太空生活
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導言:
太空出艙活動是人類航天史上尤其是載人航天發展史上的壯舉。它既體現了破繭而出這一漫長過程的艱辛,又綻放出化蝶為舞時那一剎那的絢爛;既浸透著畢業時典禮般的狂歡,又承載著從幼年走向成熟那種儀式般的莊嚴。
在上篇中我們簡要回顧了蘇美兩國的科研工作者對于太空出艙的大膽設想以及他們為了這一設想的實現所做出的艱辛努力。在下篇里,我們將著重介紹出艙航天服的設計和對于兩種出艙方式的思考,并潑墨記錄前蘇聯史上第一次同時也是人類史上的第一次太空出艙全過程。
整理/小文 小武
安全第一:出艙航天服的設計
太空處于真空狀態[這種開頭還是很突兀],沒有大氣層的保護,溫度變化很大。太陽照射時溫度可高于100℃,無陽光時,溫度可低于-200℃。同時,在太空中還存在各種能傷害人體的宇宙輻射以及空間碎片、微流星體等。因此,要實現太空行走這一目標,就需要諸多特殊技術的保障,尤其是出艙航天服。出艙航天服的研制迫在眉睫。
一套裝有便攜式生命保障系統的艙外航天服就相當于一個微型載人航天器,它將航天員的身體與太空惡劣環境隔離開來,并向航天員提供一個相當于地面的工作環境,包括提供氧氣、正常氣壓、排放二氧化碳、保證舒適的溫度和抵御宇宙輻射等維持生命所需的各種條件。與艙內航天服相比,它多了3層:一是真空隔熱層,用于保護航天員不受艙外環境過熱、過冷的侵襲;二是液冷層,把航天員身體產生的熱量散掉;三是防護層,能防太陽輻射并裝有連接其它設備的接口。
艙外航天服由服裝、頭盔、手套和航天靴等組成,其中結構最復雜的是服裝,我們已經知道它由多層組成。其中最里層的是液冷通風服的襯里;襯里外面是液冷通風服,這種服裝由尼龍彈性纖維和穿在上面的許多輸送冷卻液的塑料細管制成;液冷通風服外是加壓氣密層;然后是限制加壓氣密層向外膨脹的限制層;最外面的防護層除了有防高熱、防磨損和保護內部各層的功能外,還要有防太陽輻射的功能和連接其它裝備的接口。例如,與航天員艙外活動時的臍帶連接口,與身背攜帶式生保環境裝備、載人機動裝置的連接口等。
此外,出艙航天服的背部還有一個生命背包。這個“神奇的背包”能隔熱保暖,維持身體所需要的溫度,防止高低溫傷害。它還有供氧、供水和可進食的能力,控制二氧化碳濃度和處理大小便以及各種有害氣體的能力,保持一定溫度的能力等。為了便于行走和作業操作,它的關節部位可以靈活地彎曲和轉動。
驚鴻霓裳:金鷹航天服
世界上最早期的航天服都是在高空加壓服的基礎上改進而成,艙內航天服是這樣,艙外航天服也不例外。為前蘇聯第一次進入太空而設計的第一款航天服取名為金鷹,人稱“金鷹航天服”。它是由在高空飛行的航空飛行員和“東方”號上的第一名航天員所穿的SK-1完全壓力服,以及20世紀50年代后期星星公司所開發的實驗用的S-10完全壓力服發展而來的。
由SK-1發展而來的特征包括,貼身層為一層束身層,臂部和手套連為一體;腿的保護層和內部通風系統是從S-10發展而來的。艙外航天服被設計為4層,最內層的束身層是由尼龍纖維構成的,具有很強的拉伸性。裹在束身層外面是原始囊和備份囊,其特征是一層橡膠內部有一條尼龍線,它和內部的通風系統連在一起。由于航天器外部需要進行溫度控制,又增加了一個新的特殊構造層,即最外層為多層復合結構,能夠隔絕真空中多變的溫度。艙外航天服還增加了單獨的壓力手套和長靴子,此外,還有不旋轉的金屬頭盔,頭盔上裝有可轉動的面窗以及過濾裝置,這是在GSH-8飛行員壓力頭盔的基礎上發展而來的。
由于設計了氣閘艙,在沒有對通過艙門供給航天服氧氣做很大的改動情況下,限制了在出艙活動中臍帶的作用。因此專門設計了一種供航天員在出艙活動中使用的背包。這個背包被稱為KP-55。
兩條路:臍帶式與自由式
航天員實現太空行走的方式有兩種:臍帶式和自由式。
臍帶式就是給出艙航天員系上一根安全帶。因為很像人出生時的“臍帶”,所以才稱之為“臍帶式”太空行走。這條帶子一般不超過5米,主要兩個作用:一是提供生命保障功能。航天員在艙外所需要的氧氣、壓力、冷卻工質、電源和通信等都是通過“臍帶”由載人航天器提供的;二是起保險作用,防止航天員漂離載人航天器太遠而回不來。前蘇聯在進行世界上第一次太空行走時所采用的就是“臍帶式”太空行走。
另一種就是不系安全帶,通常稱之為“自由式”。即航天員身背一個可控制的噴氣背包(又稱太空摩托艇)自由飛行。自由式的優點是航天員活動范圍大,可達近百米。航天員還可通過綁在航天服前面的開關控制噴氣,實現各個方向的移動。這種方式的缺點是噴氣背包太重,達111千克。在早期的出艙活動中最常采用的還是“臍帶式”。
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