航天服設計的15個秘密：減輕重量是目標

新浪科技訊 據美國《心理牙》雜誌4月2日報導，如果沒有航天服的保護，宇航員根本無法在環境惡劣的太空中生存。從概念到原型再到最后投入使用，與航天服有關的很多東西可能是你不知道的。為了幫助讀者了解航天服，《心理牙》雜誌採訪了美國宇航局約翰遜航天中心先進航天服設計團隊的航天服工程師林賽-艾奇遜，披露了航天服設計過程中的一系列秘密。

1.設計師需具備一系列技能

艾奇遜表示航天服設計師需要具備一系列技能，尤其是創造力和批判性思維。她：“你需要關注細節，提出非常精細的測試計劃。在與人類測試人員合作時，你不得不設計一種測試，獲得測試者對你的設計的具有建設性的反饋，例如舒適度。如何定義舒適度？你必須站在工程學的角度考慮這個問題，設計和製作穿舒適的航天服。”航天服需要具有創造性，將不同領域的技術融合在一起。

2.按任務要求設計

艾奇遜表示設計一款新型航天服時，宇航局的工程師必須回答兩個問題，即“要去哪裏？”和“要做什麼？”，幫助他們確定航天服的結構。工程師的設計工作首先眼於宇航員將要前往的太空區域。目標區域分為兩種，一個是微引力區域，一個是行星環境。工程師根據目標區域的具體環境決定航天服賦予宇航員擁有多大的機動能力。此外，工程師還要考慮宇航員將要面臨的輻射水平、溫差以及微流星體風險。

接下來，工程師必須考慮宇航員將從事何種任務這個因素。例如，是否要用手移動身體？是否會處在微重力環境下？是否用腳行走？是否要登陸行星表面？是否使用工具進行挖掘？是否使用工具帶攜帶各種工具和利用上肢執行任務？是否需要具備自治能力？艾奇遜表示：“如果你要登陸行星表面並且是距離地球很遠的星球，你需要研發更多技術，讓航天服具備自治能力，允許宇航員具備艙外活動能力。如果是在空間站，你會與飛行控制人員進行大量直接接觸。在這種情況下，我們可以放棄一些信息技術，讓飛行控制人員幫助我們。”

3.新航天服需要新靴子

人們最熟悉的航天服可能要屬艙外機動套裝(EMU)。這款航天服在設計上用於微重力環境，允許宇航員用雙手完成各項任務。為了讓宇航員具備維修國際空間站、太空望遠鏡和進行太空行走的能力，EMU航天服在設計上讓宇航員的肩膀、雙手和手臂部位擁有很大的機動能力。艾奇遜表示：“你利用航天服的下半部分穩定身體，讓你在機械臂末端上時擁有一個穩定的工作平台。如果身體搖搖晃晃，你干不了任何工作。”

包括Z-2在內的新航天服針對行星環境設計。艾奇遜和其他設計師用了很長時間設計腕部和胯關節以及靴子。她：“這是‘阿波羅’號任務后我們第一次設計靴子。在不同於地球的引力環境下，你的行走方式會發生變化。現在，我們正在設計適於在火星或者月球表面行走的靴子。EMU採用的是硬底靴，新航天服的靴子與之截然不同。”

為了確定何種靴子最適合新航天服，艾奇遜在2008年對不同靴子進行了大量行走測試。她：“我們在不同重力環境下測試靴子。測試就像在跑步機上行走一樣，由於索具支撐航天服的重量，你會覺得自己就像在重力為地球3/8或者1/6的表面行走一樣。”。研究小組在航天服下肢部分安裝一系列運動捕捉標記，分析足部、腳踝以及臀部在不同重力環境下如何移動。她：“我們在測試中發現人們在不同重力環境下行走時往往臀部搖擺，就像飛跑一樣。通過對此進行研究分析，你能夠確定靴底柔軟度和硬度需要達到怎樣的程度才能降低行走難度。”目前，研究小組仍在對設計進行評估，現在的關注焦點是一款適於徒步旅行的靴底。艾奇遜：“這種靴底的前足部位較硬，中足部位較為柔軟，適於需要跪下才能完成的任務。”

4.減輕重量是目標

EMU的重量達到驚人的300磅(約合136公斤)。不過，身處微重力環境下的宇航員並不會感受到這一重量。艾奇遜表示包括背包在內的阿波羅航天服在地球上重180磅(約合82公斤)，但在月球上只有30磅(約合14公斤)。穿上這種航天服時，宇航員的行動受限。新航天服的目標是讓宇航員在擁有很大行動能力的同時減輕重量。她：“提高行動能力時，我們需要增加軸承等硬件，軸承很適於加壓服，但會增加重量。我們正在研究如何在添加硬件的同時保持航天服低重量的方式。目前，我們將目光聚焦鈦材料，這種材料能夠讓軸承的重量減少大約30%。此外，我們也考慮採用新型合成材料，用於上肢、臀部以及較短部位。”艾奇遜表示新型航天服Z-2的重量將比EMU少大約20磅(約合9公斤)，並不算太輕。“不過，我們讓下肢擁有全部功能，這是以往的航天服所不具備的。”

5.設計工作從老型號手

一旦確定“要去哪裏？”和“要做什麼？”這兩個問題的答案，工程師便開始設計工作。先進航天服設計團隊擁有至少30年的航天服設計經驗，包括航天飛機航天服以及阿波羅計劃的航天服。艾奇遜表示：“我們從測試這些航天服開始，了解不同的特徵。通過測試，我們得以確定不同肩部設計適於何種運動，了解不同的臀部和靴子設計以及穿方式。是否需要拉鏈？諸如此類的事情。”通過測試老航天服，工程師能夠設計出滿足特定任務需要的航天服。