還為手套部分設(shè)置了觸控交互點(diǎn)，以便于和屏幕、平板電腦等觸屏設(shè)備交互?！靶请H線”飛船的控制面板，跟載人“龍”飛船相比要保守一些，保留了大量的物理按鍵，但大屏幕依然十分顯眼；而太空探索公司的載人“龍”飛船則相對(duì)激進(jìn)，物理按鍵所剩無幾。觸控手套雖然確實(shí)是創(chuàng)新，但不算黑科技，淘寶上30塊包郵的手套都有這個(gè)功能。

從新式航天服的頭盔近景中，我們可以清晰地看到拉鏈密封結(jié)構(gòu)，當(dāng)然這種結(jié)構(gòu)是如何達(dá)到艙內(nèi)失壓情況下的密封性能的，還有待進(jìn)一步揭秘。除此之外，波音的新款航天服更加注重可定制性，由于更多采用了柔性可裁剪材質(zhì)，可以根據(jù)航天員高矮胖瘦“量體裁衣”，更加貼身舒適；所采用的靴子也是透氣和防滑的；前文提到的軀干區(qū)域拉鏈也將使航天員更容易地從坐姿過渡到站姿，腰部的扭動(dòng)限制也更少。

除了在發(fā)射和返回地球期間保護(hù)航天員外，航天服還增設(shè)了頭盔內(nèi)的通信耳麥幫助航天員與地面聯(lián)系。此外這套航天服兜帽般的軟性頭盔內(nèi)還配備了聚碳酸酯遮陽(yáng)板，能夠給予航天員更好的頭部視野和活動(dòng)空間。

事實(shí)上，這些“貼心”的航天服設(shè)計(jì)都是來自于“商業(yè)載人航天”項(xiàng)目中四位擔(dān)任試飛任務(wù)的“小白鼠”航天員的反饋。這幾位航天員結(jié)合以往豐富的載人航天經(jīng)驗(yàn)，為波音公司和太空探索公司提供設(shè)計(jì)需求和改進(jìn)方向，做出樣品后再由試飛航天員進(jìn)一步試穿和測(cè)試，一方面能夠持續(xù)改進(jìn)設(shè)計(jì)，另一方面也可以使試飛航天員充分適應(yīng)新款航天服。比如航天員威廉姆斯就曾在社交媒體上公開表示他對(duì)兩家新款航天服的期待，畢竟這就是他們未來的“保命服”。威廉姆斯做為試飛航天員之一，曾在太空累計(jì)生活300多天，累計(jì)艙外活動(dòng)長(zhǎng)達(dá)50多小時(shí)，分別乘坐過航天飛機(jī)和聯(lián)盟載人飛船，經(jīng)驗(yàn)相當(dāng)豐富。

作為競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，太空探索公司的航天服也正處在研發(fā)過程中，計(jì)劃于今年在飛船的環(huán)控和生保系統(tǒng)支持下開展一系列測(cè)試，并在適當(dāng)時(shí)機(jī)曝光其外形設(shè)計(jì)。

美俄航天服的設(shè)計(jì)——遵守基本設(shè)計(jì)要素和原則

波音公司的航天服雖然在很多方面做出了創(chuàng)新和改變，但是由于NASA會(huì)根據(jù)項(xiàng)目合同對(duì)各家自行研制的航天服進(jìn)行嚴(yán)格的安全審查，為了保證航天員安全，航天服的一些基本設(shè)計(jì)要素和原則仍舊得以保留和嚴(yán)格遵守。比如波音的這款艙內(nèi)航天服雖然是工作在“星際線”飛船的生保系統(tǒng)環(huán)境下，但依舊配備了復(fù)雜的內(nèi)部系統(tǒng)，像濕度調(diào)節(jié)、氧氣供應(yīng)、溫度調(diào)節(jié)、壓力維持、應(yīng)急充氣等等。這些系統(tǒng)不能單獨(dú)依靠航天服完成，必須通過管道和電纜連接飛船的生命保障系統(tǒng)或是便攜生保手提箱才能順利工作。整套系統(tǒng)共同形成了一個(gè)微型的生保環(huán)境，確保航天員在飛船艙內(nèi)失壓的極端條件下仍然能正常生存。

穿著波音航天服進(jìn)行艙內(nèi)合練

說起這些航天服的基本設(shè)計(jì)要求，不僅美國(guó)如此，俄羅斯（前蘇聯(lián)）也大同小異。這是因?yàn)樵谏鲜兰o(jì)載人航天的探索時(shí)期，蘇聯(lián)/俄羅斯和美國(guó)航天服的研制工作都是獨(dú)立開展的，而隨著國(guó)際政治格局的變化，國(guó)際交流與合作的增加，俄羅斯與美國(guó)航天服的技術(shù)差異逐漸模糊。兩個(gè)國(guó)家都經(jīng)歷了艙內(nèi)航天服、艙內(nèi)航天服與艙外航天服結(jié)合型航天服，到艙內(nèi)航天服與艙外航天服分開的發(fā)展路線。早期因?yàn)槭芎教炱鬟\(yùn)載能力所限，艙內(nèi)航天服與艙外航天服的組合實(shí)為不得已而為之。運(yùn)載能力的增加，為艙內(nèi)航天服和艙外航天服的單獨(dú)配置創(chuàng)造了必要條件。但是到了小布什總統(tǒng)時(shí)期，“星座計(jì)劃”中的“獵戶座”飛船研發(fā)時(shí)，由于其意向執(zhí)行的“小行星重定向任務(wù)”（ARM）中飛船空間有限，內(nèi)外航天服通用又成了一個(gè)選項(xiàng)。隨著該項(xiàng)目前景的黯淡，未來如何仍未可知。但歸根結(jié)底，美俄兩國(guó)航天服的設(shè)計(jì)雖風(fēng)格迥異，但總的來說還是“殊途同歸”。★