神舟二十號乘組航天員陳冬在艙外工作。新華社發(fā)

  日前，神舟二十號乘組圓滿完成第三次出艙活動。航天員陳冬、王杰完成了空間站空間碎片防護裝置及艙外輔助設(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，成為目前在艙外執(zhí)行任務(wù)次數(shù)最多的中國航天員。

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

  首次在軌開展壽命評估

  艙外航天服是航天員在太空出艙活動中的核心裝備，保障著航天員的生命安全和高效作業(yè)。中國空間站艙外航天服是第二代“飛天”艙外航天服，按照設(shè)計標(biāo)準，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)計指標(biāo)極限。

  航天服還能不能繼續(xù)用？為了準確評估艙外服的剩余壽命，科研團隊制定了科學(xué)合理的壽命評估、健康監(jiān)測方案和在軌檢測方法。通過深入挖掘在軌和地面試驗數(shù)據(jù)，科研團隊開展了大量材料級和產(chǎn)品級的驗證試驗，實現(xiàn)了艙外航天服在軌健康與延壽的動態(tài)精準評估。經(jīng)評估，艙外服B狀態(tài)穩(wěn)定良好，從而成為中國首次在軌開展壽命評估并延壽使用的飛行產(chǎn)品。

  目前，中國空間站艙外航天服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)化出艙活動任務(wù)提供了堅實支撐。

  此前，中國空間站內(nèi)共配備了3套艙外航天服，編號分別為A、B、C。今年7月，天舟九號貨運飛船向空間站運送了新一批補給，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的“3年15次”艙外活動，提升至“4年20次”艙外活動。目前，艙外服D、E已完成解包檢測，狀態(tài)良好，將在未來出艙任務(wù)中逐步投入使用。

  突破多項關(guān)鍵技術(shù)

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

  2008年，在神舟七號任務(wù)中，航天員翟志剛身著“飛天”艙外航天服，首次成功實現(xiàn)出艙活動。到了空間站階段，航天員要進行更長時間的艙外操作，這對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)，有力保障了中國空間站建造期及運營期的出艙活動任務(wù)。

  艙外航天服對于真空、輻射和高低溫的超強防護作用，主要源自服裝的多層設(shè)計。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；限制層外是對付艙外大溫差變化的隔熱層；最外面則是保護層，由多種纖維復(fù)合。

  艙外航天服的靈活性同樣離不開精巧的設(shè)計。中國艙外航天服采用頭盔和軀干一體化設(shè)計。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)活動更自如。

  由于空間站空間有限，研制成本和運輸成本極高，因此艙外航天服無需做到“一人一套”?！帮w天”艙外航天服采用“一對多”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適體性設(shè)計，根據(jù)航天員人群身體參數(shù)確定參數(shù)范圍，通過調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)局部尺寸調(diào)節(jié)；手套同樣采用被動與主動適體性耦合設(shè)計，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，同時手掌圍度可調(diào)，以獲得更好的操作性。

  登月服研制進展順利

  去年9月，中國登月服外觀首次亮相。按照計劃，中國將在2030年前實現(xiàn)載人登陸月球并開展科學(xué)探索，其后將探索建造月球科研試驗站，開展系統(tǒng)、連續(xù)的月球探測和相關(guān)技術(shù)試驗驗證。

  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年啟動研制以來，聚焦復(fù)雜環(huán)境綜合防護、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，因此登月服在細節(jié)的設(shè)計上和第二代“飛天”艙外航天服也有所不同。在月面出艙活動時，航天員處于真空、極端溫差、月塵和輻射等惡劣環(huán)境下，登月服要對航天員提供綜合防護，還要支持其完成行走、攀爬、駕車、科考等多種任務(wù)，對整個服裝的工效、小型化和集成化提出了更高要求。

  展望未來，中國艙外航天服的設(shè)計思路是模塊化、輕量化、多用途一體化設(shè)計。例如在實現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境一體化防護、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，提高其靈活性與機動性，以充分適應(yīng)不同探測任務(wù)下，各種人機配套模式的適用需求。

  從“4年20次”延壽紀錄，再到登月服的加緊研發(fā)，中國艙外航天服走過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，更是中國航天不斷攀登、邁向更遠深空的有力見證。（記者 劉峣）