舱外航天服相关资料
发布人:admin  发布时间:2016-12-13 14:57:46
    

  在舱外活动(EVA)早期,如苏联“上升-2”号、美国“双子星座”号和“阿波罗”号软式航天服,其中的压力服主体部件,既用于舱内使用,也用于舱外使用。当航天服与舱内生命保障系统联合使用时,在舱内应急时保障航天员的生命安全,为舱内航天服;当航天服配置真空屏蔽隔热服,与便携式生命保障系统联合使用时,作为舱外航天服(EMU),用于舱外活动。这种多用途方式的航天服,在作为舱外活动使用时,可靠性下降;而作为舱内航天服使用时,又增加了不必要的复杂性。为此,美国从航天飞机开始,苏联从“礼炮”号航天计划开始,改变了这种设计思想,将航天服分为舱内航天服和舱外航天服两类。舱外航天服结构更复杂,除了具有舱内航天服的功能结构外,还具有隔热和防微流星/碎片冲击等功能。另外,航天服内尚增加有液冷服,用于排出身体代谢产热,保证体热平衡;除此以外,还配置出舱面窗组件(滤光器),具有防紫外线功能。
        目前,俄罗斯使用的“KB-2”舱内航天服和美国使用的航天飞机发射/再入服仍采用传统的软式服装结构,而舱外航天服则采用高可靠性、可重复使用的半硬式服装结构,即硬质的上躯干和软质的裤腿与袖子。美国于1980年和1988年先后研制出高压、半硬式(AX-5型)和全硬式(Mark III型)舱外压力服样品。AX-5型压力服是由铝合金和不锈钢制成。Mark III型压力服硬体部分采用铝合金和不锈钢材料,软体部分采用聚氨酯涂层的纺织材料制成。工作压力为57.2kPa,在出舱前不需要吸氧排氮。服装使用简单、可靠,工作寿命长。但由于这种服装结构尺寸、容积和质量较大,穿着工作时需要施加的力大,易导致航天员快速疲劳,目前尚未用于航天飞行使用。
        美国在“阿波罗”计划以后,重点发展舱外航天服。“双子星座”号舱外航天服采用脐带式生保系统,由舱内通过脐带(长约8m~18m)向舱外航天服供氧和控制各种环境参数。从“阿波罗”开始,舱外航天服采用了便携式(背包式)生保系统。航天飞机舱外航天服由量体裁衣改为组合式,由10个不同尺码标准的部件组成,每个部件有5个尺寸供选用,连接部用锁栓固定,便于更换和维修。活动关节采用气密轴承和铝制卡环。随着舱外活动的次数增多、时间和距离的延长,发展了载人机动装置,运载航天员离开航天器,可在太空巡游。
        苏联发展EMU的步伐和美国相似。在20世纪70年代研制了半硬式舱外航天服(ORLAN-D)1977年12月在“礼炮6”号上进行舱外活动试验,主要检验进、出舱的能力以及在舱外操作和修理的能力。在此基础上经多次改进,形成了“和平”号用的舱外航天服(ORLAN-DMA,M),可在舱外连续工作6~7小时。
        美国和俄罗斯到目前为止,在载人舱外活动中使用的各种舱外航天服及其结构特点如表1~4所示。


图1 Berkut航天服


图2 Yastreb航天服


图3 ORLAN-M航天服


图4 “奥兰-M”航天服概观

        1-硬上躯干;2-压力调节器;3-液冷服;4-内衣;5-主泵和备用泵;6-无线电台;7-电池;8-主氧瓶;9-遥测装置;10-水气分离器;11-监控装置;12-热交换器;13-过滤器;14-供水箱;15-二氧化碳清除盒;16-主风扇和备用风扇;17-背包;18-备用氧气瓶;19-光学面窗;20-附加面窗;21-照明灯;22-“软”手臂;23-生命保障系统(LSS)控制台;24-SS连接点;25-带有电池、无线电和遥测装置的可拆卸部件;26-应急氧气管接头;27-靴子;28-下“软”躯干;29-电缆接头;30-安全系绳;31-气液交合接头;32-电控制台;33-压力表;34-通讯头载。


图“双子星座”航天服


图 “阿波罗”A7LB航天服


图 航天飞机EMU

        目前,俄罗斯和美国正在使用的“国际空间站”ORLAN-M和国际空间站EMU是现代最先进的航天服设备,性能满足航天员舱外活动使用要求。这两种航天服有如下异同点:
       1. ORLAN-M和航天飞机EMU的相同点
       1) 具有相像的外观结构
        这两种舱外航天服都用于完成相似的舱外活动的任务能力,从外观结构上讲,它们很相像,都具有如下的相同结构: 具有与人相似的外形,都有硬质上躯干和软质四肢组成,都有灵巧的手套和带有可调的太阳滤光器的透明头盔;
        使用固定在背后的生保系统和固定在胸部的气液操纵和电控制、显示组件;
        在气闸舱内进行舱外活动前准备工作中,使用柔性脐带与各自母飞行器的舱载生保系统相连接。
        2) 生命保障系统的工作原理和流程基本相似
        这两种航天服生命保障系统的工作原理和流程基本相似,具备7小时以上的独立工作能力,均采用非再生式生命保障技术,例如:
        采用水升华器作为冷源;
        使用高压氧瓶储氧方式;
        利用LiOH和活性炭进行气体净化;
        使用蓄电池作为自主电源。
        2. ORLAN和航天飞机EMU的主要差别
        ORLAN-M和航天飞机EMU之间最明显的差别主要有如下几点:
        1) 压力制度不同
        美航天飞机EMU正常工作压力((((绝对压力)是29.7kPa,ORLAN-M正常工作压力((((绝对压力)为39.2kPa。
        2) 穿脱口位置与结构不同
        美航天飞机EMU采用腰部迸入穿/脱形式,通过腰部迸入服装、密封穿/脱空间小,有利于减小过渡舱容积。ORLAN-M采用后背部进人方式,比腰部迸入方式速度快,可无需他人协助,但需要有较大直径的过渡舱才能满足航天员穿脱要求。
        3) 生命保障系统的安装形式不同
        美航天飞机EMU的所有生保系统,系统部位于航天服的外表面,暴露在真空中,是一个可拆卸的相对独立的装置,当生保系统发生气体泄漏时,不会引起航天服压力超调。ORLAN-M的部分生保系统安装于航天服内的纯氧环境中,在结构上与航天服是一个有机的整体,具有在轨更换易拆卸部件的优点,但需要考虑特殊的防火安全设计问题。
        4) 使用设计准则不同
        美航天飞机EMU的设计是按“地基”使用原则进行设计, ORLAN-M是按“轨道基”使用原则进行设计。
        按“轨道基”使用原则设计的舱外服,一套可适应多名航天员穿用,具有在轨调节服装尺寸、在轨重复使用、在轨维修与保养、在轨补给消耗品等特点。  按“地基”使用原则设计的EMU,EMU是按预定任务随航天飞机发射升空,并随机组人员返回,每套EMU与穿着者的适体性适配主要在地面进行调节,EMU的维修保养和消耗品补给均在地面进行。