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18新利最新登入太空服的工作原理

太空服能做什么

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宇航员在水中训练,准备建造国际空间站的太空行走
图片由NASA提供

通过在宇航服内部创造一个类似地球的环境,宇航服可以让人类在相对安全的情况下在太空中行走。宇航服提供:

加压的气氛

宇航服提供气压,使你体内的液体保持液态——换句话说,防止你的体液沸腾。就像一个轮胎在美国,宇航服本质上是一个充气气球,它受到一些橡胶织物的限制,在这种情况下,是涂有氯丁橡胶的纤维。宇航服的“气球”部分受到的限制为宇航服内的宇航员提供了空气压力,就像给纸板管内的气球充气一样。

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大多数宇航服在低于正常大气压(14.7磅/英寸)的压力下工作2,或1atm);航天飞机舱室也在正常大气压下工作。太空梭宇航员使用的太空服重量为4.3磅/英寸2,或0.29 atm。因此,在宇航员穿上宇航服进行太空行走之前,无论是航天飞机本身还是气闸舱内的压力都必须降低。太空行走的宇航员面临着得了减压病因为太空服和航天飞机舱之间压力的变化。

氧气

太空服不能使用正常的空气——78%的氮气,21%的氧气和1%的其他气体——因为低压会导致危险的低氧浓度而且就像攀登珠穆朗玛峰一样。所以,大多数宇航服为呼吸提供了纯氧环境。太空服可以通过脐带从宇宙飞船获取氧气,也可以通过宇航员佩戴的背包生命维持系统获取氧气。

航天飞机和国际空间站有正常的空气混合物,模仿我们的大气。因此,要穿上纯氧太空服,太空行走的宇航员必须在穿上太空服之前“预呼吸”一段时间纯氧。这种预先呼吸的纯氧消除了宇航员血液和组织中的氮,从而最大限度地降低了患减压病的风险。

二氧化碳

宇航员呼出二氧化碳。在宇航服的密闭空间里,二氧化碳浓度会上升到致命的水平。因此,必须从宇航服的大气中去除多余的二氧化碳。太空服的用途氢氧化锂罐去除二氧化碳。这些气罐要么装在太空服的生命维持背包里,要么装在飞船里,在这种情况下,可以通过脐带进入。

温度

为了应对极端的温度,大多数宇航服都用多层织物(氯丁橡胶、戈尔-特克斯、涤纶)进行了高度绝缘,并覆盖了反光外层(聚酯薄膜或白色织物)以反射阳光.宇航员从他/她的身体产生热量,特别是在做剧烈的活动.如果不消除这种热量,宇航员产生的汗水会使头盔起雾,导致宇航员严重脱水;宇航员尤金·塞尔南在双子座9号的太空行走中减掉了几磅。为了消除这种多余的热量,太空服使用风扇/热交换器来吹冷气,就像在水星和双子座计划中那样,或者使用水冷式服装,从阿波罗计划一直使用到现在。

Micrometeroids

为了保护宇航员不受微型飞行器的撞击,宇航服有多层耐用的面料,如涤纶或凯夫拉纤维。这些保护层还可以防止宇航服在航天器或行星或月球的暴露表面上撕裂。

辐射

宇航服只能提供有限的辐射防护。宇航服内置的聚酯薄膜反光涂层提供了一些保护,但宇航服并不能提供太多的保护太阳耀斑.因此,太空行走计划在太阳活动低迷期进行。

清晰的看见

宇航服的头盔由透明塑料或耐用的聚碳酸酯制成。大多数头盔都有反射阳光的覆盖物,以及减少眩光的有色防护罩,就像太阳镜.此外,在太空行走之前,头盔的内侧面板被喷洒了防雾化合物。最后,现代宇航服的头盔罩上安装了灯,这样宇航员就可以看到阴影。

宇航服内的机动性

在充气的太空服里移动很困难。想象一下,你戴着充气的橡胶手套移动手指;它给出的量不大。为了解决这个问题,宇航服在面料上配备了特殊的关节或锥形,以帮助宇航员弯曲他们的手、手臂、腿、膝盖和脚踝。

通信

宇航服上配备了无线电发射器/接收器,这样太空行走的宇航员就可以与地面控制人员和/或其他宇航员交谈。宇航员戴着带有麦克风和耳机的耳机。发射器/接收器位于宇航员的背包中。

在早期的航天飞机飞行中,宇航员布鲁斯·麦坎德利斯二世在太空中自由漂浮,同时测试载人机动单元(MMU)。"width=
在早期的航天飞机飞行中,宇航员布鲁斯·麦坎德利斯二世在太空中自由漂浮,同时测试载人机动单元(MMU)。
图片由NASA提供

航天器的机动性

在失重状态下,人们很难四处走动。如果你推某物,你就会朝相反的方向飞出去(牛顿第三运动定律——每个作用力都会有一个大小相等、方向相反的反作用力)。双子座太空行走的宇航员报告说,仅仅保持他们的位置就有很大的问题;当他们试图转动扳手时,却向相反的方向旋转。因此,航天器配备了脚架和手约束装置,以帮助宇航员在微重力下工作。此外,在执行任务之前,宇航员会在地球上的大水箱中练习太空行走。充气太空服在水中的浮力模拟了微重力。

美国国家航空航天局也开发了一些天然气动力火箭机动装置让宇航员可以在太空中自由活动而不被束缚在航天器上。其中一个装置,叫做载人机动装置(MMU)基本上是一个气体推进器驱动的椅子,带有操纵杆控制。美国宇航局还开发了一种氮气推进装置,可以安装在背包上,称为舱外救援简易辅助设备(安全)。当宇航员与宇宙飞船分离时,SAFER可以帮助宇航员返回航天飞机或空间站。SAFER装有3.1磅(1.4公斤)的氮推进剂,可以使宇航员的速度最大改变约9英尺/秒(3米/秒)。

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