美国重返月球第一个难题被攻克:可生存8小时,扛住零下157度低温

EMUs宇航服工作环境在近地轨道,与月球表面环境相似,因为月球几乎没有大气,表面与宇宙空间环境非常接近,因此NASA在EMUs宇航服基础上研发了xEMUs宇航服。从英文缩写可以看出,xEMUs宇航服比EMUs宇航服多了一个X,这是探索的意思,增加了一个探索功能,即可以满足宇航员进行月面探索。

出品:太空伊卡洛斯

2024年NASA要重返月球,这次NASA还准备了一名女性宇航员登月月球,至于登月的动机已经路人皆知了:要赶在中国实现载人登月之前先返回月球,同时,将月球作为一个跳板,实现载人登陆火星。要想重返月球,第一个难题就是宇航服如何解决,目前这个问题已经被攻克,NASA公开了新款宇航服,我们不妨深入分析下,这款全新的宇航服到底有哪些特别的地方。

美国重返月球第一个难题被攻克:可生存8小时,扛住零下157度低温

图注:2024年重返月球的宇航服示意图。

早在阿波罗工程实施时期,NASA就已经开始设计现代宇航服,这就是舱外机动套装,英文简称为EMUs。宇航员穿上EMUs宇航服可生存8个小时,且能够在舱外(国际空间站)进行活动。这套宇航服从航天飞机时代就开始使用,1982年开始交付,已经有40年历史了。随便提一下,EMUs宇航服一开始不是根据女性宇航员的身形设计的,但2024年重返月球是个例外,有专门针对女性生理结构设计的模块。

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图注:增强型EMUs宇航服是目前国际空间站上使用最先进的舱外宇航服

EMUs工作环境月球表面类似

美国航天局在启动Artemis重返月球计划后,要将第一批女性宇航员送至月球表面,且需要在月球表面进行大量科学活动,诸多原因的作用下,NASA开始翻新宇航服的设计。与航天飞机、载人飞船相似,登月宇航服要保障宇航员的生命,同时还要进行高效率的工作,换句话说,一套舱外宇航服其就是世界上最小的航天器!在航天飞机任务期间,使用EMUs宇航服的宇航员如同一个地球轨道卫星或者航天器,绕地球运行,与空间站保持相对静止。从这个角度看,EMUs宇航服不仅可以防护恶劣的太空环境对人体的危害,还能阻挡地球和大气层带来的一些危险物质,安全性非常关键。

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图注:月球表面环境接近宇宙空间

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图注:月球表面温度波动范围,最高可达到120度以上,最低为零下180多摄氏度

EMUs宇航服工作环境在近地轨道,与月球表面环境相似,因为月球几乎没有大气,表面与宇宙空间环境非常接近,因此NASA在EMUs宇航服基础上研发了xEMUs宇航服。从英文缩写可以看出,xEMUs宇航服比EMUs宇航服多了一个X,这是探索的意思,增加了一个探索功能,即可以满足宇航员进行月面探测。从参数性能上看,xEMUs宇航服能够扛住月面零下157摄氏度超低温,并且也能抵抗白天时121摄氏度的高温,为了保证宇航员的温暖舒适度,宇航服需要兼备反光性和隔热性两种功能。

xEMUs宇航服突出了机动性

与阿波罗登月期间设计EMUs舱外机动套装相比,xEMUs宇航服最大的亮点是能够在月球表面自由自在的活动,甚至能够翻跟头,专门针对女性宇航员进行从头到脚的量身定制,获得更大的机动性和安全保障。阿波罗登月时期我们对月球表面的情况一无所知,宇航员活动区域的认知一片空白,所以我们看到在EMUs宇航服的设计上非常呆板,行走不便,于是宇航员就一跳一跳地在月球上移动,双腿迈不开、双手举不高,四肢都宇航服束缚住了。

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图注:阿波罗登月期间,宇航员使用舱外机动套装时摔倒,原因是膝盖活动自由度不够,腰部活动自由度不够,导致宇航服无法弯腰。图中可以看出,这位宇航员准备弯腰拿起一个实验装置,结果摔倒了。

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图注:Z-5版本的xEMUs宇航服正在水下进行测试。

全新设计的xEMUs宇航服首先解放了四肢,突出了机动性,个性登山靴鞋底非常灵活,宇航员可以多种身体状态在月球上活动,僵直姿势永远变成历史。这样做无疑是提升了任务效率,帮助宇航员保持身体平衡,不易跌倒。我们之前也看到阿波罗登月宇航员踉踉跄跄地走路,还跌到了,那么在2024年登月时就不会发生。

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图注:xEMUs宇航服的肩膀经过全新设计,自由度非常高,可全向活动。

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图注:自由度较高的肩膀设计,可让宇航员灵活操作器械

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图注:拿工具也变成更加方便

xEMUs宇航服给与宇航员一些身体部位:膝盖和肩膀等更大的活动空间,解放了四肢。他们可以自由弯曲他们的膝盖、扭动臀部,甚至还能把东西举到头顶上。旧款登月宇航服关于肩膀部分的设计依赖于滑轮和缆绳的设计,xEMUs宇航服则使用轴承来为宇航员提供更大的灵活性,还能实现手臂从肩部至手腕部位的来回旋转活动。

巨大的背包是生命保障系统

新款xEMUs宇航服仍保留熟悉的巨大背包,其实背包里面还有气体喷射装置,可让宇航员在数百米范围内移动,当然不能飘太远,存在一些危险性。宇航员所使用的电源、氧气、补给等都装入这个背包,同时对二氧化碳、气味和水分隔离和进行加压气密处理。随着技术不断革新,背包的大小也在不断地缩小,也就是说新款宇航服将安装备份系统,如果宇航员在使用背包的中途,一些功能失灵了,他们还可以使用备份功能。月面环境较为复杂,宇航员在探索过程中可能陷入某些撞击坑月壤较松的地方,那么生命保障系统可坚持8个小时以上,足够其他宇航员前来救援。

美国重返月球第一个难题被攻克:可生存8小时,扛住零下157度低温

图注:巨大的背包中是生命支持系统。

综上,关于新款xEMUs宇航服的详细参数NASA还没有公布,根据我们的分析,其大致与EMUs舱外机动套装相同,在四肢自由度、移动方面更胜一筹,可进行更多的月球材料搬运、科研活动,且不会让宇航员负重太多、不容易摔倒。

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