神舟二十號(hào)乘組航天員陳冬在艙外工作。新華社發(fā)

(相關(guān)資料圖)

日前，神舟二十號(hào)乘組圓滿完成第三次出艙活動(dòng)。航天員陳冬、王杰完成了空間站空間碎片防護(hù)裝置及艙外輔助設(shè)施安裝、艙外設(shè)備設(shè)施巡檢等任務(wù)。至此，陳冬已完成6次出艙活動(dòng)，成為目前在艙外執(zhí)行任務(wù)次數(shù)最多的中國(guó)航天員。

與陳冬一同創(chuàng)造“紀(jì)錄”的，還有他身上穿著的艙外航天服B——它已累計(jì)保障20次出艙任務(wù)，成為中國(guó)空間站首套實(shí)現(xiàn)“4年20次”延壽目標(biāo)的艙外航天服。

首次在軌開(kāi)展壽命評(píng)估

艙外航天服是航天員在太空出艙活動(dòng)中的核心裝備，保障著航天員的生命安全和高效作業(yè)。中國(guó)空間站艙外航天服是第二代“飛天”艙外航天服，按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，使用壽命為“在軌貯存3年，其間出艙使用次數(shù)不小于15次”。

2021年7月4日，在神舟十二號(hào)任務(wù)中，航天員劉伯明、湯洪波首次身著“飛天”艙外航天服A和B出艙，并順利完成出艙任務(wù)。隨著時(shí)間的推移，至2024年初，在軌飛行的艙外航天服已經(jīng)接近“3年15次”的壽命設(shè)計(jì)指標(biāo)極限。

航天服還能不能繼續(xù)用？為了準(zhǔn)確評(píng)估艙外服的剩余壽命，科研團(tuán)隊(duì)制定了科學(xué)合理的壽命評(píng)估、健康監(jiān)測(cè)方案和在軌檢測(cè)方法。通過(guò)深入挖掘在軌和地面試驗(yàn)數(shù)據(jù)，科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了大量材料級(jí)和產(chǎn)品級(jí)的驗(yàn)證試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了艙外航天服在軌健康與延壽的動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)評(píng)估。經(jīng)評(píng)估，艙外服B狀態(tài)穩(wěn)定良好，從而成為中國(guó)首次在軌開(kāi)展壽命評(píng)估并延壽使用的飛行產(chǎn)品。

目前，中國(guó)空間站艙外航天服B已由11名航天員在8次載人飛行任務(wù)中接力使用，為航天服工程應(yīng)用質(zhì)效提升和空間站常態(tài)化出艙活動(dòng)任務(wù)提供了堅(jiān)實(shí)支撐。

此前，中國(guó)空間站內(nèi)共配備了3套艙外航天服，編號(hào)分別為A、B、C。今年7月，天舟九號(hào)貨運(yùn)飛船向空間站運(yùn)送了新一批補(bǔ)給，其中包括兩套新的第二代“飛天”艙外航天服。新款航天服的在軌工作壽命由原有型號(hào)的“3年15次”艙外活動(dòng)，提升至“4年20次”艙外活動(dòng)。目前，艙外服D、E已完成解包檢測(cè)，狀態(tài)良好，將在未來(lái)出艙任務(wù)中逐步投入使用。

突破多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)

艙外航天服相當(dāng)于一個(gè)微型載人航天器，代表著高科技領(lǐng)域的尖端技術(shù)，是一個(gè)國(guó)家載人航天實(shí)力的重要體現(xiàn)。

2008年，在神舟七號(hào)任務(wù)中，航天員翟志剛身著“飛天”艙外航天服，首次成功實(shí)現(xiàn)出艙活動(dòng)。到了空間站階段，航天員要進(jìn)行更長(zhǎng)時(shí)間的艙外操作，這對(duì)艙外航天服性能提出了更高要求。為此，第二代“飛天”艙外航天服突破了長(zhǎng)壽命、高安全可靠性、高效作業(yè)支持等關(guān)鍵技術(shù)，有力保障了中國(guó)空間站建造期及運(yùn)營(yíng)期的出艙活動(dòng)任務(wù)。

艙外航天服對(duì)于真空、輻射和高低溫的超強(qiáng)防護(hù)作用，主要源自服裝的多層設(shè)計(jì)。航天服的最里層是襯里和尿收集裝置；襯里外是用于散熱的液冷通風(fēng)層，將水作為冷卻液來(lái)冷卻航天員身體散發(fā)的熱量；液冷通風(fēng)層外是用于產(chǎn)生一定壓力的加壓氣密層；再外一層是限制加壓氣密層向外膨脹的限制層；限制層外是對(duì)付艙外大溫差變化的隔熱層；最外面則是保護(hù)層，由多種纖維復(fù)合。

艙外航天服的靈活性同樣離不開(kāi)精巧的設(shè)計(jì)。中國(guó)艙外航天服采用頭盔和軀干一體化設(shè)計(jì)。四肢可以調(diào)節(jié)，利用仿生結(jié)構(gòu)，上下肢關(guān)節(jié)處使用了氣密軸承，使關(guān)節(jié)活動(dòng)更自如。

由于空間站空間有限，研制成本和運(yùn)輸成本極高，因此艙外航天服無(wú)需做到“一人一套”?！帮w天”艙外航天服采用“一對(duì)多”的適體性原則，一套服裝可以供多人穿用。上軀干為硬結(jié)構(gòu)，采用單一參數(shù)的固定結(jié)構(gòu)，根據(jù)目標(biāo)著服人群身體參數(shù)，包絡(luò)最大范圍；下軀干與上肢采用主動(dòng)適體性設(shè)計(jì)，根據(jù)航天員人群身體參數(shù)確定參數(shù)范圍，通過(guò)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)局部尺寸調(diào)節(jié)；手套同樣采用被動(dòng)與主動(dòng)適體性耦合設(shè)計(jì)，根據(jù)航天員人群手部參數(shù)分型，著服航天員可根據(jù)自身手部參數(shù)選配，同時(shí)手掌圍度可調(diào)，以獲得更好的操作性。

登月服研制進(jìn)展順利

去年9月，中國(guó)登月服外觀首次亮相。按照計(jì)劃，中國(guó)將在2030年前實(shí)現(xiàn)載人登陸月球并開(kāi)展科學(xué)探索，其后將探索建造月球科研試驗(yàn)站，開(kāi)展系統(tǒng)、連續(xù)的月球探測(cè)和相關(guān)技術(shù)試驗(yàn)驗(yàn)證。

第二代“飛天”艙外航天服的相關(guān)技術(shù)，為登月服的研制打下了良好基礎(chǔ)。登月服自2020年啟動(dòng)研制以來(lái)，聚焦復(fù)雜環(huán)境綜合防護(hù)、人服能力提升，以輕量化、小型化、高安全可靠為目標(biāo)，突破了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，確立了總體技術(shù)方案。

由于航天員月面作業(yè)和空間站出艙差異顯著，因此登月服在細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)上和第二代“飛天”艙外航天服也有所不同。在月面出艙活動(dòng)時(shí)，航天員處于真空、極端溫差、月塵和輻射等惡劣環(huán)境下，登月服要對(duì)航天員提供綜合防護(hù)，還要支持其完成行走、攀爬、駕車(chē)、科考等多種任務(wù)，對(duì)整個(gè)服裝的工效、小型化和集成化提出了更高要求。

展望未來(lái)，中國(guó)艙外航天服的設(shè)計(jì)思路是模塊化、輕量化、多用途一體化設(shè)計(jì)。例如在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境一體化防護(hù)、功能模塊化的互換性、外部接口的兼容性等基礎(chǔ)上，最大程度地減少艙外航天服的自身重量，提高其靈活性與機(jī)動(dòng)性，以充分適應(yīng)不同探測(cè)任務(wù)下，各種人機(jī)配套模式的適用需求。

從“4年20次”延壽紀(jì)錄，再到登月服的加緊研發(fā)，中國(guó)艙外航天服走過(guò)了從突破到逐步成熟的歷程。它不僅是航天員在太空中最信賴的伙伴，更是中國(guó)航天不斷攀登、邁向更遠(yuǎn)深空的有力見(jiàn)證。（記者 劉峣）

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