航天员又出舱了，他们穿的航天服有多厉害？

以下文章来源于科学大院，作者苏子安

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今天是太空与您相伴的【第1215期】

神舟十二号乘组

身着中国自主研制的

新一代“飞天”舱外航天服

圆满完成第二次出舱活动全部既定任务

神舟十二号航天员聂海胜出舱

作为航天员出舱的重要保证

航天服一直都是大家关注的焦点

那么问题来了

航天服有多复杂？

新一代航天服到底有多厉害呢？

第二代飞天舱外航天服

白色、蓝色、橙色，到底哪个才是真正的航天服？

在不同的照片里，我们可以看到不同颜色的航天服，比如几个月前随神舟十二号一起亮相的白色航天服、航天员在空间站内穿的蓝色连体服、阿波罗飞船内的橙色航天服……为什么航天服会有这么多的颜色呢？

原来，航天服也有不同的分类，按功能可以分为舱内航天服和舱外航天服。

1. 舱内航天服（IVA）

舱内航天服也称应急航天服，指的是航天员升空、变轨或者返回地球等易发生事故时所穿的航天服，主要面向舱内工作（Intra-vehicular Activity, IVA）使用。

舱内航天服配有许多协助航天员的装备，比如信号器、求生工具、药品、通讯工具等，可以防止航天器/航天飞机等在发射或降落时出现问题。如果发生危险，接通舱内与之配套的供氧供气系统，服装内就会立刻充压供气，并提供一定的温度保障和通信功能。这有利于航天员在出现事故后顺利逃逸，并先行自救，等待救援人员的到来。

2005年神舟五号发射，杨利伟便身着我国第一代舱内航天服，其中包括了通讯系统、压力温度湿度调节、供氧设备等。后来在神舟六号时就升级换代，增加了手腕佩戴压力表、压力手套等。此后更是不断升级，在各种技术上都进行了提升。

神舟飞船舱内航天服（图片来源：维基百科）

舱内航天服原则上可以使用任何颜色。例如中国、俄罗斯的舱内航天服是白色的，而NASA设计为橙色（俗称南瓜服或橙服、橘服）。NASA选择橙色主要是出于方便救援的考虑，因为NASA航天员返回地球时降落地点都是在海上，而橙色在海上比较容易被分辨，因此选择了橙色。而中俄的主要落点在内陆，暂时没有海上搜寻救援的需求，所以不需要被设计成橙色。

2. 舱外航天服（EVA）

与舱内航天服相对应的是舱外航天服，面向舱外工作（Extra-vehicular Activity, EVA）使用，这也是大家最为熟知的航天服。如果还要再细分，也可以分为轨道出舱的舱外航天服或是在星球表面出舱的舱外航天服。

舱外航天服的设计就比舱内航天服复杂得多，可以说是一个小型的航天器。航天员出舱后面临的环境十分恶劣，比如要在短时间内多次面对高低温交替、空间辐射、真空环境、微流星和太空垃圾等一系列考验，因此一件合格的舱外航天服不仅需要具备独立的生命保障和工作能力，还要包括温度调节和人体平衡控制、氧气控制和压力控制、测控和通信保障、人体代谢物收集处理等功能。

无论哪个国家，舱外航天服的主体颜色都是白色，主要出于高反射率、低吸收率的考虑。当航天员完全暴露在外太空环境时，航天服需要高度的反光，而反光效果最好的颜色就是白色。同时，白色反射阳光热度的能力最好，可以避免航天服内部过热。其次，由于舱外背景是黑色的，白色在太空中是最好的辨别色。所以，目前所有的舱外航天服都是偏白色的，基于同样的原因，一般的航天器大多也都选择浅色涂装或使用高反射率的贴膜覆盖。

3. 舱内常服

这是航天员在安全抵达空间站，开始正常工作生活时的着装，主要由航天员自由选择。国际空间站中没有统一标准，出身于空军的航天员就常常穿着自己国家的飞行服，而没有军方背景工程师或科学家就没有这样的考虑，所以会在国际空间站内看到各种颜色的服装。当然，穿着普通的衬衫裤子也不是不行，在东京奥运会的“巴黎八分钟”里，宇航员Thomas Gautier Pesquet的穿着就与地面无异。

在天宫空间站中，由于航天员全都是现役军人，会统一穿着标准，都是蓝色连体服。1992年中国载人航天工程启动，这时的第一代航天员常服统一以蓝色作为底色。从神舟九号任务开始，航天员更换了有小立领设计的第二代航天员常服。2016年神舟十一号更换了第三代航天员常服，增加了V字彩条代表胜利。悄悄说一句，穿着常服的航天员，真的很帅！

第三代航天员常服

现存的航天服有几种？

目前世界上能独立进行载人航天任务的国家只有中美俄三个国家，因此我们也只针对这三个国家的航天服做简单介绍。

世界上第一件被使用的航天服是苏联的sk-1航天服。1961年4月，航天员尤里·加加林穿着它进入太空。而美国的第一件航天服也诞生于这一年，当年5月，艾伦· 谢泼德成为美国第一位进入太空的航天员。当时他穿着的舱内航天服是为应对太空舱失压的紧急情况而设计的，由当时美国海军的高性能战斗机飞行员穿着的压力服加以改进制成，又名水星航天服。

目前，俄罗斯仍在服役的航天服为“猎鹰”舱内航天服和“海鹰”舱外航天服。猎鹰舱内航天服于1973年推出，至今仍在使用。大家可能会觉得有些眼熟，因为每次俄罗斯飞船发射时，航天员都是穿着这个型号的航天服进入飞船的。“海鹰”舱外航天服自1977年推出，经历过多次升级换代，最新的版本于2017年更新，目前在国际空间站中使用。

“猎鹰”（Sokol-KV2）航天服（图片来源：维基百科）

而美国目前服役的是ACES系列舱内航天服和EMU舱外航天服。这些航天服都是在上世纪八九十年代推出的，当年的单价在1500万美元以上，考虑到通货膨胀，大致相当于今天的1.5亿美元。这批航天服生产时的设计寿命为15年，但由于一些原因，NASA已经很久没有新的航天服了，因此国际空间站上的美国航天员仍然在使用这一批航天服（他们已经穿了三十多年了！！！）。这当然是存在安全隐患的，但在没有新衣服替代的情况下，这也是没有办法的事情。从2009年开始，NASA就开始投入资金，研发新一代航天服。2019年他们发布了新一代航天服，考虑了月表行走的需求。不过目前这一代航天服还是在测试阶段，通过测试之后，这套航天服预计将会用于2024年的月球登陆以及未来的月球空间站。

中国目前的航天服主要有神舟飞船舱内航天服和用于出舱活动的“飞天”舱外航天服两种。

舱内航天服在前面已经介绍过，是2005年随神舟五号推出的。2008年我国推出的第一代舱外航天服名叫“飞天”，用于航天员的出舱行走。这种航天服包括背包（集成供氧净化装置）、照明灯、电控台（照明、压力表等开关）、气液控制台（集成供氧等阀门）、电脐带（与轨道舱相连）等部分，由于当时的技术限制，主要是仿制俄罗斯航天服，且没有配备动力装置。

目前天宫空间站中的航天员出舱时身着的是第二代“飞天”航天服，重量为130公斤，造价约3000万人民币。相比起来，实在是性价比超高的有木有！

新一代“飞天”航天服，带来了什么惊喜？

新开发的第二代“飞天”航天服，在各方面都做了改进。

比如：

相比第一代适体性更好，能够满足身高在1.6米-1.8米之间的人穿着；

采取拟人形态的半硬式密封结构，也就是躯干是硬式结构，而四肢是软式结构，整体采用“后背铰链门式穿脱结构”，可以调节适应每位航天员的体型；

进行了专门的外观设计，手臂上的线条就是参照敦煌壁画里的飞天，为白色的航天服增添了几分美感；

加长了续航时间，升级了各项系统，能够支持8小时舱外自主活动。8小时之外，还支持1.5小时额外时间和返回时间半小时；

使用次数也大大增加，从原来的2年5次增加到3年15次；

更重要的是，航天服内的90多个关键部件，完完全全都是国产的。

……

两代“飞天”航天服（图片来源：中国科普博览）

第二代“飞天”航天服内部有6层结构。

最里层是特殊防静电处理过的棉布织成的舒适层以及尿液收集装置；第二层是散热的液冷通风层，也是备份气密层；第三层是复合关节结构组成的可以加压的主气密层；第四层是涤纶面料的限制层，用于限制加压气密层向外膨胀；第五层是通过热反射来实现隔热的隔热层，可以应对舱外巨大的温差变化；最外面便是外防护层，由多种纤维复合织物制成，面料柔软，耐穿耐磨耐腐蚀，还能防辐射。

这六层结构可以实现真空防护、高低温防护和辐射防护、供氧保暖、压力调整等功能，保证航天员在舱外免受外部环境侵害，得以保障生存和执行任务。

最值得一提的便是航天服最顶部的金色头盔。新一代头盔可以提供更广阔的视野。头盔内部装有摄像头、照明灯、报警指示灯和面窗。仅仅面窗就包含了四层结构：最外一层是滤光面窗，可以根据阳照区和阴影区来决定放下或打开，以调节入眼光线保证航天员可以在不同阶段均正常工作；中间一层是防护面窗，可以更换，主要起到防护作用；最内的两层是压力面窗，中间充氮气，可以起到隔热和防止结雾的作用。

此外，头盔外壳还装有电控台、气液控制台、气液组合插座、应急供氧管、电脐带等。为了传输航天员的各项参数，头盔上配备了无线和有线两种通信方式，并配备有显示屏，还可以直接与地面通话。

同时，航天服采用人性化设计，为了保证航天员操作的灵活性，在臂轴承、腕轴承等主要关节处采用了轴承设计，并可以为每位航天员量身定做。说出来大家或许不信，航天服关节处的设计，竟然和我们日常见到的小龙虾有关。为了平衡防护强度和灵活性，工程师从龙虾尾部的层叠结构中得到了灵感，利用仿生学原理设计了一种类似的结构，既保证了强度，又满足了出舱活动的需要。

（为什么我吃龙虾就只知道啊真好吃真好吃，而工程师吃龙虾就能发现背后的原理呢？？）

出舱，是一场冰与火的刀尖舞蹈

航天员在太空出舱活动有多危险？

第一个出舱活动的航天员是1965年的苏联人列昂诺夫。因为当时人类对舱外的环境一无所知，所以他遇到了很多危险，其中最危险的便是返回阶段。由于错误地估计了舱外的真空环境，他身上的航天服臌胀起来，无法进入气闸室。这种情况持续了20多分钟，列昂诺夫只得手动降低了航天服内的气压到一个比较危险的水平，最后才勉强入舱。这次事件后来被改编成了电影《天际行者》，有兴趣的朋友可以去看看~

2008年神舟七号也经历了波折。原本两名航天员翟志刚、刘伯明准备出舱执行任务，但打开舱门的瞬间，舱内就响起了“轨道舱火灾”的警告提示音。刘伯明当机立断，让翟志刚继续执行任务，自己在舱内协助。后来经过检查才发现，火灾警告是系统误报，神舟七号一切正常。

在太空无比复杂的环境中，即使设计了精密的航天服，提前做好了一切准备，也无法预知下一秒钟会发生什么。事实上，每个航天员都做好了牺牲的准备，但无数科技工作者要做的，就是为他们筑起一道又一道屏障，让他们平安归来。