飛天航天服

保證出艙航天員安全的裝備

2008年9月27日,我國航天員進行首次太空行走,中國研製的第一套艙外航天服“飛天”第一次在距地球300多公里的茫茫太空“亮相”。

中國載人航天工程辦公室消息,截止北京時間2021年7月4日11時02分,航天員劉伯明、湯洪波身著中國自主研製的新一代“飛天”艙外航天服,已先後從天和核心艙節點艙成功出艙。

簡介


熱點一穿在身上

觀察:達米,軀幹盔甲,肢包,背.米背包……誰街穿“”,“客”。
艙航服,壓狀態,軟軟躺航驗室。
服裝純,依盔、肢、軀幹、肢、壓套、靴服裝肢裝調節,調節臂、臂肢,.米-.米穿套衣服。
壁厚僅1.5毫米的鋁合金軀幹外殼上密集著各種儀器:電控台、氣液控制台、氣液組合插座、應急供氧管、電臍帶。僅是十幾厘米見方的電控台里,就有照明、數碼管控、機械式壓力表等9個開關,氣液控制台里的閥門更是多達20多個。
在看來,這完全就是把飛船的控制台整個搬到了航天員身上。別說是怎麼操作,就是每個開關的位置,要記得一清二楚,也不是件容易的事——難怪航天服手腕處裝有一面小鏡子,航天員可以通過鏡子,隨時察看自己身上的各種開關。我國的艙外航天服自上而下依次由頭盔、上肢、軀幹、下肢、壓力手套、靴子組成;從內而外分為六層,分別為:由特殊防靜電處理過的棉布織成的舒適層、橡膠質地的備份氣密層、複合關節結構組成的主氣密層、滌綸面料的限制層、通過熱反射來實現隔熱的隔熱層、最外面的外防護艙外服跟艙內服完全不一樣。艙內服只保證壓力,但艙外服卻要發揮各種作用,飛船的大多數功能,都要在艙外服里實現。可以說,艙外服就是一個穿在身上的小型飛船。艙外服為航天員提供三方面的保障。一是輻射、真空、微流塵等環境的防護;二是生命保障,也就是要保持一個適合人生存的氣體和溫度濕度環境;三是良好的功效保障,保證航天員穿著艙外服能開展維修器材等太空作業,因此,艙外服必須足夠複雜、具有一定的強度,才能實現以上這些功能。"飛天"艙外航天服是我國第三次載人航天飛行中最難的一項技術,它的整體設計和各部件的設計、組裝都是中國人自己完成的。就完成任務的能力而言,已經接近國際水平。同時,這套艙外服有自己獨有的特點。

專家解說一

(航天醫學工程總體研究室主任劉偉波):艙外航天服是我國第三次載人航天飛行中最難的一項技術。雖然都是航天服,艙外服跟艙內服完全不一樣。艙內服只保證壓力,但艙外服什麼都要管。
艙外服必須足夠複雜、具有一定的強度,才能實現以上這些功能。
飛天航天服
飛天航天服

熱點二重而不笨

觀察:這麼重的一套衣服,在天上還要加壓“充氣”。航天員穿上后,會不會變成行動困難的“巨無霸”?
答案是否定的。重而不笨、行動靈活,是中國艙外航天服的一大特點。設計師們在上肢的肩、肘、腕和下肢的膝、踝等關節處,使用了氣密軸承。在軸承的作用下,航天員的手腳可以隨意轉動,同時能嚴格保證氣密性。手背則用上了可以翻折的熱防護蓋片,不僅能提高手指的熱防護能力,還能保證手指的關節活動性。
艙外用的手套,看上去特別厚實。把大拇指以外的4個指頭縫合在一起的話,有點像拳擊手套。手背為白色,手心和指頭是灰色的——密密麻麻的灰色橡膠凸粒,具有防滑和隔熱的作用。航天服雖然是“批量”生產的,手套卻是用國際上先進的“三維數字掃描”技術,為每位航天員量身定做的。
出艙活動主要靠手完成操作和“行走”,手套必須靈活,同時又得有相當的厚度以保證氣密性、隔熱性,這在材料與工藝上幾乎是矛盾的。科研人員經過無數次試驗,終於製造出了既安全又靈活的手套。中國艙外服的手套靈活性國際一流,航天員能夠輕鬆握持直徑為25毫米的物體。
航天服的左臂上印著鮮紅的國旗,右臂上有兩個大字:“飛天”。

專家解說二

(航天服研究室主任劉向陽):“飛天”是中國研製的第一代艙外航天服,整體設計和各部件的設計、組裝都是中國人自己完成的。就完成任務的能力而言,接近國際水平。
這套艙外服有很多我們獨有的特點。在關節上,科研人員巧妙地利用了仿生結構,使關節活動更自如。電控系統上,中國艙外服全部採用數字信號處理,顯示屏則採用了國際上最先進的OLED技術,使顯示器更大、更薄、更省電、更能耐受高低溫,顯示色彩更艷麗,以方便航天員查看。
艙外服就單個設備而言,功能不一定強大,但在系統的集成上具有優勢。

熱點三穿起來麻煩

觀察:艙外服是門大學問,穿艙外服同樣不簡單。這是在低壓艙訓練中看到的一幕——兩名航天員從準備間走進實驗艙,純白和純藍色的緊身液冷服,把他們從頭到腳包得如同電影里的“蜘蛛俠”。在工作人員的協助下,他們像蟲子鑽進蠶蛹一樣,進入了航天服。
與其說是“穿”航天服,不如說是“坐”航天服——兩名航天員小心翼翼地把雙腿伸進航天服的下肢,臀部放在航天服的背包沿上,然後關閉背包門,把自己裹在了龐大的航天服中……
這個過程也就一兩分鐘。但之前的準備工作需要花不少時間:航天員在穿上貼身內衣以後,首先要穿一件能夠測量心跳、體溫的生理背心,接下來是防靜電的連體內衣,第4層是給人體散熱的液冷服,然後戴上通訊裝備,最後才穿艙外服。
穿衣服全程搬到天上,就更複雜了。雖然120公斤的重量在失重狀態下不會對航天員造成負擔,但在太空進行任何精細的操作都是很困難的。
神七飛行結束后,手套將隨返回艙帶回地面。由於體積、重量的限制,費這麼大勁兒穿上的艙外航天服,在完成出艙任務脫下后,只能留在天上了。
想到這套衣服3000萬元人民幣的價值,好可惜……

專家解說三

(航天員選拔訓練研究室主任吳斌):飛船發射時,艙外服是打包固定在軌道艙壁上的,因此航天員首先要啟封服裝,然後把各部分組合成一件完整的艙外服,再把凈化器、氧瓶、電池、無線電遙測裝置等可更換部件裝上航天服。進入服裝后,還要對服裝進行尺寸調整、氣密性檢查和全性能測試。一切正常,這才算“穿好”了艙外服。在“穿衣”的過程中,執行出艙活動的航天員與留在軌道艙的航天員互相配合,一人操作時,另一人就讀操作手冊並進行確認,以確保所有操作萬無一失。
這是個非常細緻而又累人的活。比如,“艙外服啟封”項目分為21個操作單元,其中僅僅是“解開艙外服的包裝物”又包含了12個大步驟,每個步驟分為用工具鉗剪開固定艙外服的鋼絲和帶子、用工具卸掉扳手和螺絲等數十個動作。
整個過程長達近15個小時。神舟六號任務結束后,航天員訓練的一項主要內容,就是操作艙外航天服。

航天服檔案


組成:用料軟硬結合,從上到下依次是頭盔、上肢、軀幹、下肢、壓力手套、靴子。
適用:四肢裝有調節帶,通過調節上臂、小臂和下肢的長度,身高1.60米-1.80米的人都能穿上。
耐力:可支持4個小時艙外活動,並可重複使用5次。

上肢關節

巧妙地利用仿生結構,使關節活動更加自如。

腕鏡

手腕處裝有一面小鏡子,航天員可以通過它隨時察看自己身上的各種開關。

背包

高1.3米,是航天服穿脫(進出)口的密封門,在背包殼體內安裝艙外航天服生保設備,背包殼體下端安裝有掛包、備用氧瓶等。背包關閉通過拉緊鋼索和操作關閉手柄完成。

頭盔

經過科研攻關,“飛天”航天服頭盔的視野比其他同類產品要大。
攝像頭頭盔還有攝像頭,可拍攝航天員出艙操作。
照明燈兩側各一照明燈,可照亮服裝胸前部分,方便航天員在陰暗面操作。
報警指示燈兩側有報警指示燈,一旦服裝出現泄露報警燈閃。同時還有語言報警。
面窗其面窗4層,2層充壓結構,2層之間充高純氮氣,防結霧,外面是防護面窗,外層是濾光面窗,對太陽光折射率低,迎著光照面可拉下它。

手套

為每位航天員量身定做,看上去特別厚實,有點像拳擊手套。
外層熱防護手套外層為纖維織物,有兩層氣密,使用特殊隔熱橡膠材料,能耐受高溫到100℃。
指尖指尖部分,只有一層氣密層,保持觸覺。手指背部位內有兩層真空屏蔽隔熱層。
手心在手心握物部位設置有凸粒狀橡膠,主要為防滑。手套可握住25毫米的鉛筆粗細的東西。
熱防護蓋片在手背有可翻折的熱防護蓋片,用於覆蓋手指部位,提高此部位的熱防護能力和保證手指的關節活動性。

手錶

專門設計的航天手錶,材料適合航天特殊環境。
外觀它比一般手錶錶盤大,實現功能也比普通手錶多,上有三個小錶盤,分別是小時、分鐘、秒。可以讀北京時間和飛行時間,另外可以轉動錶盤記時。
用途航天手錶可讓航天員在漆黑的太空中,清楚地知道地球的晝夜之分。保障航天員的生活規律與地球同步,不至於打亂生物鐘。

衣料

航天服須真空屏蔽隔熱,所用織物要多種織法結合起來才能達到強度要求。
層次航天服6層:由特殊防靜電處理過的棉布織成的舒適層、橡膠質地的備份氣密層、複合關節結構組成的主氣密層、滌綸面料的限制層、通過熱反射來實現隔熱的隔熱層、最外面的外防護層。軀幹達到7層,最厚的是掛包有20層。

艙外服


艙外航天服相當於微型載人航天器,技術很複雜,是一個國家載人航天實力的重要體現。它由服裝、頭盔、手套和航天靴等組成,其中最複雜的是服裝,由多層組成。最裡層是襯裡和尿收集裝置;襯裡外是用於散熱的液冷通風層;液冷通風層外是用於產生一定壓力的加壓氣密層;然後是限制加壓氣密層向外膨脹的限制層;限制層外是對付艙外大溫差變化的隔熱層;最外面是保護層,它由多種纖維複合織物製成,具有良好的柔軟性,耐穿透、耐磨損、耐高溫、耐燃燒、耐腐蝕,還有防輻射的功能和連接其他裝具的介面。
艙外航天服的頭盔由頭盔殼、面窗結構和頸圈等組件構成,其中的頭盔殼所用材料具有強度大、抗衝擊等優點。在出艙前,頭盔面窗的內部要噴上防霧劑。手套與服裝通過腕圈接連,靴子由壓力靴和艙外熱防護套靴組成。
艙外航天服在背部裝有提供氧氣等維持生命所需各種條件的攜帶型生命保障系統。如果太空行走時間較長,艙外航天服內要裝有飲水袋。在飲水管的旁邊還有一個放置食物棒的長孔,航天員只要一伸嘴即可吃到美味可口的棒狀食品。
目前,二代飛天艙外航天服重量是130公斤,雖然重量不輕,但穿脫非常方便,經過專業訓練,5分鐘內就可以完成穿脫。準備就緒后,只要從服裝背後的背包門進去、關好並鎖緊背包門就可以了。這個“大背包”可以直接向艙外航天服中提供通風、供氧、去除二氧化碳及有害氣體,還可以控制航天服的溫度、濕度等氣體環境,保證航天服內的環境舒適。

第二版艙外航天服飛天簡介


艙外航天服類似一個小飛行器,因為它有自帶供電、氣源、製冷和空氣控制等技術,能獨立實現環境控制和生命保障。
我國研製的“飛天”艙外航天服每套總重量120公斤,造價約3000萬元人民幣,可靠係數0.997,可在太空環境下工作4小時,具有環境控制與生命保障及艙外通信功能,各項技術指標完全滿足“神七”飛行任務需要。
在“神七”氣閘艙里,有2套艙外航天服,分別為我國研製的“飛天”艙外航天服和俄羅斯研製的“海鷹”艙外航天服。
艙外航天服主要由頭盔、服裝、手套和靴子組成,其主要功能有:空間環境防護,包括真空壓力防護、空間熱防護、空間輻射與微塵流防護;工效保障,包括操作工效保障、視覺保障;環境控制與生命保障,包括供氧調壓、通風凈化、主動遙控等。
在技術上,艙外航天服的研製主要有以下幾個難點:活動密封技術、高度集成、安全可靠性設計技術、地面模擬試驗。之前,只有美、俄兩國有艙外航天服。
航天服的左臂上印著鮮紅的國旗,右臂上有兩個大字:“飛天”。,“飛天”是中國研製的第一代艙外航天服,整體設計和各部件的設計、組裝都是中國人自己完成的。就完成目前任務的能力而言,接近國際水平。

第三版艙外航天服的內部構造


如果忽略“暗藏”在航天服上的種種“機關”,“飛天”很像一件加厚、特大碼的羽絨服。服裝通體純白,軀幹像盔甲,四肢像麵包。從上到下依次是頭盔、上肢、軀幹、下肢、壓力手套和靴子,背上還有一隻1.30米高的大背包。
那麼,艙外航天服的內部構造是怎樣的?
從內到外,艙外服分為6層:由特殊防靜電處理過的棉布織成的舒適層,橡膠質地的備份氣密層,複合關節結構組成的主氣密層,滌綸面料的限制層,通過熱反射來實現隔熱的隔熱層,以及最外面的外防護層。外層的防護材料可耐受正負100攝氏度以上的溫差變化,堪稱國內最貴的服裝面料。服裝上肢(袖子)和下肢(褲腿)的長度可以根據每個航天員的身長進行調節。通過調節大小,一套航天服可以用於不同身材的航天員,身高1.60米-1.80米的人都可以穿。
——最裡面一層是舒適層,它是用特殊處理過的棉布製成,最大特點是絕對不起靜電,因為艙外服裡面是純氧,一有靜電就會著火。
——備份氣密層,由1毫米左右的橡膠板構成,與上肢等關聯結構粘貼在一起,形成相匹配的形狀。
——主氣密層,這一層所用的橡膠布的氣密程度是滴水不漏。它是個整體結構,完全覆蓋服裝主要的關節結構包括軀幹、背包。它既要能充氣加壓,又不能讓服裝過於膨脹,還要讓各關節活動自如,技術難度非常大。
——限制層,是用強度很高的材料構成,因為無論是備份氣密層,還是主氣密層,承受的壓力是很小的。可以說,限制層是主承力層。
——真空屏蔽隔熱層,它由5-7層塗鋁的聚酯薄膜構成,各膜之間用網路物隔開,貼在一起形成應對真空溫差、輻射等惡劣環境的強大屏蔽。
——外防護層,是一種特殊的紡織面料,目前是國內最昂貴的布料,可以在溫度±100℃之間保持完好無損,耐磨損、反射性強,太陽光照射上去后都反射回去了,吸收很少。

第四版飛天的整體結構


頭盔:面窗細分四層
“飛天”頭盔的製作材料由黑龍江一家科研院所提供。頭盔的面窗共有4層,其中兩層充壓結構間將被充入高純氮氣。外面還有一層防護面窗,再外層則是濾光面窗。濾光面窗對太陽光的折射率很低,一旦航天員迎著高強光照面,就可拉下這層面窗。
頭盔的兩側還各有一個照明燈,能夠照亮服裝的胸前部分,這有利於航天員在光照不足的陰照面操作。
與照明燈一樣位於頭盔兩側的還有報警指示燈,一旦服裝出現意外,報警燈就會閃起,並能發出語言報警。
此外,“飛天”頭盔上還裝有攝像頭,可以拍攝航天員出艙操作時的情景。
飛天頭盔的優點在於其視野比其他同類產品要大,這在製造技術上要求很高,相關的科技人員花費了數年時間才攻下頭盔製造的難關。
前胸設備:通過手腕反射鏡操作
“飛天”艙外航天服的前胸是其“大腦”所在。
服裝胸前的電控台是電器系統的核心,內有服裝加電、泵、風機、數管、照明、電台開關、OLED顯示器、機械式壓力表等設備。
與電控台相鄰的是氣液控制台,它控制著服裝氣路和液路系統的核心部件,裡面有20多個閥門,以保證正常供氧和應急供氧,切換主備氧氣瓶和氣體壓力主備設施。
“飛天”服裝前胸的操作開關有10多個,其中的消聲鍵可以兩用,包括消除警報聲,以及顯示器在兩個屏幕中切換。
有趣的是,因為視野所限,航天員並不能看到胸前和腰胯部的設備,只能通過兩隻手腕上的反光鏡反射進行操作。
手套觸覺:靈敏度可撿鉛筆
“飛天”航天服的肩、肘、腕三個上肢關節是氣密軸承裝置,雙層密封但能轉動,其中有專用的調節帶,可以調節尺寸適合不同人穿用。因為出艙活動主要靠上肢,所以下肢的膝、踝關節活動能力沒有上肢要求高,但下肢和襠部都有多處調節帶。
“飛天”航天服的手套在指尖部分只有一層氣密層,可以保持觸覺。這些手套分不同型號。製造時將14個人的手部數據利用三維掃描技術,製造出適合亞洲人的手套,分大小號,其靈敏度可以幫助航天員握住25毫米如鉛筆般粗細的東西。
掛鉤雙繩:艙外活動交替使用
“飛天”航天服上有兩根臍帶,其中01號臍帶長8米,02號臍帶長4米。這種臍帶將航天服與飛船連接在一起,航天員出艙后,在自主模式下並不用電臍帶,但一旦出現意外,作為應急供氧管的臍帶就會發揮作用。
航天服上的2個安全掛鉤對於這次任務非常重要。航天員出艙時,掛鉤可以起到安全防護作用,使航天員出艙不脫離艙體。
這兩個掛鉤上的繩子一長一短,一根3米,一根1米。1米的繩子承重1噸,由於比較短可以防止纏繞,它呈摺疊狀,一旦在外力作用下展開,就表明航天員已經離開飛船。另一根3米長的繩是彈簧繩,可拉長,也能承受1噸重。
具體操作時,出艙的航天員要交替使用兩個掛鉤,像攀岩那樣才能實現艙外活動。
穿衣程序:自下而上
上天后航天員要將掛在氣閘艙壁上的服裝產品從支架上取下,放在服裝架上,解包,檢查,進行組裝。
穿衣時,航天員先坐在艙外服背包門框上。背包兩側是供氧部件,航天員先把下肢穿好,把服裝與液冷服連接。液冷服能散熱70%-80%,是彈性網狀織物製成並帶有帽子,在網格之間穿有注滿水的軟管,軟管結構主要集中在人體頭部、軀幹、大腿等部位。液冷服的肩肘和腰部等怕涼的地方都加了特殊的羊毛氈進行防護。
飛天航服:可用五次
“飛天”航天服的每一處設計極其講究,小到一個襻扣都要考慮實際應用。據專家介紹,我國自行研製的“飛天”艙外航天服因為不帶有制動裝置,所以與美國航天服不同,而接近於俄羅斯航天服。
這套服裝可以重複使用5次左右。但據消息人士稱,神七的飛行任務中,“飛天”艙外航天服將留在氣閘艙中留軌,不過其中的手套要帶回。

第五版艙外航天服中的精密技術


軀幹殼體:保護生命的盔甲
軀幹殼體是艙外航天服的主體,是航天服的裝配集成中心,各種設備、儀器都要與之連接,是艙外航天服研製的重中之重。
艙外航天服軀幹殼體為鋁合金薄壁硬體結構,與背包系統裝配后共同承受地面運輸、上升段的各種載荷,具有壓力防護、載荷支撐、密封等功能,是名副其實的航天員的生命“盔甲”。神奇的是,這副“生命盔甲”的軀幹殼體為鋁合金薄壁硬體結構,壁厚僅1.5毫米。
呼吸系統:進出氣關口
艙外航天服上有呼吸系統,這是為航天員自動供給人造空氣、排出廢氣、調節安全氣壓和凈化航天服內異味的關鍵系統,關係到航天員的生命保障和呼吸舒適度。
據悉,艙外航天服內的空氣質量,既能自動將多種氣體混合成人造空氣,又能及時自動排除人體廢氣,還能自動將服內氣壓控制在安全範圍值以內,並能自動凈化服內異味,保證呼吸舒適度。
電臍帶:萬無一失的生命通道
在航天員離開“神舟七號”走向神秘太空時,與飛船連接全靠一條“電臍帶”,這個包括航天服電纜網、掛包電纜網和航天服氣壓調節行程開關等在內的系統均承擔著向航天服各組成部分供電和傳輸信號的重要使命。
“電臍帶”還是一根可以隨時把航天員拉回艙內的“繩子”,其上的臍帶數據處理器可以將採集到的航天服、艙載設備信息實時傳送給飛船的數管分系統,並將自身的信息通過測控通信傳回地面。這樣,航天員在太空行走的安全性得到了充分的保障。“電臍帶”的柔軟度如同普通的膠質水管一般,良好的柔軟度保證了航天員在太空活動靈活自如。

第六版中國艙外航天服三大優勢


中國研製的艙外航天服有自己的優勢,主要表現在三個方面:
首先,中國的艙外航天服採用更多數字化技術,在信息採集、數據傳輸等方面均採用數字化手段。
而俄羅斯的“海鷹”航天服研製於上世紀七、八十年代,當時數字技術還不發達,因此採用的是模擬技術。
其次,中國的艙外航天服在與飛船聯接時,採用CDMA制式,而“海鷹”航天服用的是短波通信方式。
第三,中國的艙外航天服在肘關節、膝關節等處,繼承了艙內航天服的優點,相對來說比較柔軟,這樣航天員的行動也就更靈活。

第七版飛天五大創新提高出艙工作效率


艙外航天服,是航天員在太空行走和工作的交通工具。為方便航天員出艙工作,提高工作效率,我國科研人員精益求精,對服裝的關鍵部件進行了技術創新。
頭盔面窗。在太空中,保持視野清晰並非易事。出艙時,有時會遇到-100℃的低溫,頭盔面窗的溫度也會下降,而航天員口鼻中散出的熱氣就會在面窗上結霧,妨礙航天員的視野。為此,科研人員採取通風去濕法、雙層面窗法,保障了面窗的透明度。
關節結構。為了減少活動阻力,科研人員通過研究蝦外殼的結構,創新出套接式的關節結構,既保證各關節強度和氣密性,又保證了靈活性。
手套。出艙行走主要靠手來完成,為保證手套有足夠的靈活性,科研人員在3年多時間內,先後對材料進行了幾十次調配,最終確定了最佳方案。目前,該手套可以輕鬆握住氣閘艙外的欄桿。
氣液控制台。它可以說是服裝的“心臟”,體積不大的盒子里,集中了20多種閥門。所有氣路系統要向服裝供氣,什麼時候供、供多大,航天員都可以通過高度集成的控制台來完成。
電子顯示系統。為了方便航天員更好地觀測數據和參數,進行出艙活動,電子顯示系統採取最先進的OLED技術,色彩艷麗,耐熱性能強,可靠性高,強光下也能保證看得清清楚楚。

第八版艙內艙外服大比拼


電控台、氣液控制台、氣液組合插座、應急供氧管、電臍帶……軀幹外殼上分佈著各種儀器。一個只有漢語辭典大小的控制台里,集成了20多種閥門,每個閥門又是一個更精巧的開關集合體。
那麼,同樣都是航天服,艙外航天服跟艙內航天服有什麼不同?
艙內航天服只保證壓力,但艙外航天服什麼都要管。飛船里的大多數功能,都要在艙外航天服里實現。

新一代飛天艙外航天服


艙外航天服功能
由於太空環境很惡劣,因此航天員出艙時必須穿艙外航天服,以便把航天員的身體與太空惡劣環境隔離開來,並向航天員提供一個相當於地面的環境。
“飛天”艙外服特點
我國太空行走第一人翟志剛2008年穿的“飛天”艙外航天服質量為120千克,高2米,配有1.30米高的生命保障系統背包,可支持至少4小時的艙外活動,能重複使用5次以上,價值3000多萬人民幣。
它從內到外分6層:舒適層、備份氣密層、主氣密層、限制層、隔熱層、外防護層,具備防輻射、溫度調節和壓力調節等功能,還有完備的生命保障系統。服裝的四肢裝有調節帶,通過調節上臂、小臂和下肢的長度,身高1.60~1.80米的人都能穿上這套衣服。最外層防護材料可耐受±100℃左右的溫差變化。
殼體為鋁合金薄壁硬體結構,厚度1.5毫米,抗壓能力超過120千帕,經得起地面運輸、火箭發射時的震動,還能連接服裝各個部位,承受整套服裝120千克質量。
“飛天”艙外服採用整體擬人形態半硬式密封結構(軀幹是硬式結構,四肢是軟式結構),及後背鉸鏈門式穿離線構;採用閉式循環非再生式環控生保系統,由高壓氧瓶供氧,使用40千帕純氧壓力制度,主要採用水升華器技術實現主動熱防護;遙測與控制系統把艙外航天服的工程參數、航天員的生理參數和話音信號,利用“臍帶”方式有線下傳或遙測設備無線下傳;可由“臍帶”模式艙載供電,也能由服裝電池自主供電。
其指尖部分只有1層氣密層,以保持觸覺,手指其餘部位內有2層真空屏蔽隔熱層。手套的手背處裝有可以翻折的熱防護蓋片,它不僅能提高手指的熱防護能力,還能保證手指的關節活動性。在手套的握物部位設置有防滑的凸粒狀橡膠。
重而不笨、行動靈活是“飛天”艙外服一大特點。它巧妙地利用了仿生結構,使關節活動更自如。其上下肢的所有關節處使用了氣密軸承,使航天員的手腳可隨意轉動,又能嚴格保證氣密性。其背包是航天服穿脫口的密封門,在背包內安裝了艙外航天服生保設備,背包殼體下端裝有備用氧瓶等。背包關閉通過拉緊鋼索和操作關閉手柄完成。
升級版“飛天”艙外服
“飛天”艙外服頭盔的視野比其他同類產品要大;頭盔上裝有攝像頭,可拍攝航天員出艙操作;兩側各有1個照明燈,可照亮服裝胸前部分,方便航天員在陰暗面操作;兩側有報警指示燈,在艙外服出現泄露時閃動報警,同時還有語言報警。它的面窗有4層:其中裡面兩層為充壓結構,即兩層之間充高純氮氣和防霧劑,外面是防護面窗,最外層是鍍金的濾光面窗,對太陽光折射率低,防止太陽光線直接照射人眼。
軀幹外殼裝有:電控台、氣液控制台、氣液組合插座、應急供氧管、電臍帶。僅十幾平方厘米的電控台里有照明、數碼管控、機械式壓力表等9個開關,漢語辭典大小的氣液控制台里集成了20多種閥門。
出艙通信分為無線和有線兩種方式,它們互為備份,但以無線通信為主。有線通信通過連接航天員腰部左側的8米長“電臍帶”來實現,用於傳輸航天員生理參數,還可與地面直接通話。裡面有很細的鋼纜,不僅能提供備份通信或者能源,也起到一定的安全防護作用。但主要靠艙外服胸甲右下側伸出的兩根一長一短的橘黃色安全繫繩及其掛鉤來保障安全。它們內部有彈簧,最長可拉至3米,承受1噸的拉力,我國的設備可保證2~3倍的安全余量。
在電控系統上,“飛天”艙外服全部採用數字信號處理,顯示屏則採用最先進的有機發光顯示器技術,使顯示器更大、更薄、更省電、更能耐受高低溫,顯示色彩更艷麗。
據悉,這次神舟十二號航天員將穿著進行了大量改進與升級的“飛天”艙外服,它已經組裝完畢,高度在2米左右,重100多公斤,可支持更長時間的艙外活動,重複使用次數更多,關節處更加靈活。艙外服的整體效能、可靠性、舒適性有了進一步提高,艙外服的操作動作和信息識別更加迅速、準確,科技感更強,同時具有中國的審美識別性。
神舟十二號航天員劉伯明表示:“我很期待站在機械臂末端那一刻,面向整個茫茫宇宙,隨著機械臂擺動,會有一種飛翔的感覺。”的確,我們所有人都很期待那一刻。