無穹航天展上展出的航天服 新華社發

中國登月服外觀 新華社發

近日，經公開征集評選，我國載人月球探測任務登月服命名為“望宇”。目前，“望宇”登月服已全面進入初樣研制階段，各項工作進展順利。

航天服是保障航天員生命活動和工作能力的個人密閉裝備。在太空中，航天服可以保護航天員不受高低溫、真空、太陽輻射、射線和微流星等環境因素的侵害，並為航天員提供人類生存所需的氧氣。

在人類探索宇宙的征程中，未來的航天服將成為航天員在極端環境中生存和工作的關鍵裝備。無論是載人登陸火星、探索太陽，還是登陸小行星，甚至飛出太陽系，航天服都需要具備超乎想象的性能和功能，以應對各種復雜和嚴酷的挑戰。

1.航天服隱藏的高科技

我國的“飛天”航天服和“望宇”登月服是航天科技領域的重要成果，它們融合了眾多高科技成果，為航天員在宇宙太空和月球表面的活動提供了生命保障和作業支持。這些航天服不僅體現了我國航天科技的先進水平，還展示了我國在材料科學、結構設計、智能化技術等方面的創新能力和綜合實力。

從材料科技的角度看，“飛天”航天服和“望宇”登月服採用了多種高科技材料，以應對宇宙太空和月球表面極端的真空、高低溫、月塵及宇宙射線等復雜環境。服裝主體由多層結構組成，從內到外依次為內衣舒適層、保暖層、通風服和水冷服、氣密限制層、隔熱層和外保護層。內衣舒適層選用質地柔軟、吸濕性和透氣性良好的棉針織品，以確保航天員在長時間飛行過程中保持干爽舒適。保暖層使用保暖性好、熱阻大、柔軟且重量輕的合成纖維絮片、羊毛和絲綿等材料，為航天員提供穩定的溫度環境。通風服和水冷服在航天員體熱過高時，通過氣流循環和液冷管線有效散熱，保障生命體征穩定。氣密限制層採用氯丁橡膠等具有良好氣密性的材料制成，確保在真空環境下，航天員周圍有一定的壓力，以保護生命安全。隔熱層由多層鍍鋁聚酰亞胺薄膜或聚酯薄膜制成，有效隔絕月球表面的極端溫差變化。外保護層採用鍍鋁織物等高強度、高耐磨材料，防火、防熱輻射，並抵御宇宙射線和微小隕石的撞擊。

在結構設計方面，“飛天”航天服和“望宇”登月服注重輕量化與小型化，以提高航天員的活動能力和減少能量消耗。“望宇”登月服整體重量較前代減輕20%左右，核心功能模塊的集成度提高了30%以上。這種設計不僅提高了登月航天員的活動能力，還減少了能量消耗。航天服的關節部位經過特殊設計，採用低重力環境關節配置，增強了人服活動能力。登月航天員可以輕鬆完成蹲、彎腰、攀爬等動作，大大提高了月面作業效率。此外，“望宇”登月服的外觀設計也融入了諸多中國元素，如飄帶、傳統甲冑等。上肢的飛天飄帶寬厚穩健，下肢則借鑒火箭升空尾焰造型，形成“一飛沖天”的視覺效果。這種設計不僅體現了中國文化的獨特魅力，還寄托了中國航天科技團隊對載人登月的美好希冀。

智能化與信息化是“飛天”航天服和“望宇”登月服的另一大亮點。胸前的多功能集成控制台集成了多種操作功能，航天員可以通過簡單的操作完成復雜任務。這種設計提高了操作的便捷性和高效性。航天服的面罩採用全景式防眩光設計，提升了視覺工效。同時，頭部兩側配置了長短焦距攝像機，可實現遠近景視頻攝錄，為航天員提供了全方位的視覺支持。此外，航天服還集成了先進的通信系統，能夠實現航天員與地面控制中心、其他航天員之間的實時通信，確保信息傳遞的及時性和准確性。

在生命保障系統方面，“飛天”航天服和“望宇”登月服配備了全套生命支持系統，確保航天員在宇宙太空和月球表面的生存。通風與水冷系統通過氣流循環和液冷管線有效散熱，保障航天員在高溫環境下的生命體征穩定。綜合防護面料能夠有效防護月面熱環境及月塵影響，確保航天員在復雜環境中的安全。此外，航天服還具備可靠的通信能力，確保航天員與地面之間的聯絡暢通無阻。

未來，“飛天”航天服和“望宇”登月服將朝著更加智能化、多功能集成和模塊化的方向發展。智能化發展將使航天服具備更強的自主決策和環境感知能力，能夠更好地適應復雜多變的宇宙太空和月球環境。多功能集成將進一步集成更多功能，如醫療監測、科學研究等，為航天員提供更多支持。模塊化設計將使航天服的各個部件可以快速拆卸和更換，方便維護和修理，提高航天服的可靠性和使用壽命。

2.航天服的前世今生

一般情況下，航天服必須具備五個功能：保持航天員體溫﹔保持壓力平衡﹔阻擋強而有害的輻射﹔處理航天員的排泄物﹔提供氧及抽去二氧化碳。從功能上看，航天服有艙內航天服和艙外航天服兩種。顯然，“飛天”航天服屬於艙外航天服。

航天服是從飛行員密閉服的基礎上發展起來的多功能裝備，從1965年美國人首次成功實現太空艙外活動至今，航天服的外觀和細節歷經種種變化，但其基本需求卻始終沒變。

1961年，蘇聯SK-1宇航服誕生。蘇聯航天員尤裡·加加林作為地球首次載人航天飛行的乘客，在“東方一號”宇宙飛船中穿的就是SK-1。SK-1不僅抗壓而且有生命維持裝備。

1961年，美國推出了水星計劃套裝。該宇航服原型是飛行員的MK-4型抗壓服，內層是有橡膠涂層的尼龍材質，外層由鍍鋁尼龍制成。這套宇航服能抵抗太空紫外線和熱輻射。它的缺陷是當內壓提高時，宇航員很難活動身體。1966年，美國研制出雙子座宇航服。它的關節處採用充氣的壓力氣囊和內部網狀襯裡來維持一定的壓力，使宇航服整體膨脹的同時也能保持容易彎曲。它沒有自己的生命維持系統，而是通過一根軟管連接到飛船上來給宇航員提供氧氣。1968年，美國研制出阿波羅宇航服。它有獨立的生命維持系統，能提供氧氣，空氣流通，保持氣壓，過濾二氧化碳和冷卻功能，可以讓宇航員進行7小時左右的月球漫步，重量約80公斤。

1973年，蘇聯研制出索科爾宇航服。它是一種救援服，設計的目的是讓宇航員躺在飛船座椅上時感到舒服，不適合太空行走等船外活動。

1973年，美國研制出A7LB宇航服。它是阿波羅宇航服的改進款，在液體冷卻服模式下最長可以使用115小時，在非加壓模式下可以使用14天。

1977年，蘇聯研制出“海鷹”宇航服。它是半硬式設計的艙外宇航服，有著堅固的軀干和柔軟的手臂。此后，蘇聯開始沿用“海鷹”航天服。

1984年，美國研制出艙外移動套裝。它用於航天飛機和國際空間站，能提供自身的環保，機動性和生命支持。2011年，美國研制出高級逃生服。它被戲稱為南瓜套裝。它根據人體造型把宇航服分成幾個部分，分尺寸分批生產，加工成現成的服裝。航天員隻要從中選擇合身的各部分，就可以組合成一套滿意的宇航服。

2019年，美國國家航空航天局公布出未來宇航服（XEMU）的概念圖。XEMU是美國正在設計的一種新款宇航服。它可以適配所有宇航員的體型，不分男女。它的手臂移動性會比以往的宇航服更加靈活，能夠使宇航員觸摸到頭頂和身體兩側。美國國家航空航天局不僅計劃在月球使用它，也會在加以修改調整后用於未來的火星任務。近幾年，SpaceX公司也不斷推出和改進未來宇航服的設計，包括3D打印的頭盔、通信設備、冷卻系統和阻燃外層。

3.人類步入太空的“保護罩”

大膽想象一下，未來，當人類走向太空，踏上火星、登陸小行星……這些航天任務需要更多樣的航天服。

火星表面的環境極為惡劣，晝夜溫差極大，輻射水平高，且存在微小隕石的威脅。因此，火星航天服將採用多層復合材料。外層為高強度、輕質的防熱材料，能夠抵御火星表面的極端溫度變化和微小隕石的撞擊。中間層為氣密層，確保航天員在低壓環境中能夠正常呼吸和維持生命體征。內層則為舒適層，採用透氣、吸濕的材料，保持航天員的體溫和舒適度。此外，火星航天服將配備先進的生命保障系統，包括高效的氧氣供應系統、二氧化碳去除系統、溫度調節系統和輻射防護系統。氧氣供應系統將通過電解水或化學反應生成氧氣，確保航天員在火星表面的長時間活動。二氧化碳去除系統將採用先進的吸附材料，有效去除航天員呼出的二氧化碳，防止其在航天服內積聚。溫度調節系統將通過液冷和通風技術，保持航天服內部的適宜溫度。輻射防護系統將採用多層屏蔽材料，有效阻擋太陽和宇宙射線的輻射。

登陸小行星需要的航天服，要具備極高的防護性能和適應性。小行星的表面通常布滿岩石和碎石，重力極低，且缺乏大氣層，對人體和設備造成嚴重威脅。因此，小行星航天服將採用極強的吸附裝置，防止航天員意外飄走。

飛出太陽系所需的航天服，要具備極高的性能和功能，以應對宇宙中的極端環境。太陽系外的宇宙環境充滿了未知和挑戰，包括極端的溫度、強烈的輻射、微小隕石的撞擊等。因此，太陽系外航天服需要具有長時間工作能力，同時由於距離地球太過遙遠，隻能智能自主完成相應任務。

總之，未來的航天服將成為人類探索宇宙的重要裝備，具備極高的性能和功能，能夠應對各種復雜和嚴酷的挑戰。隨著科技的不斷進步，未來的航天服將為人類探索宇宙提供更加可靠的保障。

（作者：錢航，系中國青少年科技教育工作者協會理事）

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