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真空泵使航天服在地表的高空模拟测试其耐用性

昊青气体装备技术(江苏)有限公司 2020-12-24

宇航员在太空舱外活动(EVA)中的生命保障,非航天服莫属。这种高科技服装在到达外太空之前,必须在地球上通过各种严苛的测试。在这些测试过程中,科学家使用真空泵产生的人造真空,在高空模拟室提前模拟外太空中的极端条件。

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早在1961年,前苏联宇航员尤里·加加林(Yuri Gagarin)成为第一个进入太空的人。现如今,往返于近地轨道似乎已经非常普遍了,从国际空间站(ISS)进出的交通也变得非常繁忙。起飞之前,宇航员必须穿适合于太空舱外活动(EVA)的特制“穿越”服,在高空模拟室里面进行前期的训练。

可穿戴的微型航天器

宇航员离开太空舱活动时,必须且只能穿着航天服。由于在外太空环境中存在着的很多致命因素:例如根据太阳辐射量、-200℃~100℃之间巨大的温度波动,人体和物体所受到的侵袭性紫外线、红外线、X射线和γ射线的照射等;微小的陨石高速旋转并在撞击过程中产生爆炸;人体若直接暴露在外太空,血液会沸腾,而肺将在几乎完全真空的环境中破裂。

为防止上述安全事故,航天服采用复杂的分层式设计,并需承受巨大的压力。另一种用于防弹背心的特殊织物可以避免航天员受到陨石的伤害。铝层或其他的反光材料可以防止航天员体温在太阳光下过高。几层高科技纤维被用作保温隔热材料,高强度层和气封式密封能维持内部压力,以防止航天服在真空环境中的产生膨胀。高度集成的加热/冷却系统保证了航天员可承受的温度。


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真空室模拟太空条件下的试验

航天服的某些特殊部分是专门为每个进入太空的航天员单独设计定制的,其他的部分则由成品模块组装并需要进行相应调整。每一位未来的航天服的穿戴着,都必须学习掌握如何在太空条件下处理自己的特殊制服并完成高强度训练的技能。

利用真空泵在真空室中模拟外太空的气压 


在地表附近的地方,主要是10-7至10-12毫巴的超高真空;在远离地球的地方,真空度小于10-12毫巴。在必须使用超现代的真空技术、分多个步骤精心制造制造出的真空室中,大气压力约等于海拔40km处的气压。在真空室中的停留时间将使未来的航天员在最小压力情况下切身感知到其航天服的实际效果。最重要的是,这也是一种检查航天服在外太空的环境中,是否可以真正维持并发挥其重要功能的方法。


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延伸阅读:航天服会出现故障吗?

一般来说,航天服的性能可靠并且稳定,但也不可避免的会存在一些问题。1965年,前苏联的宇航员阿列克谢·列昂诺夫(Alexey Leonov)成为第一个在外太空穿航天服出舱活动的人。当他在太空中活动了几分钟后想重新返回太空船时,一场灾难与他擦肩而过。由于内部压力的原因,他的太空服变得膨胀且僵硬,这时想要重新进入狭窄的气闸舱几乎是不可能的。列昂诺夫必须首先打开事先为紧急情况而安装的泄压阀,以便从宇航服中排出氧气,但这样做将使列昂诺夫面临减压病的风险。如果航天服内的压力不能再次迅速的增加,他所担心的情况就会出现。最终,列昂诺夫还是毫发无损地回到了地球。2013年,欧洲航天局的航天员卢卡·帕米塔诺(Luca Parmitano)同样非常幸运。当他的航天服冷却系统中某一个泵被堵塞,头盔开始漏水,这个 意大利人差一点就淹死在太空中!然而幸运的是,他在最终的时刻从机舱外重新返回国际空间站时幸免于难。

减压病也被称为潜水员病或屈肢症,是由从正常大气压或高压环境向低压环境转变而引起的一种疾病。当我们生活在地球表面时,身体是处于正常大气压下的。如果大气压下降尤其是下降幅度过大时,人体组织中的气体(氮气和氧气)将会往外逸出逸出。人体所需要的是氧气,并且氧气逸出到任何地方都可以。但是氮从人体组织中逸出会导致人体产生诸如皮肤瘙痒、关节和肌肉疼痛、咳嗽和胸闷的症状,这便是减压病的表现。这种疾病并非载人航天领域所独有,在航空和潜水中则更为常见。



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