世界最復雜最獨特的技術——宇航服材料的秘密

[編輯:Cyx]  [發布時間:2015-06-19]  [新材料在線]

　　目前來說，宇航服屬于現在世界上最復雜也最獨特的技術，它就像個小型的私人飛機，為宇航員在太空生存提供保護。由于太空生存的復雜性，設計一件宇航服需要多種組件和材料。

　　組成艙外移動裝置（ExtravehicularMobility Unit，EMU）的不同層

　　現代太空服由14層不同材料組成，它們在宇航員的太空生存中扮演著各自不同的角色。

　　液體冷卻通風服

　　宇航服的最內三層組成了液體冷卻通風服。它是由氨綸制成，比較薄，能舒適地貼在宇航員身上。這層衣服的作用主要是降溫，它表面附有約300英尺的管道，能以水冷的方式給宇航員的身體降溫。

　　這些水有些來自于宇航員身后的背包，有些由航天器通過管道補給，有些則是將宇航員自身排出的汗水和所呼出二氧化碳中帶出的水蒸氣循環利用得到的。

　　壓力囊

　　在液體冷卻通風服之上便是壓力囊，這層可以說是關系到宇航員的生死存亡。壓力囊能提供一定量的氧氣使宇航員在這個密閉空間內呼吸，同時能在宇航員周圍保持適當的動態壓力。

　　在壓力囊之上的一層材料與壓力囊同樣重要。這層材料有助于壓力囊保持一定的形狀。你可能會發現這層材料的材質與帳篷上的某種材料相同，相似地，它也能使帳篷維持一定的形狀。

　　防撕裂層

　　接下來的一層材料是防撕裂層。任何直接暴露于太空的行為都是十分危險的，而該層材料能專門抵御可能存在的撕裂風險，因此被恰當地稱為防撕裂層。

　　聚酯薄膜隔絕層

　　在防撕裂層之上則是7層聚酯薄膜隔絕層，這些材料常用于食品儲存包裝。隔絕層的材料能使宇航員的體溫保持恒定，就像穩定食品溫度的保溫瓶或冷卻器一樣。

　　宇航服的最上層

　　宇航服的最上層則由三層具有不同作用的材料構成。芳綸這種通常用來做防彈背心的材料則在其中構成一層，主要起保護作用。而其他兩層所起的作用卻截然相反，一層為防水材料，一層為防火材料。

　　克服宇宙中的障礙

　　宇宙中的幾乎每一方面都被認為是宇航服所要克服的障礙。而宇航服的各個部件甚至要比以上所表述的更為細化。

　　例如，遮陽板組件內含有金，可以在沒有大氣保護的情況下過濾太空中大量強烈的太陽光。

　　該遮陽板組件中還含有一整塊防沖擊蓋，可與頭盔配合使用，不僅起到額外的隔熱作用，還能防止可能的太空碎片沖擊。

　　即使是頭盔中會起霧這樣的小問題也需要一種特殊的防霧劑來應對，每次太空行走之前需要噴灑這種防霧劑。

　　而太空中重力的缺失會使太空行走面臨零件或工具丟失的風險，因此宇航服的每個手指尖都覆蓋了一層橡膠材料，能讓宇航員保持抓力。

　　太空中極度寒冷，而人體的四肢卻又對此極為敏感。因此，宇航服手套中含有微型加熱器。盡管上述這些組件對宇航服的功能來說都是必要的，但是它們卻違背了宇航服輕量化和蓬松化的要求，使得宇航服的總重約在130公斤。

　　利用玻璃纖維

　　要怎樣才能使宇航服堅固到足以將這些零件組合到一起呢？答案就是采用玻璃纖維。

　　玻璃纖維實際上是由玻璃制成的，這與窗戶或玻璃碗中所用到的玻璃是一樣的。但與吹制的玻璃制品不同，玻纖是將熔融玻璃通過極細的小孔制成纖維而得到的。

　　這種極細的纖維然后被紡織并與樹脂粘結在一起，使其具備硬且輕便的彈性形狀，然后這種玻纖就可被制成從船到飛機等各種制品。

　　而在宇航服中，玻纖被制成堅硬的上肢軀干部分以支撐厚重的頭盔、生命維系背包、控制模塊以及胳膊和腿等。
　　

　　未來的宇航服材料

　　研究人員一直不斷地為未來的宇航服尋找新材料，在不久的將來我們很可能會看到全新設計的宇航服。

　　形狀記憶合金線圈實質上是一種加熱后能恢復到未拉伸狀態的彈簧。衣服上的這些線圈串聯后所產生的壓力恰好能維持人體在太空中生存。

　　現代的宇航服是通過壓力囊來產生壓力，而這種未來宇航服則是通過機械擠壓人體而產生同樣的壓力。這就意味著未來的宇航服絕不會像現在這樣如此笨重。

　　采用這種形狀記憶合金線圈的另一大優點就是當它們恢復到原有形狀時能夠擠壓宇航員身體產生壓力，而當對其冷卻時，它們就會回到伸展狀態，使宇航員從宇航服中出來。

　　要想將這種宇航服變為現實，仍有許多挑戰性的設計有待完成，但是這一概念依然很激動人心，相信我們很快就會在各種科幻小說中看到這種宇航服。

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