航天服hángtiānfú

〈名〉 一种用来保障宇航员的生命活动和工作能力的个人服装系统。

航天服hánɡtiānfú

〈名〉宇航员飞行时穿的特制服装。

航天服

航天员专用服装。可防止空间各种环境因素对人体的危害。

航天服

航天服是保证航天员航天过程中生命安全和执行任务的个人用防护装备。当船舱大气环境遭到破坏，或航天员在舱外活动时，均需由航天服提供防护。按其使用要求，可将航天服分为“舱内用”与“舱外用”两种类型。舱内出现应急情况时，舱内用航天服同舱内生命保证系统(供氧、加压、净化、温度与湿度控制等)连成一体，构成密闭循环回路(参见“飞船乘员舱生命保证系统”)，达到安全救生目的。出舱活动时，舱外用航天服同背包生命保证系统连成一体，构成独立的密闭循环系统(图1)。

图1 舱外用航天服示意图

1.袜子 2.水冷服 3.尿收集袋4.通风管道 5.头盔 6.天线7.背包生命保证系统 8.进食嘴9.气密限制层 10.防护层 11.活动关节 12.手套 13.真空隔热屏蔽层 14.外套 15.靴子

航天头盔 现在使用的航天头盔可分为“面窗型”(图1)与“全透明型”两类。面窗型由盔壳、通风衬垫、面窗、开闭机构、颈圈、进食嘴等主要部件组成。
(1) 盔壳： 一般用玻璃钢制成。受力均匀，富有弹性，利于防碰撞与减震； 并兼有隔声与隔热性能，重量轻。
(2) 通风衬垫： 兼有减震、隔热、消声等用途。紧贴盔壳里面的是硬衬垫，用弹性较小的聚苯（或聚氯）乙烯或用聚氨基甲酸乙酯制成。
(3) 面窗：为了确保面窗同盔壳结合部位的密封性能，面窗应选择刚度好、强度和透光率高的材料 （如聚碳酸酯）。为了加强面窗同开口间的吻合度，必须选择合理的密封圈。其断面可以是“L”、“M”、“O”、“V”等形状。为防止呼出气中水汽凝集，在低温环境于面窗内表面结雾或结霜，可采用双层面窗，提高热阻； 也可在内表面涂复一层透光性能好的化学防雾剂。在极低温度环境，外表面涂复金膜或其他低发射率介质膜，反射盔内红外线，以减少盔内热损失。聚碳酸酯是一种比较理想的材料，透光率可达到86～92%，有较高的抗冲击韧性，比航空用有机玻璃大30倍； 有较强的吸收紫外线能力，可在-100℃～+130℃环境（如在月球表面）使用。
(4) 面窗开闭机构：有“自动”、“半自动”与“手动”等形式。用途是使面窗能按要求的轨迹运动。装有定位装置可在面窗开启或关闭时起定位作用，另设有锁定装置，确保面窗关闭。具体结构取决于密封方式和所要求的空间。图2是一种凸轮式开闭机构。在逆时针转动带手柄凸轮时，同面窗相连的拉板被压向右边，从而使面窗压在盔壳开口的密封圈上，同时将手柄锁在盔壳上。

图2 面窗开闭手动机构

1.手柄 2.拉板 3.固定轴 4.底盘

(5)进食嘴： 面窗关闭时，供航天员进食、进水用。通常设在盔壳的前下方或侧前方，由单向活门、密封圈、防风盖等部件组成。
全透明型头盔在结构上较面窗型简单，内径大，视野较大，气密性好；缺点是较重。航天员在舱内处于常态航行过程时必须脱掉，以便于进食、进水或洗漱，在压力应急瞬间或出舱活动时戴上。在飞船舱外或在月球表面上活动时，可加用保护面罩和太阳罩，以保护航天员在太阳光线直射或面向太阳活动时，免遭紫外到红外波段电磁波对视网膜的危害。
颈圈 用于连接头盔与服装并保证气密性。由上、下两个颈圈组成。当两者套接在一起时，转动上圈，使下颈圈中活动键锁入上颈圈，密封圈同时被压紧，以保证连接与气密。
服装 通常由外罩、气密限制层、通风结构、保暖层、内衣、手套和航天靴等基本部件组成。舱外用服装在结构上另有新的增添(图1)。
(1) 外罩： 外罩是服装最外的一层，其基本用途是保护气密限制层，防火，防护空间因素的危害。选用白色表面或镀铝表面，以增加对日光的反射率。在月球表面有可能遭遇继发性陨石碎块袭击，其速度为1～1.5km/s，有一定破坏力。微流尘(1×10^-6～1×10^-4g以上)也能击穿一般材料制作的防护层。通常采用氯丁橡胶尼龙布与玻璃纤维布加以防护。
(2) 真空隔热屏蔽层： 用于防护舱外活动时的极端温度条件。如在月球表面的向阳侧，温度高达130℃，该层可防止外界辐射热的侵袭，在背阴侧 （或夜间）低到一160℃，该层可防止服装内热量向外散失。该层通常由一系列屏蔽板组成，屏蔽板间隙被抽成真空。在这种状态下，透过该层的总热量(Q0)系通过辐射(Q1)、残余气体分子(Q2)、支撑体的传导(Q3)三种途径传递。屏板用金属箔片或用表面镀铝塑料薄膜制成。0.5mm厚的聚酰胺薄膜表面上镀以500Å的锗膜制成的屏板， 具有良好隔热性能。由7～8层屏板组成的真空隔热屏蔽层可以满足航天员在空间活动过程必需的隔热、保暖要求。
(3)气密限制层：该层于服装内充气加压时发挥作用。采用缝纫成型“软胎结构”时，该层由气密层与限制层组成。气密层选用漏气量甚微的胶布制成。限制层是承受服装内压力的关键部分，应选用强度高、伸长率低的特制材料制作。“硬胎结构”是将气密与限制两层合成一体，按人的体型用橡胶模压成型。在服装充气加压状态下，限制层被扩张、变硬，严重限制关节活动。服装加压值越高，活动受限问题越严重。穿着一般活动型的航天服，加压到155mmHg时，航天员还可完成一般性动作；当压力升高到260mmHg时，已不能完成随意动作，只能保持固定的姿态。为改进关节活动性能，曾研制了多种形式的关节结构：如网状限制式，波纹管式，桔瓣式，气密轴承式转动结构等。这些结构对关节活动仍有不同程度限制影响，特别是腰部，充压时有如“硬筒”不容稍许弯曲。近年已研制成功各种结构复杂的等容结构，解决了多年来航天服活动性能受限的根本问题。图3是肘关节部位的可转动性等容结构的示意图。关节弯曲时，上环与下环沿连杆螺钉轴进行复合运动。借助直径的不同，圆环可以互相套入，以便排除弯曲时皱纹的聚合。上、下两环与中环之间膜片装配成凸出褶积结构，凸出边缘分别与圆环上的螺钉轴相重合。随着圆环的复合运动，弯曲侧容积减小，伸展侧容积补偿性增加，保持整个关节弯曲时容积不变，又不耗损过多外力。弯曲关节的旋转力矩仅用于克服织物和刚性部件活动所产生的摩擦阻力，故不感费力。

图3 肘关节等容结构示意图

1.下环 2.中环 3.上环 4.膜片 5.膜壳 6.连杆 7.螺钉

(4)通风结构与水冷服： 通风结构用于排除人体的多余热量和服装内积存的水汽。有多种类型通风结构，以“管道式”结构效率最高。其原理是： 按不同部位体表温度生理特性，确定各部位风量分配，以规定风速通过特定管道系统，使气体经过服装内部不断循环。此类结构的散热能力有一定限度，超过300～350kcal/h（如强体力活动）时，已不能满足要求。基于水的比热大，又可循环使用的特点，航天员在飞船舱外活动时，因代谢水平过高，可增添“水冷服”(又称“液冷服”)结构，以补充通风结构之不足。水冷服的散热效能甚高。如散热要求为150kcal/h时，用通风方式需要580L/min的风量； 用水冷时，只需1.25L/min少量的水即可收到同样效果。其原理是：在服装内加装由内径1.5～3.0mm、壁厚0.5～1.0mm的细管所组成的供水管道系统；管道总长80～120m，共有20～80条分枝，沿躯干及上、下肢体表按一定方式排列； 液体循环于服装内部管道系统与背包生命保证系统之间，在背包处降温后再返回服装内将多余热量带走。
(5) 保暖层与内衣：保暖层位于气密层与内衣之间，保护航天员在外界温度变动范围不大的条件下，维持舒适状态。应选用热阻大、柔软、重量轻的材料(羊毛、合成纤维絮片等)制造。内衣对皮肤生理功能有直接影响，特别在航天员不能洗澡与更换内衣时，大量皮脂、汗液、角化上皮细屑等会污染内衣，降低其透气性能。故应选用柔软、吸湿性能好、透气率高、对皮肤无刺激性的材料。
加压手套 对手套的要求是，当处于充气加压状态，不应影响手指活动。手的汗腺分布密度大，又是精神性发汗的重要部位，必须有良好的通风结构。手指血液循环差、散热面积大，须有隔热性能良好的手套保护。手套与服装的气密限制层近似，为“软胎结构”或“硬胎结构”。保证手指活动性能的结构，同服装大同小异。手套的手指关节部位常采用桔瓣式结构。手掌部位增添限制带，限制其在加压时的膨胀程度。如何设计制作手套手指关节部位的等容结构，正在探索中。为脱、戴方便，手套系带被固定于服装腕部的断接器上。此断接器可保证手部的随意旋转运动。
航天靴 航天员出到舱外，特别是在月球表面活动时，对航天靴的要求很高。除应确保耐压性能外，还应具有良好的温度防护性能。共有三种类型： 一类是与服装气密限制层连成整体； 第二类是通过服装下肢部分断接器穿脱； 第三类是穿在气密限制层外面的套靴。