宇航服的原理

航天過程中保護(hù)宇航員生命安全的個(gè)人防護(hù)救生裝備，又稱宇宙服或航天服。宇航服能構(gòu)成適于宇航員生活的人體小氣候。它在結(jié)構(gòu)上分為6層: ①內(nèi)衣舒適層:宇航員在長期飛行過程中不能洗換衣服，大量的皮脂、汗液等會(huì)污染內(nèi)衣，故選用質(zhì)地柔軟、吸濕性和透氣性良好的棉針織品制做。 ②保暖層:在環(huán)境溫度變化范圍不大的情況下，保暖層用以保持舒適的溫度環(huán)境。選用保暖性好、熱阻大、柔軟、重量輕的材料，如合成纖維絮片、羊毛和絲綿等。 ③通風(fēng)服和水冷服液冷服:在宇航員體熱過高的情況下，通風(fēng)服和水冷服以不同的方式散發(fā)熱量。若人體產(chǎn)熱量超過350大卡/小時(shí)如在艙外活動(dòng)，通風(fēng)服便不能滿足散熱要求，這時(shí)即由水冷服降溫。通風(fēng)服和水冷服多采用抗壓、耐用、柔軟的塑料管制成，如聚氯乙烯管或尼龍膜等。 ④氣密限制層:在真空環(huán)境中，只有保持宇航員身體周圍有一定壓力時(shí)才能保證宇航員的生命安全。因此氣密層采用氣密性好的涂氯丁尼龍膠布等材料制成。限制層選用強(qiáng)度高、伸長率低的織物，一般用滌綸織物制成。由于加壓后活動(dòng)困難，各關(guān)節(jié)部位采用各種結(jié)構(gòu)形式:如網(wǎng)狀織物形式、波紋管式、桔瓣式等，配合氣密軸承轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)以改善其活動(dòng)性。 ⑤隔熱層:宇航員在艙外活動(dòng)時(shí)，隔熱層起過熱或過冷保護(hù)作用。它用多層鍍鋁的聚酰亞胺薄膜或聚酯薄膜并在各層之間夾以無紡織布制成。 ⑥外罩防護(hù)層:是宇航服最外的一層，要求防火、防熱輻射和防宇宙空間各種因素微流星、宇宙線等對人體的危害。這一層大部分用鍍鋁織物制成。 與宇航服配套的還有頭盔、手套、靴子等。艙內(nèi)用航天服艙外航天服航天服由頭盔、服裝、手套和靴子組成。頭盔通過頸圈與服裝連接。頭盔上的面窗平時(shí)可隨意啟閉，緊急時(shí)可在數(shù)秒鐘內(nèi)自動(dòng)或手動(dòng)關(guān)鎖。艙外用的航天服由外罩、真空隔熱層、氣密限制層、通風(fēng)結(jié)構(gòu)和液冷服組成。手套與衣袖通過腕部斷接器連結(jié)，脫戴很方便。靴子有的與服裝連成整體有的與服裝分開穿著。全套航天服重約30～40千克。 航天服的另外兩個(gè)部件是可隨時(shí)連接的手套和靴子。手套與服裝通過腕圈接連，是服裝壓力層的延續(xù)。它要符合穿戴者手型，能快速穿脫戴，在各手指關(guān)節(jié)部分有波紋結(jié)構(gòu)，便于操作。航天靴由壓力靴和艙外熱防護(hù)套靴組成，其中壓力靴是服裝氣密加壓限制層的延續(xù)。通常將踝部活動(dòng)關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)在壓力靴上，并與壓力服相連接。航天服內(nèi)部還設(shè)有廢物收集裝置，用于在緊急情況下收集、貯存和輸送大小便用。艙外用航天服宇航員在艙外工作艙外用的航天服除有艙內(nèi)航天服的所有各層外，還有三層:一是真空隔熱層，用于保護(hù)航天員在艙外作業(yè)或在月球與其它星體表面活動(dòng)時(shí)，不受艙外環(huán)境過熱、過冷的侵襲，又可防止服裝內(nèi)部的熱量散失。二是液冷服，它是將艙內(nèi)航天服的通風(fēng)散熱層管內(nèi)的氣體改為液體而成。航天員在艙外作業(yè)有時(shí)長達(dá)幾個(gè)小時(shí)，身體產(chǎn)生的熱量多，靠氣體散熱達(dá)不到散熱要求，而液態(tài)冷卻工質(zhì)就可很好把熱散掉。三是最外層，它除要有防高熱、防磨損和保護(hù)內(nèi)部各層的功能外，還要有防太陽輻射的功能和連接其它裝具的接口。例如，與航天員艙外活動(dòng)時(shí)的臍帶連接，與身背攜帶式生保環(huán)境裝備、太空機(jī)動(dòng)飛行機(jī)構(gòu)的連接等。 航天服的頭盔由頭盔殼、面窗結(jié)構(gòu)和頸圈等組件構(gòu)成。目前在載人航天中使用的頭盔有軟式與硬式兩種，其中硬式頭盔又分為固定式和轉(zhuǎn)動(dòng)式二種。軟式頭盔大多數(shù)作為艙內(nèi)航天服的組件。轉(zhuǎn)動(dòng)式頭盔在其頸圈上有氣密活動(dòng)軸承，但密封環(huán)節(jié)增多會(huì)降低氣密性與結(jié)構(gòu)可靠性，增加設(shè)計(jì)難度。 現(xiàn)以固定式全透明的鐘罩式頭盔為例，介紹其結(jié)構(gòu)組成。頭盔殼是頭盔的主體，其材料應(yīng)具有強(qiáng)度大、抗沖擊和足夠的耐熱性等優(yōu)點(diǎn)。在其面窗部位上有良好的光學(xué)性能。頭盔內(nèi)腔壁有硬襯墊和軟襯墊，襯墊上鑲有細(xì)管道，它兼有減震、隔熱、消聲、通風(fēng)和供氧等功能。其內(nèi)腔要適于戴通訊頭盔，允許頭在里面左右轉(zhuǎn)動(dòng)，尺寸要與穿戴者的頭形相適應(yīng)。還要留有安裝生理測試部件、有利于排出人體呼出的二氧化碳和水汽的空間。 除上述各種要求外，面窗還應(yīng)有良好的光學(xué)性能和廣闊的視野。頭殼的面窗部分除應(yīng)有透光良好外，還要有防霧、去濕的措施，因?yàn)楹教靻T出艙活動(dòng)時(shí)會(huì)遇上-150℃的低溫，面窗內(nèi)的溫度也會(huì)下降。當(dāng)降到空氣露點(diǎn)以下時(shí)面窗上就會(huì)結(jié)霧，妨礙航天員的視線。目前已用的方法有通風(fēng)去濕法、雙層面窗法、電熱面窗法和化學(xué)防霧劑等，以保障面窗的透明度。否則，影響航天任務(wù)的執(zhí)行。例如，1966年美國雙子星座9號(hào)飛船的航天員，在太空用載人機(jī)動(dòng)裝置進(jìn)行飛行時(shí)，因面窗起霧而看不清外邊的情景，未能完成太空行走中的特定航天任務(wù)。 頸圈是連接服裝與頭盔的關(guān)鍵部件，分上、下兩圈，在穿戴服裝與頭盔時(shí)，先將上下圈連接上，再連接頭盔與服裝。它要求穿脫方便，具有良好的氣密性和加接強(qiáng)度。在緊急情況下，要有使穿戴者本人能快速斷、接、鎖緊操作的機(jī)構(gòu)，便于及時(shí)與頭盔或服裝斷開或連接。