默默無聞的陪伴

在過去的幾十年中，我們目睹了人類太空探索科學技術的進步，這是一種從非凡成就到習以為常的進步，逐漸的，人類登上太空出艙工作都不是什么新鮮事了。在這之后，人類甚至可以在空間站中居住，而航天飛機或飛船成為了人類與太空溝通的橋梁。回顧過去，人類的探索歷史是偉大的，曲折的，渺小的人類也想看看宇宙，在軌道看看地球。我們總會記住航天英雄的事跡，世界上的火箭和飛船，卻忽略了太空探索過程中不可缺少的系統，這是一個可以貼身保護宇航員生命的系統。

太空環境對人類極其不友好，可以說如果沒有宇航服的保護，人類根本無法進行太空行走任務，載人航天也會有諸多不便。在過去的50年中，宇航服在幾個太空探索的重要時刻中發揮了重要作用。宇航員登上月球，修復太空望遠鏡，空間站的修繕任務，再到現在宇航員布置各種微型衛星，宇航服陪伴著航天英雄們取得了令人難以置信的成就。乍一看，宇航服構造很簡單，但是在宇航服的內部是復雜的，它最重要的就是保護宇航員免受惡劣太空環境的影響。

在1960年代初期，測試員正在測試阿波羅的原型宇航服。宇航員想休息時，宇航服內部帶有三腳架，所以宇航員有足夠的空間在宇航服里面吃飯

伴隨航天英雄的宇航服

這么多年過去了，宇航服在人類太空探索歷史上的迭代速度不快，但是科學家們從未停止過設計，開發與制造宇航服的工作。在過去，蘇聯是早期宇航服研發的主導力量，當時他們還專為1961年Yuri Gagarin的太空行走任務開發了宇航服，還為1965年的Alexy Leonov任務設計制造了宇航服，她是第一個在太空行走的女性。Zvezda負責蘇聯太空服的早期開發，并生產了所有艙內服，這包括現在在國空間站中宇航員們太空行走任務中使用的宇航服。

右邊是尤里·加加林在1961年的飛行訓練中穿著的橙色加壓服，左邊是約翰·格倫在1962年的水星任務中穿著的銀色宇航服

與蘇聯一樣，美國宇航局的團隊也設計制造并測試了多種宇航服。不過現在在太空中使用最多的兩種宇航服還是俄羅斯的Sokol加壓服和Orlan宇航服，Sokol于1973年推出，可在發射和著陸的時候穿著，現在宇航員們在往返國際空間站的時候還穿著Sokol加壓服。Orlan于1977年制造完畢，剛開始用于Salyut空間站的太空行走任務，隨后被用于國際空間站。

Orlan宇航服，這是現在宇航員使用次數最多的宇航服之一

俄羅斯宇航服的設計思路與美國宇航服的設計思路略有不同。相比而言俄羅斯宇航服很堅固，但是舒適性有所欠缺，而美國宇航服則會使用最新的材料和技術來提供舒適度和性能。前幾年俄羅斯與中國合作開發并生產了宇航服，它們是Sokol加壓服和Orlan宇航服的衍生產品，可以在發射和著陸期間使用，也可以執行太空行走任務，印度目前也有載人計劃，他們也在開發自己的宇航服。

看到這里我們會發現一個規律，那就是在一些太空行走任務之前，宇航服一定會成為焦點，比如Gagarin和Leonov的第一次太空行走，和平號空間站和國際空間站的建造與修復任務，還有登月任務和航天飛機任務等等。宇航服的迭代確實很少，幾十年前的設計與工藝一直用到了現在，但是未來呢？未來的宇航服還是這樣的嗎？

我們可以看這套Sokol KV-2宇航服，最外層白色尼龍帆布，藍色鑲邊，附加壓罩頭盔，鉸鏈塑料遮陽板固定到了藍色陽極氧化鋁鎖上。上臂帶有可調節鉸接電纜的袖子，還有系帶。左臂管擁有壓力表，后視鏡用彈性帶固定在右臂管上，手套可拆卸。V形雙拉鏈前被封閉，襠部覆蓋有三角帆貼襟。軀干上有陽極氧化鋁臍接口，用于電氣、空氣和冷卻液的供應，陽極氧化鋁壓力平衡閥在胸部中心。雙膝打褶，大腿和小腿各有一個口袋，口袋橡膠布襯里

什么才是未來宇航服

目前，人類太空探索正在進入下一階段，在這期間，會有一些國家進行商業太空探索活動或者重新執行登月任務，隨著太空旅游業的發展和越來越多的人將前往太空，未來需要新的宇航服來滿足這類旅行者的需求。我們不只會重新登上月球，還會以月球為跳板登上火星，很明顯，我們需要更先進的宇航服來適配越來越復雜的太空任務。月球或者火星宇航服與地球軌道宇航服的構造是截然不同的，因為地球軌道宇航服主要用于發射和著陸期間的緊急防護，而月球或者火星上所用的宇航服必須滿足更嚴格的防護標準和性能要求。

上圖大家可以看到宇航員哈里森·施密特在月球上撿東西時絆倒了，下圖xEMU設計提供了更大的機動性，雖然地點不一樣，但是xEMU的機動性有了很大提升

人類在五十年前也有月球宇航服，雖然這些宇航服保護了月球宇航員的生命，但是毫無疑問，這些宇航服的細節還是不夠，比如其機動性，嚴密性和表面材料等等都容易讓月球塵埃滲透進去。而現在的xEMU宇航服雖然看起來依然笨拙，但是還是可以做到。過去，讓穿著阿波羅宇航服的宇航員彎腰撿石頭是不行的，這是因為過去的阿波羅宇航服機動性不夠。宇航服是一定會有剛度的，這意味著他們不能彎曲手指或膝蓋，當然也不能舉起雙臂。有了更多的機動性，宇航員們就可以完成更多的科學任務。

宇航服必須要嚴密，安全，擁有更高的機動性和舒適性，這才是未來的宇航服，更好的宇航服也有助于宇航員工作效率的提高。一般來說，由于不同的任務需要不同的設計，因此宇航服用了近半個世紀沒有新意的原因就是缺乏正式的計劃和未來任務的特定目的地。此外，還有其他預算任務也會減少宇航服開發的資金，以支持其他優先事項。

斜長巖顆粒塵埃是月球上最長看到的塵埃類型，數十億年通過流星撞擊與太陽粒子轟擊造成了這種極其鋒利，細膩且吸附力很強的塵埃

未來宇航服的縮影

未來人類將重返月球，而美國宇航局將會在2023年在空間站上測試該宇航服。美國宇航局的新宇航服名為xEMU套裝，設計制造xEMU的科學家們吸取了阿波羅任務中的大量經驗。在月球表面工作的最大問題不是宇宙輻射和極端溫差，而是月球表面微小的塵埃，這些塵埃就好像玻璃碴子，它們比玻璃碴更堅硬更鋒利。更重要的是這些塵埃很微小，而且吸附力很強，幾乎無孔不入，它們可能會進入到宇航服中，污染生命維持系統并穿透宇航員的肺部。

未來的xEMU宇航服不僅關節和生命支持系統設計得更加防塵，背包形的便攜式生命支持系統也比阿波羅和航天飛機時代系統更小。生命支持系統小了有什么作用呢？這意味著系統可以內置更多的冗余，從而在發生故障時提供更高的安全性。新的宇航服是一種模塊化設計，包括上身，頭盔，下身和內部的貼身服，所有這些都可以互換，不僅可以為宇航員提供更好，更舒適的任務體驗，還可以通過升級宇航服模塊適應不同的任務，例如在零重力或在火星上工作。

xEMU宇航服多角度渲染圖

xEMU采用了更先進的材料和關節軸承以提高宇航服的機動性，宇航服的鞋子類似于帶有彈性鞋底的遠足靴，穿起來會更舒適。軀干部分采用了新的肩部設計，因為男性與女性的肩寬平均值是不一樣的。由于xEMU采用了新織物與滑輪電纜系統，所以在加壓時手臂可以更大范圍的運動，獲得更好的機械優勢。軀干還具有后入式窗口，可以更加輕松的穿上，同時使肩膀貼合的更加緊密和安全。

值得說的是該宇航服頭盔是3D打印的，手套是支持觸屏敏感的，這是為了適應未來的飛船，未來的飛船很可能是觸摸的，脫了手套觸摸對任務來說是不行的。另外，這套宇航服可以承受零下與零上121攝氏度的溫度，現在科學家們正在研究在宇航服中添加更多的加熱元件，因為未來的月球宇航員很可能會在月球兩極隕石坑中的極端溫度下工作，月球兩極的隕石坑是永遠不見陽光的，所以月球兩極也是太陽系中最寒冷的地方之一。

宇航服分為加壓服和外出服兩種，美國宇航局工程師Dustin Gohmert身著獵戶座加壓服（右），戴維斯身著月球宇航服（左），加壓服不能在太空活動，外出宇航服則可以

不同的任務會有不同的宇航服，比如空間站宇航服服是專為在零重力下工作而設計的，宇航員在太空站周圍工作時腿關節幾乎不需要活動，所以空間站宇航服拿到月球上就不合適了。但是他們的主要目的仍然是相同的，那就是保護宇航服免受太空環境影響，保證有足夠的氧氣并調節溫度。可以這么說，宇航服比較難制造與價格昂貴的原因就在這里，宇航員可以在宇航服中生活6天以上，這其實是一艘小型飛船，未來加上MMU的助推裝置，宇航員都可以在太空中飛來飛去了。

工程師們曾經還給宇航服安裝了一種推進式背包的原型，這是一種裝有過氧化氫推進器的名為MMU的飛行模型，宇航員穿著這個可以在幾百米范圍內活動

其實宇航服設計與制造方面的細節遠不止這些，比如我們經常會看到宇航服背后的背包，這種背包最主要的功用就是去除二氧化碳氣體并調節溫度，也就是生命支持系統。頭盔中的耳機還具有聲控麥克風功能，當宇航員講話時，它們會自動拾取宇航員的聲音。宇航服手套中要帶有加熱器，可在保持手指靈活性的同時維持手指溫度。

這是宇航服的液體冷卻通風層，它可以幫助宇航員排除身體熱量，液體冷卻通風服具有阻壓通風管道，可以把宇航員的熱量或者說潮濕空氣從腿下抽出，保持內部干爽，不過宇航員在之后呼入的空氣會越來越潮濕。此技術最初只有宇航服使用，后來該技術也被消防領域，在鋼廠工作的工作人員或者外科醫生使用

安全始終是人類太空探索任務的重中之重，多虧了宇航員頻繁而又復雜的任務，我們比以往任何時候都更了解太空甚至是月球的環境。宇航服雖然是人類太空探索中容易被忽略的頂尖科學，但是在未來隨著太空任務的增加，宇航服的種類會多起來。這是保護宇航員生命的系統結構，未來在執行多星球殖民任務時我們更需要宇航服。超低溫環境的太空，無孔不入吸附力極強的月球塵埃，具有輻射環境的軌道，這一切似乎是宇宙給我們的挑戰。不過我們知道，任何探索的背后，總是會有很多默默無聞的技術或系統，支持著人類“缺陷”的身軀并支持人類前進。

阿波羅14號Alan Shepard宇航員的宇航服在X光下是這個樣子的