穿上新衣服，去月亮上撒歡吧

文/松堂

▲ 布里登斯汀與穿著“獵戶座”起降航天服的男工程師互動(dòng)

2019年10月15日，美國宇航局高調(diào)發(fā)布了新一代航天服，包括起降時(shí)穿的“獵戶座飛船生存服”和出艙穿的“艙外探索機(jī)動(dòng)裝置”（xEMU）。美國宇航局局長布里登斯汀親自主持發(fā)布會(huì)，穿著航天服出場的則是美國宇航局航天服部門的女工程師克里登斯汀·戴維斯。“獵戶座飛船生存服”看上去和過去的航天飛機(jī)艙內(nèi)服區(qū)別不大，但xEMU的看上去就完全不同了。這種新航天服會(huì)給我們帶來星際時(shí)代的全新體驗(yàn)嗎？

阿爾忒彌斯計(jì)劃的產(chǎn)物

在討論這兩種新航天服之前，必須提到一個(gè)叫做阿爾忒彌斯的計(jì)劃。這正是美國宇航局在2024年前載人重返月球計(jì)劃的正式名稱。“獵戶座飛船生存服”和xEMU都是阿爾忒彌斯計(jì)劃的一部分。

我們曾經(jīng)討論過特朗普提出的2024年重返月球計(jì)劃。雖然這位大嘴巴總統(tǒng)已經(jīng)好久沒繼續(xù)討論他的激進(jìn)時(shí)間表了，也沒有為此而撥出更多經(jīng)費(fèi)，但是也并沒有撤回這個(gè)目標(biāo)。所以美國宇航局只能抱著寧可信其有的態(tài)度，來制定自己的相關(guān)時(shí)間表。而且在2024重返月球這個(gè)大目標(biāo)下，還有很多小的分支目標(biāo)，其中就包括了要讓一位女性航天員參加，實(shí)現(xiàn)女性第一次登上外星。

2024年重返月球任務(wù)被美國宇航局命名為阿爾忒彌斯任務(wù)，這個(gè)詞匯本身就有著強(qiáng)烈女性意味。阿爾忒彌斯不但是希臘神話中的狩獵女神，還身兼大自然女神、弓箭與射術(shù)的女神、接生與新生兒的女神、豐產(chǎn)與孕育的女神、戰(zhàn)爭女神、疫病與死亡的女神、康復(fù)女神、未婚時(shí)期的女神……等一系列頭銜，在西方文化里，是非常女權(quán)主義的一個(gè)象征。因此，用她來給這次計(jì)劃命名，不但突出了女性航天員的參與，也強(qiáng)烈地迎合了美國的女權(quán)主義者。

▲ 布里登斯汀與穿著xEMU 的女工程師互動(dòng)

▲ 身穿xEMU和新型起降航天服的演示人員互動(dòng)

阿爾忒彌斯計(jì)劃并不是美國宇航局獨(dú)自實(shí)施的，還召集了一眾商業(yè)航天公司及歐空局作為合作方。它不僅僅要把女性航天員送到月球上，還要為建立長期運(yùn)行的月球基地，為私營企業(yè)開發(fā)月球經(jīng)濟(jì)奠定基礎(chǔ)，最終為載人登陸火星服務(wù)。

從某種程度上說，阿爾忒彌斯計(jì)劃是美國宇航局過去幾個(gè)大型載人探索計(jì)劃的混合物，其中包括小布什政府時(shí)代的星座計(jì)劃、奧巴馬政府時(shí)代的小行星重新定向計(jì)劃。阿爾忒彌斯計(jì)劃從這兩個(gè)計(jì)劃中吸收了“獵戶座”飛船、SLS運(yùn)載火箭、商業(yè)月球貨運(yùn)服務(wù)，新提出了地月空間站以及新的載人著陸器。新航天服與載人著陸器是直接相關(guān)的。目前的著陸器方案有兩個(gè)，首先是洛·馬公司提出的可重復(fù)使用飛船計(jì)劃，它自重22噸，載重1噸，載員4人。它脫離地月軌道空間站后可以獨(dú)立運(yùn)行兩星期，然后回到空間站維護(hù)和補(bǔ)給。美國宇航局本身提出了一種先進(jìn)探索著陸器方案，是一種三級著陸器，包括轉(zhuǎn)運(yùn)級、下降級和上升級。飛船從地月軌道空間站分離后，由轉(zhuǎn)運(yùn)級送往近月軌道。然后下降級與轉(zhuǎn)運(yùn)級分離，降落在月球上。4名航天員在月球表面活動(dòng)兩個(gè)星期，然后進(jìn)入上升級，返回地月空間站。這三級的質(zhì)量都控制在12～15噸，可以用商業(yè)火箭發(fā)射到地月空間站。轉(zhuǎn)運(yùn)級和上升級都可以重復(fù)使用，下降級遺棄在月球表面。

阿爾忒彌斯計(jì)劃遭到一些人的反對，焦點(diǎn)集中在地月軌道空間站上。他們認(rèn)為，完全可以直奔月球，何必要花大價(jià)錢搞個(gè)空間站呢？還有人提出，用獵鷹火箭和載人龍飛船就足夠登月了，搞這么多新型號是沒有必要的。在這些反對者當(dāng)中，還包括阿波羅11號的航天員奧爾德林。

▲ 兩種新航天服的演示現(xiàn)場

目前，阿爾忒彌斯計(jì)劃確定下來的載人發(fā)射有3次，都采用SLS第一批次構(gòu)型火箭。第一次將在2020-2021年間擇機(jī)發(fā)射，飛行25天；第二次在2022-2023年間擇機(jī)發(fā)射，飛行10天；第三次在2024年發(fā)射，飛行30天，這也就是載人著陸月球的那一次。

此外，美國宇航局還提出了5次發(fā)射意向，采用SLS火箭第一批次B型火箭，其中在2025-2027年每年發(fā)射一次，每次飛行30天。2028年發(fā)射兩次，其中第一次飛行60天，第二次飛行30天。

用來走路的xEMU

xEMU是為了解決老航天服的一系列缺陷而研制的。這也是50多年來，美國再次正式啟動(dòng)外星探索航天服的研制。那么，它具有哪些特點(diǎn)呢？

高過頭頂?shù)谋嘲?/h3>

它給人的第一印象，是背包的位置更高了，徹底擋住了后腦勺。航天員都沒法回頭看了。難道美國宇航局不想讓航天員看見背后有什么東西嗎？其實(shí)仔細(xì)想一想，這樣的設(shè)計(jì)完全是合理的。首先，人的脖子不可能轉(zhuǎn)180°。即使在地球上，我們要想看看身后有什么，也要靠脖子、上身和腰一起轉(zhuǎn)動(dòng)才能實(shí)現(xiàn)。必要時(shí)的時(shí)候還得靠腳幫忙，徹底把自己轉(zhuǎn)過來?？紤]到這種生理特征，各種老款艙外航天服的后腦勺部分都是不透明的。航天員并不打算扭頭看后面，想看就要轉(zhuǎn)身。

▲ 打算用于獵戶座飛船的起降航天服，依然采用南瓜色

那么，把背包移動(dòng)到更高的位置有什么意義？這和航天員的腿有直接關(guān)系。

xEMU是打算讓航天員穿著去月球上徒步的。既然是走路，就需要用腿。但熟悉航天的人們會(huì)想到，在今天的國際空間站艙外行走活動(dòng)中，航天員們其實(shí)很少用腿。在一個(gè)沒有重力的世界里，有腿也沒法走路。航天員們的腿多數(shù)時(shí)候用來夾住或者掛住空間站外面的架子，把自己固定住，更多的時(shí)候根本就用不上。所以，艙外活動(dòng)航天服的腿部沒有太多要求，只要保證腿部有足夠的防輻射、隔熱等安全防護(hù)能力就行。至于腿部關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，要求幾乎沒有。

但要去月球上走路，還是需要用腿。所以，要在胯關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)位置設(shè)計(jì)相應(yīng)的機(jī)構(gòu)，方便腿部正常運(yùn)動(dòng)。那么，這和背包有什么關(guān)系？艙外航天服的背包里當(dāng)然不是行李，而是生命保障系統(tǒng)。但無論是什么，都需要航天員人力攜帶。所以我們不妨就稱它為背包好了。

老款航天服的背包位置比較低，就影響了臀部的設(shè)計(jì)，進(jìn)而限制航天員的腿部運(yùn)動(dòng)。關(guān)于阿波羅計(jì)劃的影像中，可以看到航天員在月球表面都是蹦著走的，就像兔子一樣，這不但是因?yàn)樵虑蛏弦π?，也是因?yàn)橥炔窟\(yùn)動(dòng)不方便。實(shí)際上這種蹦跳是很費(fèi)體力的，哪怕重力只有六分之一也不行，好好走路才省力。

另外，熟悉徒步運(yùn)動(dòng)的人們都知道，背包的位置越高，走路才越省力。如果背包的重心基本在人的心臟高度，是最舒適的。因此，專業(yè)登山包都盡量把包身抬高。大容量登山包塞滿物資背在身上，頂部同樣會(huì)擋住后腦勺。那種帶子很長、垂到臀部的雙肩包雖然時(shí)尚，對長途跋涉是完全沒好處的。

▲ NASA的女工程師身穿xEMU上臺，以顯示運(yùn)動(dòng)靈活性

▲ NASA局長布里登斯汀與xEMU演示員互動(dòng)

雙手過頭和鉆進(jìn)去

xEMU還有一個(gè)重要的功能要求，就是航天員能把雙手舉過頭頂。這種要求看起來匪夷所思，在地球上，除非得了肩周炎，怎么會(huì)不能把雙手舉過頭頂呢。然而這對航天員來說是正在發(fā)生的現(xiàn)實(shí)。

▲ NASA特意展示xEMU可以把雙手舉過頭頂

▲xEMU遠(yuǎn)沒有生化航天服那么激進(jìn)

老款航天服采用了均碼的模式，分為大中小三個(gè)款型。對于輕薄或者有彈性的衣服來說，這樣粗略的劃分或許還能接受。但是航天服這樣劃分，并不是一件讓人舒適的事情。需要知道的是，均碼并不是指整件航天服，而是指構(gòu)成航天服的具體部件，包括手臂、腿、軀干、手套、頭盔，等等。模塊化結(jié)構(gòu)聽起來不錯(cuò)，但對具體的航天員來說，要選擇不同的模塊來配成一件勉強(qiáng)適合自己的航天服，是相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性的。而且模塊化的結(jié)果是，當(dāng)航天員轉(zhuǎn)動(dòng)手臂的時(shí)候，自己的肩膀和航天服的肩膀轉(zhuǎn)動(dòng)并不同步，所以航天員肩關(guān)節(jié)受傷的特別多。

2012年，美國宇航局就在研究中發(fā)現(xiàn)，凡是執(zhí)行過5次以上太空行走的航天員，肩部受傷的概率比那些只行走過一次的航天員高一倍。即使穿著模擬航天服在中性浮力水池里訓(xùn)練也會(huì)遭遇這樣的風(fēng)險(xiǎn)。如果在水池里訓(xùn)練90次以上，肩部受傷的概率就明顯上升。

但是，即使付出這樣的代價(jià)，無論阿波羅計(jì)劃還是航天飛機(jī)、國際空間站，艙外航天服都是不能讓航天員把雙手舉過頭頂?shù)摹?/p>

為了解決登月問題，早在2017年9月，美國宇航局有關(guān)專家就提出，未來航天服要在腰部、膝部、踝部上設(shè)置柔性關(guān)節(jié)，要讓航天員具備“全表面機(jī)動(dòng)能力”，也就是能在月球上自由活動(dòng)，能行走、下蹲、扭腰，萬一摔倒能自己爬起來?？傊?，要讓航天員能夠在荒涼的外星球上方便地探索和勞動(dòng)。所以，10月份的這次展示，其實(shí)是美國宇航局用兩年時(shí)間制造了一套工程樣機(jī)。從現(xiàn)場視頻看來，xEMU基本上滿足了上述需求。

xEMU在可維護(hù)性上采取了全新的理念，它的主要部分可以在天上拆下來更換。比如說面罩，如果面罩出現(xiàn)損壞、劃傷或凹陷，可以拆下來換一個(gè)新的，不用把它送回地球修理再送上天。當(dāng)然，發(fā)射的時(shí)候需要把易損備件預(yù)先送上空間站或者月球基地。同樣的，xEMU的其他部分也可以模塊化配置。比如下肢部分，用于月面行走的構(gòu)型和用于空間活動(dòng)的構(gòu)型可以有所不同。

xEMU是怎么穿上身的呢？現(xiàn)在的艙外航天服是鉆進(jìn)去的，把后背上的生命維持系統(tǒng)打開，人鉆進(jìn)去，然后再關(guān)上。新的航天服改變了穿著方式，人要爬進(jìn)去。據(jù)說這樣可以讓肩膀部分更加貼合，防止航天員的肩部受傷。這種穿著方式在空間站里的優(yōu)勢還不算明顯，但是如果是在著陸器或者加壓式漫游車上就非常明顯了?？梢园押教旆苯訉釉跉忾l艙上，航天員爬進(jìn)去就可以直接跳下氣閘艙開始外星行走了，不需要再經(jīng)歷一道開門關(guān)門的程序。這大大縮短了艙外活動(dòng)的準(zhǔn)備時(shí)間。

▲ NASA同時(shí)展示了兩種新航天服，以表2024重返月球的決心

不存在的xEMU

美國宇航局的展示，意味著xEMU已經(jīng)研制成功了嗎？完全不是這么回事！美國宇航局讓人穿著所謂的xEMU上臺走秀，只不過是在說“我想要這樣的航天服”，真正能穿著進(jìn)入太空、登陸月球的航天服，還不存在呢。在很大程度上，演示者穿的不過是一個(gè)套頭木偶而已。

就在展示會(huì)的同時(shí)，美國宇航局發(fā)布了一份“信息需求書”，實(shí)際上就是招標(biāo)書的技術(shù)要求部分。其中詳細(xì)闡述了xEMU的研制背景、硬件需求、類別、用途、采購數(shù)量、引用標(biāo)準(zhǔn)，等等。我們在前文中討論的所有技術(shù)內(nèi)容，差不多都來自這份文件。美國宇航局希望能夠通過演示和招標(biāo)，讓美國的工業(yè)界理解自己的概念和需求，然后根據(jù)各自的專業(yè)能力來投標(biāo)總體制造或者分系統(tǒng)制造，最終把這件航天服真正制造出來。

招標(biāo)書里還給出了一項(xiàng)重要的技術(shù)內(nèi)容，但是媒體報(bào)道都沒有重視，那就是它的艙內(nèi)支持系統(tǒng)。我們在前文中說過，航天服本身也是一個(gè)小小的飛船，它不能像普通外套那樣打包塞進(jìn)行李箱，需要的時(shí)候拿出來就能穿，需要在飛船上為它提供專門的收納部位，充電、充氣、充水，并且隨時(shí)監(jiān)控技術(shù)狀態(tài)。然而，除了少數(shù)專業(yè)媒體之外，大多數(shù)新聞報(bào)道中卻對這件事情只字不提。公眾還是對穿在身上的東西更有興趣。

男女平等？美國人落后了

如前文所述，阿爾忒彌斯計(jì)劃的賣點(diǎn)是女航天員首次登月。因此，xEMU就必須充分考慮女性生理特點(diǎn)。然而在男女平等這個(gè)問題上，美國做得比蘇聯(lián)差遠(yuǎn)了。

我們知道男性和女性的身體結(jié)構(gòu)是有巨大區(qū)別的，但早年，美國宇航局的航天服都是為男性航天員量身定做的，而且直到1978年，美國的所有航天員都是男性。今天國際空間站上的艙外航天服不分男女，這為女性航天員們帶來了嚴(yán)重的不適。

美國宇航局在2019年組織的“首次全女性艙外活動(dòng)”就因此而推遲了好久。這次行走本來打算在3月29日進(jìn)行的。按照原計(jì)劃，應(yīng)當(dāng)由克里斯蒂娜·科奇和安妮·麥克萊恩一起出艙。麥克萊恩是個(gè)老手了。她在地面上訓(xùn)練的時(shí)候，曾經(jīng)使用過中號航天服和大號航天服。根據(jù)個(gè)人體會(huì)，她認(rèn)為中號航天服上身最舒服?？破嬉灿型瑯拥捏w驗(yàn)。這意味著需要兩套中號航天服才能供她們兩人的組合完成這次任務(wù)。然而問題來了，當(dāng)時(shí)只有一件中號航天服能用，另外一套中號服的耗材還沒有調(diào)試好，于是麥克萊恩只能退出。

直到xEMU發(fā)布之后的第三天，科奇才和另外一名女性航天員杰西卡·梅爾身穿不那么舒服的老款航天服，在國際空間站外面漂了5個(gè)小時(shí)，更換了一個(gè)失效電源控制器，完成了人類歷史上第一次全女性艙外行走。難道3月份的時(shí)候，麥克萊恩就不能用大號航天服湊合一下嗎？太空行走并不是去游樂，如果穿了不合身的航天服，就會(huì)影響艙外活動(dòng)能力，不但可能導(dǎo)致任務(wù)失敗，自己也有受傷的可能。所以，麥克萊恩的選擇是正確的。

量身定制

航天服的市場非常小，因此傳統(tǒng)上美國宇航局的供應(yīng)商都是固定的，一個(gè)公司負(fù)責(zé)生產(chǎn)艙內(nèi)航天服，另一個(gè)公司負(fù)責(zé)生產(chǎn)艙外航天服。艙內(nèi)航天服的技術(shù)進(jìn)步更慢，美國人最后一種參加過太空飛行的艙內(nèi)航天服就是航天飛機(jī)乘員所用的那種橙色衣服，被戲稱為“南瓜套裝”。它的歷史可以追溯到1959年X-15高超音速試驗(yàn)飛機(jī)的飛行員高空代償服。當(dāng)然，隨著航天飛機(jī)的退役，“南瓜套裝”也不再出現(xiàn)了，美國航天員們?nèi)缃褚┒砹_斯的白底藍(lán)條航天服進(jìn)入國際空間站。

提姆·庫帕拉曾經(jīng)兩次前往國際空間站，其中在2009年那次是乘坐航天飛機(jī)前往的。他當(dāng)時(shí)就感覺到，美國宇航局的航天服穿在身上太肥大了，干什么工作都不方便。到了2015年12月，他又乘坐聯(lián)盟飛船上天，穿著俄羅斯的“海鷹”航天服進(jìn)了空間站?！昂ｚ棥弊屘崮贰炫晾鬄橘潎@:“這衣服穿著合身，符合人體尺寸和人機(jī)功效學(xué)。”

因此，美國宇航局這次打算采取量身定做的方式，每一位航天員都要在約翰遜中心接受全身掃描，然后根據(jù)掃描結(jié)果定制一些相關(guān)的航天服組件，爭取讓他們既能最大幅度地運(yùn)動(dòng)，又能夠感到舒適。這其中當(dāng)然也要考慮到女性的身體特征。

▲ xEMU的主要功能

▲ xEMU的入口開在肩膀上

然而，要想讓女性在太空探索中發(fā)揮更大作用，問題絕不只有航天服這一件事。如今在太空里使用的工具，基本上都是為男性研制或者選取的，很少考慮到女性使用的問題?；蛟S有人說，地球上的工具也不考慮男女的問題，不是男女都能用嗎？事實(shí)上并非如此。地球上的常用工具和工具設(shè)計(jì)方法，是在漫長的人類發(fā)展史中經(jīng)過了反復(fù)嘗試和選擇的，最終形成了眾多男女都能用的通用工具。但這一切都發(fā)生在地球上，在宇宙里，這些工具是不是還能男女通用，現(xiàn)在還不好說。例如阿波羅計(jì)劃期間，美國德偉公司為航天員們設(shè)計(jì)了一系列電動(dòng)工具，但那些航天員都是男性，女性登上月球之后，同樣的工具是不是依然能用、好用、安全，不經(jīng)過實(shí)地檢驗(yàn)，是不能得到最終結(jié)論的。