近期，国内外登月航天服的新闻不断引发关注。10月16日，在意大利米兰召开的第75届国际宇航大会上，美国公理空间公司与意大利奢侈品牌普拉达联合发布将在“阿尔忒弥斯-3”载人登月任务中使用的登月航天服。不久之前，9月28日，中国载人航天工程办公室面向社会发布登月航天服征名活动，并首次公开中国登月航天服外观。那么，登月航天服有哪些特殊之处？对比“阿波罗时代”同类装备，新一代登月航天服实施了哪些重点改进？未来，登月航天服将如何发展进化？
“小型载人航天器”
登月航天服名为“服”，本质上却并非一套衣服。即便中国登月航天服外观设计融合了飞天飘带、传统铠甲、火箭升空尾焰等诸多美学元素，哪怕美国新型登月航天服引入奢侈服装设计师作为外援，但它们在本质上仍是特殊的“小型载人航天器”。
中国登月航天服多角度外观示意图
从任务使命来看，登月航天服与空间站出舱任务使用的舱外航天服比较类似，都是为了保障航天员脱离密封加压航天器后安全活动，尽量提升工作效率。只不过，航天员执行登月任务，面临更多挑战，因此对登月航天服提出了更高的要求。
具体来说，在缺乏大气层的月面上，航天员想要维持正常生命体征，合适的气压、温度、辐射强度、氧气和二氧化碳浓度等条件都是必不可少的，也确定了登月航天服的设计基础。
首先，登月航天服必须将内部气压稳定地维持在0.3～0.4兆帕，既要确保航天员的生理安全和活动便利，又要防止自身在近似真空环境中过度膨胀。这就对其面料强度和制作工艺提出了苛刻要求。
其次，在太空中和月球表面，未经大气层削弱的阳光往往会直接照射到航天员身上，因此登月航天服的面料必须具备较好的隔热性能。比如，通过缝制多层镀铝薄膜，使登月航天服能够提高对阳光反射率，尽量避免辐射热量干扰航天员，维持航天员体温稳定。再比如，登月航天服的外表普遍选择吸热少的白色，深色款式一般仅用于展示。
再次，登月航天服需要进一步提升人机工效性能：为了防止航天员的眼睛受伤，提高视觉效率，登月航天服的头盔配备了全景式可升降防眩光面窗，对异常光线具有极高的反射率；为了“解放”双手，航天头盔两侧可以配置不同的焦距摄像机，便于摄录视频。
此外，随着航天员持续在月面活动，带静电的细小月尘有可能渗入登月航天服缝隙中。因此，登月航天服的面料应当在一定程度上抑制月尘沾染，以便降低部件磨损和航天员吸入月尘的风险。
那么，登月航天服哪部分的技术含量最高？恰恰是被很多人忽视的“背包”，也就是环控生保系统。该系统负责及时处置过量的二氧化碳，供氧通风，调节登月航天服内部温度，尽力维护航天员身体健康。当然，随着技术进步，未来“背包”会更加小巧、灵活，布置方式也有可能出现较大变化。
“兔子跳”有望终结
提起“阿波罗时代”，大众对美国航天员月面活动的最深刻印象应该是“兔子跳”，也就是美国航天员在月面经常展现的双脚蹬地移动方式。其实，这是航天员的无奈之举，体现了早期登月航天服的缺陷。
美意企业联合发布新型航天服
20世纪60年代，科研人员对月面环境乃至舱外太空环境的了解比较有限，早期登月航天服与舱外航天服采用了大致相同的设计。例如，在“阿波罗”系列任务期间，美国航天员在月面穿戴A7L航天服活动，后来又穿着它入驻“天空实验室”。
A7L航天服收获总体评价良好，但在月面行走任务中暴露出不足之处：髋部和腿部的活动空间欠佳。简单地说，航天员穿着A7L航天服很难依靠两腿在月面正常行走，因为其在髋部几乎没留出伸展余度，导致航天员难以进行抬腿动作，不得不依赖双脚跳跃和驾驶“简易”月球车在月面移动。
进入21世纪，美国宇航局立项研发新一代密封增压航天服，2019年10月对外展示，特别注重改善下半身活动便利性，希望兼顾空间站出舱、载人登月和载人登火任务。
新型航天服的腰、髋、腿、脚踝等部位均安装了轴承，极大地方便了航天员活动关节，又改善了材质柔韧性，使航天员穿戴活动更舒适。为了延长任务时间、提高工作效率，新型航天服的环控生保系统也进行了性能升级和整体缩小化。
后来，由于种种原因，美国宇航局放弃自研航天服，改为采购商业航天产品，最新成果就是公理空间公司主导研制的所谓“公理舱外活动单元”，计划同时用于国际空间站、商业空间站和月球表面工作环境。
公理空间公司宣称，其航天服大量吸收了美国宇航局之前自研航天服的技术，比如采用更先进的关节设计和防护性更好、抓地更有力的航天靴，助力航天员在月面上平稳行走，完成更精细的采样和操作任务，还在模块扩展性、4G/LTE通信能力、生理监测与智能医疗等领域颇有创新。
努力升级向未来
根据各方披露的公开信息，外界可以推断出未来登月航天服的发展方向：更灵活、更柔韧、更集成、更智能、更耐用……总之，未来登月航天服将助力航天员更高效地保护自身、完成任务，全身心投入新一轮探月开发大潮中。
新型登月服重视提升下肢运动能力
未来登月航天服最核心的设计要求是什么？有观点认为，应该是为航天员提供更全面的安全保障，并在确保安全的前提下，最大程度地有助于航天员在月表活动。
以往的舱外航天服应用于近地轨道太空行走任务，航天员活动依赖手臂移动和机械臂辅助，下半身往往仅是舱外航天服与机械臂的“连接器”。在月球上则不同，重力环境更复杂，髋关节活动、腿部灵活性、航天靴抓地性能对于航天员月面行走均是至关重要的，某些任务中还需要提升腰部运动能力。因此，未来登月航天服必须适当减重增效，增加更多轴承结构，攻克“在内部加压下尽量提高灵活性”的技术难关，尽量使航天员能够连续下蹲、捡拾月表样本。
同理，为了满足精细化操作需求，航天员的手臂、手指灵活运动也很有必要。为此，未来登月航天服会采用更宽松、更柔韧的肩部设计，扩大肩部和手臂的活动范围，降低运动阻力，帮助航天员节省体力和精力。
需要注意的是，为了适应月球重力环境和陌生的复杂月面地形，航天员月面移动可以利用载人月球车、智能机器人等，因此未来登月航天服没必要追求“面面俱到”，确保航天员的运动灵活性打破以往“上限”、适应新任务即可。
随着技术进步，集成高效是航天技术装备发展的重要趋势。为了提高操作的便捷性，未来登月航天服的胸部可以考虑设置多功能集成控制面板，便于快速识别和调整装备参数，帮助航天员以最佳状态执行任务。而随着智能机器人逐渐发展成熟并应用于探月任务中，未来登月航天服有必要与其建立有线/无线连接，开展信息传输、供电、补给、转移科研样本等工作。
环控生保系统同样是未来登月航天服的改进重点。公理空间公司宣布，其研制的登月航天服足以支持航天员离开载人登月舱活动8小时左右，而早期登月航天服的此类指标是6小时。针对美国宇航局选定的载人登月着陆区特征，其登月航天服为航天员量身定制，应对月球南极极端环境考验，有望在蕴含水冰资源的月表永久阴影区坚持活动至少2小时，挑战零下230摄氏度的极寒难关。
未来，月球南极附近将建设科研站和基地，地月空间将部署多功能综合星座，为月球科研、开发作业提供更全面更有力的支持，也将对航天员月面活动提出更高的要求。作为航天员的贴身“宝甲”，未来登月航天服仍会不断升级，满足更复杂的任务需求。
文/石晓龙
原标题：《更灵活、更智能，新一代登月航天服将大显神通》