航天壓力服：航天員生命守護(hù)者

文/湯川學(xué)

▲中國(guó)航天員目前使用的壓力服

隨著中國(guó)空間站的全面建成，我國(guó)航天員出現(xiàn)在大眾視野中也越來(lái)越多，許多人可能會(huì)注意到一個(gè)細(xì)節(jié)，就是航天員們?cè)诨鸺諘r(shí)及在飛船返回中，總會(huì)穿著一種很特別的衣服，它外表藍(lán)白相間，全身還有一些管線。這種特別的衣服，就是航天員們的生命守護(hù)者——壓力服。

從航空到航天

壓力服最早出現(xiàn)在航空領(lǐng)域。在人類獲得了通過(guò)飛機(jī)飛行的能力后，航空業(yè)迅速興起，各式各樣的新式飛機(jī)在20世紀(jì)早期不斷出現(xiàn)，航空業(yè)呈現(xiàn)出一派生機(jī)勃勃、萬(wàn)物競(jìng)發(fā)的景象。而在那時(shí)，人們便發(fā)現(xiàn)，隨著飛機(jī)逐漸飛得越來(lái)越高，除了溫度不斷降低必須做好防寒保暖措施外，大氣壓力也在不斷降低，飛行員們?cè)陂L(zhǎng)時(shí)間高空飛行時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)減壓病，影響到健康和航空安全，“壓力服”這個(gè)概念也由此誕生。

顧名思義，壓力服就是可以在服裝內(nèi)維持一定氣壓的衣服。雖然現(xiàn)在的飛機(jī)已經(jīng)有了加壓機(jī)艙，大部分飛行在1萬(wàn)米左右的飛機(jī)并不需要飛行員或者乘客穿這種復(fù)雜的衣服，但是在一些有時(shí)需要在超高空飛行的飛機(jī)上，比如在戰(zhàn)斗機(jī)或者偵察機(jī)上，仍然需要穿戴好壓力服。

在二戰(zhàn)結(jié)束后，飛機(jī)迅速進(jìn)入了噴氣時(shí)代，又高又快的噴氣式飛機(jī)迅速取代螺旋槳飛機(jī)在天空中飛行。在朝鮮戰(zhàn)爭(zhēng)中，駕駛著噴氣式米格-15戰(zhàn)斗機(jī)的蘇聯(lián)飛行員呼吁配備專業(yè)好用的壓力服。為了能夠生產(chǎn)出先進(jìn)的壓力服，一家專門研究生產(chǎn)壓力服的集團(tuán)成立，即星辰科研生產(chǎn)聯(lián)合體，該聯(lián)合體在1994年改制成為了一家股份制公司。該公司在成立之初的目的是給空軍和航天項(xiàng)目提供壓力服和彈射座椅，后來(lái)在壓力服和彈射座椅領(lǐng)域擁有了深厚的技術(shù)積累和經(jīng)驗(yàn)。目前，俄羅斯所使用的所有航空和航天壓力服全部由星辰公司生產(chǎn)。

▲上世紀(jì)30年代飛行員進(jìn)行高空巡航時(shí)穿戴的壓力服

▲加加林穿著SK-1壓力服前往發(fā)射場(chǎng)

創(chuàng)造了歷史的壓力服

1961年4月12日，蘇聯(lián)航天員尤里·阿列克謝耶維奇·加加林穿著SK-1型壓力服進(jìn)入了太空，成為了世界上第一個(gè)進(jìn)入太空的航天員。

最初，設(shè)計(jì)東方號(hào)飛船的第一設(shè)計(jì)局認(rèn)為航天器的設(shè)計(jì)十分安全，并不需要穿戴這種復(fù)雜的壓力服，只需要穿著可以保溫的衣服就可以，并且壓力服和為之配套的生命維持設(shè)備本身有著不輕的重量，把這些多余的重量省出來(lái)可以安裝額外的儀器。最后科羅廖夫拍板，可以省出500千克的重量給壓力服和生命維持設(shè)備，但是這些東西必須在1960年末之前到位，而星辰局出色地完成了工作。

SK-1型壓力服是一人一套的定制航天服，該型壓力服可以在另一個(gè)人的幫助下10分鐘內(nèi)穿著完畢。整個(gè)壓力服由外層橙黃色布料與內(nèi)部的橡膠制內(nèi)襯制成，每一件壓力服都通過(guò)剪裁橡膠并粘接來(lái)進(jìn)行定制，面罩整個(gè)直接連接在壓力服上，不可拆下。

在壓力服的右肋骨處有通氣軟管，軟管可以連接在東方號(hào)飛船的維生設(shè)備中，維生系統(tǒng)可以保障壓力服氣壓并且濾除航天員呼出氣體中的二氧化碳。為了確保在加壓時(shí)航天員的活動(dòng)能力，在人的胳膊和腿的彎曲區(qū)域，壓力服內(nèi)部有一種特殊的軟鉸鏈。在飛船減壓環(huán)境中，在鎖緊面罩后壓力服將會(huì)提供一個(gè)安全的氣壓環(huán)境，飛船內(nèi)的氣瓶將會(huì)提供氧氣來(lái)保持航天員生命體征。

SK-1壓力服可以保證航天員在飛船減壓或者冷卻系統(tǒng)故障時(shí)維持約5小時(shí)的生命體征，以及在從飛船彈射后落在地面或者濺落在水中時(shí)提供保護(hù)。該壓力服相較美國(guó)第一種航天壓力服更先進(jìn)的一點(diǎn)是，它自帶一個(gè)太空廁所。1963年，世界上第一位女航天員瓦蓮京娜·捷列什科娃進(jìn)入太空，穿著的SK-2與SK-1基本相同，但在廁所方面進(jìn)行了針對(duì)女性的調(diào)整。

▲ “聯(lián)盟11號(hào)”乘員組

慘痛的教訓(xùn)

在世界上第一個(gè)多乘員航天器“上升1號(hào)”升空時(shí)，3名航天員都沒(méi)有身著壓力服，因?yàn)楫?dāng)時(shí)的火箭運(yùn)力有限，為了保證載人航天器重量不會(huì)超標(biāo)，確保航天器可以坐進(jìn)3名航天員，壓力服及其配套維生系統(tǒng)都被省略了。一直到蘇聯(lián)載人航天器進(jìn)入聯(lián)盟號(hào)飛船時(shí)代后的一段時(shí)間里，壓力服及其配套維生系統(tǒng)也沒(méi)有回歸，直到一場(chǎng)慘劇的發(fā)生，才讓蘇聯(lián)重新認(rèn)識(shí)到了壓力服及其配套維生設(shè)備的重要性。

1971年4月19日，蘇聯(lián)成功發(fā)射世界上第一個(gè)空間站——禮炮1號(hào)。1971年6月6日，聯(lián)盟11號(hào)飛船成功進(jìn)入到禮炮1號(hào)，成為了世界上第一組進(jìn)駐空間站的航天員。剛開始一切都十分順利，航天員們?cè)谲壨瓿闪烁黜?xiàng)工作，在6月29日返回地面時(shí)，卻出現(xiàn)了意外。

29日晚上11時(shí)16分，“聯(lián)盟11號(hào)”的返回艙降落在哈薩克斯坦的沙漠，前來(lái)接應(yīng)的人員聯(lián)系艙內(nèi)的航天員，毫無(wú)應(yīng)答。在打開艙門后，接應(yīng)人員發(fā)現(xiàn)3名航天員，指揮官喬治·多布羅沃爾斯基，工程師弗拉迪斯拉夫·沃爾科夫、維克多·帕薩耶夫已經(jīng)沒(méi)有了生命體征。

通過(guò)研究飛船內(nèi)的黑匣子發(fā)現(xiàn)，聯(lián)盟11號(hào)飛船在150千米高度，返回艙分離后，內(nèi)部空氣迅速?gòu)姆祷嘏撝幸莩?，在短?15秒內(nèi)，返回艙內(nèi)就幾乎變成真空，3名航天員在返回地面前就已經(jīng)犧牲了。

這次慘劇讓設(shè)計(jì)聯(lián)盟號(hào)飛船的中央實(shí)驗(yàn)機(jī)械制造設(shè)計(jì)局（第1設(shè)計(jì)局改組）痛定思痛，開始認(rèn)真研究各種可能會(huì)在飛船上升和返回途中威脅航天員生命的情況。

1972年6月26日發(fā)射的新型聯(lián)盟飛船——聯(lián)盟7K-T型，壓力服重新回歸。而在這之后，再也沒(méi)有航天員在乘坐聯(lián)盟號(hào)飛船時(shí)喪生，聯(lián)盟號(hào)飛船成為世界上最安全的載人航天器之一。

▲“獵鷹”-K型是為聯(lián)盟號(hào)飛船航天員量身定制的壓力服

“獵鷹”-K型壓力服

聯(lián)盟7K-T型飛船是聯(lián)盟飛船中第一型使用壓力服的載人航天器。為了能夠減重并能容納下壓力服所需要的維生設(shè)備，乘員組從3人減至2人。但是新的問(wèn)題擺在了研發(fā)人員面前。當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)并沒(méi)有能夠適合在“聯(lián)盟號(hào)”中穿著的壓力服，能夠選擇的壓力服基本上都過(guò)大過(guò)重，為了能夠有一種可以在“聯(lián)盟號(hào)”返回艙中使用的壓力服，星辰局再次接到任務(wù)，根據(jù)為空軍飛行員設(shè)計(jì)的壓力服進(jìn)行再設(shè)計(jì)，做出了“獵鷹”-K型壓力服。

“獵鷹”-K型壓力服專門為乘坐聯(lián)盟號(hào)飛船的航天員們?cè)O(shè)計(jì)。為了滿足減重要求，該型壓力服的重量被控制到了10千克。每套壓力服都能連接到返回艙內(nèi)的機(jī)載維生設(shè)備，提供空氣、電、通風(fēng)和水。該壓力服不妨礙航天員在返回艙內(nèi)進(jìn)行各種操作，又能在減壓的情況下保護(hù)航天員的生命，在飛船返回艙偏離航線，落入大海時(shí)壓力服還能讓航天員在水上漂浮。壓力服由兩層外殼組成，外層由白色尼龍帆布制成，并進(jìn)行藍(lán)色飾邊，內(nèi)層由橡膠拼接而成。一個(gè)鉸鏈?zhǔn)剿芰厦嬲种苯舆B接在壓力服上。左手腕有一個(gè)壓力表，也可以佩戴手表，右手腕固定有一個(gè)鏡子。壓力服的手套可以取下。靴子與褲子連接在一起，不可分離，在關(guān)節(jié)處有做褶皺處理方便活動(dòng)。腹部右側(cè)有電氣管，左側(cè)有壓力閥門和通氣管，在地面時(shí)可以與航天員左手提著的空調(diào)相連接。設(shè)計(jì)有兩個(gè)可以裝東西的荷包。在背部等處有可以調(diào)節(jié)身材用的松緊帶。航天員在進(jìn)入該型壓力服時(shí)，將通過(guò)壓力服正面的開口進(jìn)入，然后通過(guò)繩子像系鞋帶一樣密封前部和襠部。

每一套“獵鷹”壓力服都是根據(jù)航天員身材定制的，航天員在訓(xùn)練中心就會(huì)穿著“獵鷹”壓力服，在為他們定制的座椅上坐上兩個(gè)小時(shí)，以保證航天服合身不會(huì)有不適感。然后航天員們會(huì)在真空室內(nèi)重復(fù)相同的步驟。在起飛前，壓力服還有最后的調(diào)整機(jī)會(huì)，在起飛和返回地面前，航天員會(huì)將壓力服的電氣和供氣軟管接入維生裝置并扣好面罩，直到確認(rèn)安全后才能打開面罩。這套流程直到現(xiàn)在依然在沿用。

“獵鷹”-K型壓力服于1971年開始生產(chǎn)，在1973年9月27日，由聯(lián)盟12號(hào)飛船上的乘員組進(jìn)行了首次使用。而“獵鷹”-K型壓力服也被一直使用，直到1980年更新型的“獵鷹”-KV2投入使用。

▲ 聯(lián)盟38號(hào)乘員組和備份組成員

“獵鷹”-KV2型壓力服

在K型壓力服投入使用之后，新型的“獵鷹”壓力服的研制方案就被星辰局提上了日程。1973年到1980年之間，星辰局先后生產(chǎn)出了“獵鷹”-KM型和“獵鷹”-KV型。與K型不同，KM型和KV型采用了一種上下分離的方式，上半身和下半身通過(guò)拉鏈連接，兩型還配備了液冷內(nèi)衣用以帶離身體熱量來(lái)保證航天員的舒適度。但是由于性能和可靠性、復(fù)雜性等各種原因，這兩型壓力服都沒(méi)有投入使用，當(dāng)星辰局推出新一代壓力服時(shí)，型號(hào)已經(jīng)是KV2型了。

“獵鷹”-KV2型從1980年開始服役，并一直使用到今天。該型的壓力閥門被移到壓力服正面中間偏上的胸口處，這樣使得航天員可以用任意一只手調(diào)整壓力服壓力水平。重新調(diào)整了電氣和供氧通氣軟管的位置，并且取消了鞋帶式的密封方式，改為了正面兩道方便得多的拉鏈密封，這大幅減少了航天員穿戴壓力服的時(shí)間，不過(guò)在襠部這樣的位置還是保留了鞋帶式的密封方式。

KV2型的材質(zhì)有所改進(jìn)，內(nèi)層從K型的橡膠內(nèi)襯變?yōu)榱司奂簝?nèi)酰胺，減輕了重量。KV2型擴(kuò)大了面罩的面積，使得航天員能獲得更好的視野。KV2型并沒(méi)有采用KM型和KV型的液冷內(nèi)衣來(lái)散熱，依舊使用了和K型相同的風(fēng)冷散熱，這主要是由于液冷散熱需要更復(fù)雜的泵組，并且壓力服的使用時(shí)間都存在重力或者過(guò)載，在這種場(chǎng)景使用液冷內(nèi)衣時(shí)，體重會(huì)阻礙液冷散熱的正常運(yùn)行。不過(guò)KV2型從前型KV型繼承了手部、腿部的設(shè)計(jì)。KV2型依然是左手腕有一個(gè)壓力表，右手腕有一面鏡子，其他方面，KV2型與K型基本相同。

▲聯(lián)盟MS-02乘員組出發(fā)

▲“獵鷹”KV2型壓力服

在這里有個(gè)額外的小知識(shí)，就是當(dāng)拜科努爾發(fā)射場(chǎng)本地的溫度已經(jīng)降到了光靠壓力服自身已經(jīng)無(wú)法給航天員提供足夠的保溫時(shí)，工作人員們就會(huì)在航天員上飛船之前為他們穿上額外的保暖服。這種包裹全身的保暖服可以讓航天員們?cè)诹阆?0度時(shí)依然能感到溫暖，而在航天員進(jìn)入飛船后這一身就會(huì)被脫下。因?yàn)槠浼儼椎耐庑?，人們將這一身稱為“大白熊”。

▲ 壓力服外面的保暖服

勞?！矮C鷹”

第一型“獵鷹”壓力服在1973年投入使用，至今已過(guò)去半個(gè)世紀(jì)。在這50年歲月里，“獵鷹”壓力服已經(jīng)護(hù)送了幾百名各國(guó)航天員從地面出發(fā)，并從安全太空返回。而在可見的未來(lái)，由于俄羅斯聯(lián)盟號(hào)飛船不會(huì)很快退役，與之配套的“獵鷹”壓力服也不會(huì)很快退役，而會(huì)一直服役到俄羅斯的“雄鷹”號(hào)飛船投入使用。這一天的到來(lái)或許還有些時(shí)日，“獵鷹”這位勞模還會(huì)繼續(xù)保障各國(guó)航天員上天返地很長(zhǎng)一段時(shí)間。

▲日本富豪前澤友作穿著KV2型壓力服正在進(jìn)行2小時(shí)測(cè)試