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標題:    美國重返月球第一個難題被攻克:可生存8小時,扛住零下157度低溫     點閱:140   11/2/2019 9:06:02 PM

美國重返月球第一個難題被攻克:可生存8小時,扛住零下157度低溫

EMUs宇航服工作環境在近地軌道,與月球表面環境相似,因為月球幾乎沒有大氣,表面與宇宙空間環境非常接近,因此NASA在EMUs宇航服基礎上研發了xEMUs宇航服。從英文縮寫可以看出,xEMUs宇航服比EMUs宇航服多了一個X,這是探索的意思,增加了一個探索功能,即可以滿足宇航員進行月面探索。

出品:太空伊卡洛斯

2024年NASA要重返月球,這次NASA還準備了一名女性宇航員登月月球,至于登月的動機已經路人皆知了:要趕在中國實現載人登月之前先返回月球,同時,將月球作為一個跳板,實現載人登陸火星。要想重返月球,第一個難題就是宇航服如何解決,目前這個問題已經被攻克,NASA公開了新款宇航服,我們不妨深入分析下,這款全新的宇航服到底有哪些特別的地方。

美國重返月球第一個難題被攻克:可生存8小時,扛住零下157度低溫

圖注:2024年重返月球的宇航服示意圖。

早在阿波羅工程實施時期,NASA就已經開始設計現代宇航服,這就是艙外機動套裝,英文簡稱為EMUs。宇航員穿上EMUs宇航服可生存8個小時,且能夠在艙外(國際空間站)進行活動。這套宇航服從航天飛機時代就開始使用,1982年開始交付,已經有40年歷史了。隨便提一下,EMUs宇航服一開始不是根據女性宇航員的身形設計的,但2024年重返月球是個例外,有專門針對女性生理結構設計的模塊。

美國重返月球第一個難題被攻克:可生存8小時,扛住零下157度低溫

圖注:增強型EMUs宇航服是目前國際空間站上使用最先進的艙外宇航服

EMUs工作環境月球表面類似

美國航天局在啟動Artemis重返月球計劃后,要將第一批女性宇航員送至月球表面,且需要在月球表面進行大量科學活動,諸多原因的作用下,NASA開始翻新宇航服的設計。與航天飛機、載人飛船相似,登月宇航服要保障宇航員的生命,同時還要進行高效率的工作,換句話說,一套艙外宇航服其就是世界上最小的航天器!在航天飛機任務期間,使用EMUs宇航服的宇航員如同一個地球軌道衛星或者航天器,繞地球運行,與空間站保持相對靜止。從這個角度看,EMUs宇航服不僅可以防護惡劣的太空環境對人體的危害,還能阻擋地球和大氣層帶來的一些危險物質,安全性非常關鍵。

美國重返月球第一個難題被攻克:可生存8小時,扛住零下157度低溫

圖注:月球表面環境接近宇宙空間

美國重返月球第一個難題被攻克:可生存8小時,扛住零下157度低溫

圖注:月球表面溫度波動范圍,最高可達到120度以上,最低為零下180多攝氏度

EMUs宇航服工作環境在近地軌道,與月球表面環境相似,因為月球幾乎沒有大氣,表面與宇宙空間環境非常接近,因此NASA在EMUs宇航服基礎上研發了xEMUs宇航服。從英文縮寫可以看出,xEMUs宇航服比EMUs宇航服多了一個X,這是探索的意思,增加了一個探索功能,即可以滿足宇航員進行月面探測。從參數性能上看,xEMUs宇航服能夠扛住月面零下157攝氏度超低溫,并且也能抵抗白天時121攝氏度的高溫,為了保證宇航員的溫暖舒適度,宇航服需要兼備反光性和隔熱性兩種功能。

xEMUs宇航服突出了機動性

與阿波羅登月期間設計EMUs艙外機動套裝相比,xEMUs宇航服最大的亮點是能夠在月球表面自由自在的活動,甚至能夠翻跟頭,專門針對女性宇航員進行從頭到腳的量身定制,獲得更大的機動性和安全保障。阿波羅登月時期我們對月球表面的情況一無所知,宇航員活動區域的認知一片空白,所以我們看到在EMUs宇航服的設計上非常呆板,行走不便,于是宇航員就一跳一跳地在月球上移動,雙腿邁不開、雙手舉不高,四肢都宇航服束縛住了。

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圖注:阿波羅登月期間,宇航員使用艙外機動套裝時摔倒,原因是膝蓋活動自由度不夠,腰部活動自由度不夠,導致宇航服無法彎腰。圖中可以看出,這位宇航員準備彎腰拿起一個實驗裝置,結果摔倒了。

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圖注:Z-5版本的xEMUs宇航服正在水下進行測試。

全新設計的xEMUs宇航服首先解放了四肢,突出了機動性,個性登山靴鞋底非常靈活,宇航員可以多種身體狀態在月球上活動,僵直姿勢永遠變成歷史。這樣做無疑是提升了任務效率,幫助宇航員保持身體平衡,不易跌倒。我們之前也看到阿波羅登月宇航員踉踉蹌蹌地走路,還跌到了,那么在2024年登月時就不會發生。

美國重返月球第一個難題被攻克:可生存8小時,扛住零下157度低溫

圖注:xEMUs宇航服的肩膀經過全新設計,自由度非常高,可全向活動。

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圖注:自由度較高的肩膀設計,可讓宇航員靈活操作器械

美國重返月球第一個難題被攻克:可生存8小時,扛住零下157度低溫

圖注:拿工具也變成更加方便

xEMUs宇航服給與宇航員一些身體部位:膝蓋和肩膀等更大的活動空間,解放了四肢。他們可以自由彎曲他們的膝蓋、扭動臀部,甚至還能把東西舉到頭頂上。舊款登月宇航服關于肩膀部分的設計依賴于滑輪和纜繩的設計,xEMUs宇航服則使用軸承來為宇航員提供更大的靈活性,還能實現手臂從肩部至手腕部位的來回旋轉活動。

巨大的背包是生命保障系統

新款xEMUs宇航服仍保留熟悉的巨大背包,其實背包里面還有氣體噴射裝置,可讓宇航員在數百米范圍內移動,當然不能飄太遠,存在一些危險性。宇航員所使用的電源、氧氣、補給等都裝入這個背包,同時對二氧化碳、氣味和水分隔離和進行加壓氣密處理。隨著技術不斷革新,背包的大小也在不斷地縮小,也就是說新款宇航服將安裝備份系統,如果宇航員在使用背包的中途,一些功能失靈了,他們還可以使用備份功能。月面環境較為復雜,宇航員在探索過程中可能陷入某些撞擊坑月壤較松的地方,那么生命保障系統可堅持8個小時以上,足夠其他宇航員前來救援。

美國重返月球第一個難題被攻克:可生存8小時,扛住零下157度低溫

圖注:巨大的背包中是生命支持系統。

綜上,關于新款xEMUs宇航服的詳細參數NASA還沒有公布,根據我們的分析,其大致與EMUs艙外機動套裝相同,在四肢自由度、移動方面更勝一籌,可進行更多的月球材料搬運、科研活動,且不會讓宇航員負重太多、不容易摔倒。






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