1月19日，圓滿保障20次出艙任務(wù)后，中國空間站艙外服B超額完成設(shè)計壽命指標(biāo)，隨著神舟二十號飛船返回地球，成為我國首套退役的空間站艙外服。后續(xù)，它將參與一系列測試與分析工作，為研制更先進(jìn)的艙外服和登月服貢獻(xiàn)力量。那么，艙外服怎樣進(jìn)一步延壽升級？放眼國際，新一代艙外服應(yīng)用了哪些新技術(shù)、新設(shè)計，可以提供哪些新功能？這有望為登月服研發(fā)工作提供哪些幫助呢？

延壽至“4年20次”

據(jù)公開資料顯示，此次退役“回家”的空間站艙外服B屬于我國自主研制的第二代飛天艙外服，相比2008年神舟七號任務(wù)使用的第一代“飛天”，其技術(shù)水平和綜合性能顯著提升。例如，第一代“飛天”僅能支持航天員單次出艙活動4小時，設(shè)計使用壽命不低于5次。而第二代“飛天”足以保障航天員單次出艙活動8小時，甚至刷新了航天員單次出艙活動超過9小時的世界紀(jì)錄，最初設(shè)計可以在空間站內(nèi)貯存3年，其間出艙使用不少于15次。

第二代飛天艙外服使用了更厚實的6層結(jié)構(gòu)。其中，保護層作為最外層，由多種纖維復(fù)合編織而成，耐磨性更佳。艙外服上下肢關(guān)節(jié)處配備氣密軸承，設(shè)計冗余較大，不僅關(guān)節(jié)活動更靈活自如，還獲得了更長的使用壽命。

而且，“3年15次”并非第二代“飛天”的性能極限。自2021年第二代飛天航天服運抵空間站以來，由于航天員頻繁穿戴出艙，2024年初其已接近“3年15次”設(shè)計指標(biāo)。于是，科研團隊在地面進(jìn)行了大量產(chǎn)品級驗證試驗，實現(xiàn)了艙外服在軌健康狀態(tài)的動態(tài)精準(zhǔn)評估，決定允許其延壽使用。

根據(jù)“木桶效應(yīng)”，一個系統(tǒng)的整體效能取決于其最薄弱的環(huán)節(jié)，艙外服的壽命指標(biāo)也不例外。第二代“飛天“的設(shè)計考慮到在軌維護，并非“單件到壽”就會整體報廢，可以在軌更換一些部件，比如最容易磨損的手套、內(nèi)部通信裝置電子模塊以及部分冷卻通風(fēng)部件等。可以說，第二代飛天艙外服借助初步的模塊化設(shè)計，延長了使用壽命。

2025年8月15日，航天員陳冬穿戴艙外服B，圓滿完成了個人第六次出艙任務(wù)，刷新了中國航天紀(jì)錄。至此，艙外服B累計保障中國航天員20次出艙任務(wù)，實現(xiàn)了“4年20次”的在軌延壽目標(biāo)。

隨著我國科研團隊不斷積累經(jīng)驗、取得技術(shù)突破，第二代飛天艙外服進(jìn)一步升級。2025年7月15日，艙外服D、艙外服E被天舟九號貨運飛船送到空間站。它們在材料耐久性、關(guān)節(jié)靈活性等關(guān)鍵指標(biāo)上再次優(yōu)化，在軌工作壽命正式提升到“4年20次”。

經(jīng)歷太空環(huán)境考驗后，艙外服B無疑具有很高的科研價值。科研團隊對其進(jìn)行拆解檢查和實驗分析，有助于了解艙外服材料性能（尤其是材料疲勞和密封性等關(guān)鍵指標(biāo)）在太空環(huán)境中的變化，為研制更長壽命的艙外服積累關(guān)鍵技術(shù)和經(jīng)驗，也將為登月服研制打下堅實的基礎(chǔ)。

▲ 艙外服B在空間站內(nèi)留影

直面更多“攔路虎”

縱觀國際同類裝備發(fā)展趨勢，新一代艙外服與新一代登月服的應(yīng)用技術(shù)、總體設(shè)計在很大程度上是通用的，兼顧近地軌道任務(wù)和登月探索。這變相提高了對艙外服的性能要求，包括更耐用、更靈活、維護更簡易、生命保障能力更強等。而且，惡劣嚴(yán)酷的月面環(huán)境造成了更大的挑戰(zhàn)，進(jìn)而對登月服提出了特殊的高要求。

比如，月面氣體密度僅有現(xiàn)役空間站運行軌道的百萬分之一，屬于極高真空環(huán)境。月塵微粒廣泛分布于月球表面，95%以上小于2微米，玻璃質(zhì)含量往往超過80%，很容易粘附在登月服表面，甚至可能進(jìn)入航天員體內(nèi)，威脅身體健康。極高度真空和月塵共同對登月服的密封性提出了更高的要求。

再比如，月面向陽面溫度高達(dá)127攝氏度，背陰面溫度低至零下157攝氏度，加上月球缺乏大氣層折射散射陽光，月面向陽面反光異常強烈，使登月服的溫控效能承受巨大壓力。

另外，得益于地球磁場，近地軌道上很大一部分宇宙高能輻射被屏蔽，提升了載人航天活動的安全性。然而，月面直接承受高能宇宙射線和太陽高能粒子“轟擊”，月壤還蘊藏著天然放射性元素，導(dǎo)致月面形成了獨特的強中子輻射環(huán)境，對航天員構(gòu)成潛在威脅，也使登月服面臨更大的考驗。

國際新一輪載人登月任務(wù)并非象征性地“到此一游”，而是與月球資源勘探、開發(fā)等密切相關(guān)。這意味著，航天員將開展更多行走、攀爬、駕車、科考等活動。因此，登月服不僅要保障航天員基本的健康安全，還要努力向輕量化、集成化、小型化發(fā)展。

在近地軌道的微重力環(huán)境中，艙外服的重量幾乎可以忽略不計。而月面重力約為地面的六分之一，登月服需要盡量減重，降低航天員穿戴行走和工作的負(fù)擔(dān)。

此外，月面潛藏著鋒利的巖石碎片，航天員較長距離行走和蹲起、抓握，將考驗登月服的防護能力。更多月面科考活動還對登月服整體和重要關(guān)節(jié)的靈活性、手套抓握精度、頭盔的通信性能和視野等提出了嚴(yán)格要求。

這樣看來，盡管登月服屬于特殊的艙外服，研制工作有不少共同要求，但月面作業(yè)和空間站出艙環(huán)境差異很大，復(fù)雜性、風(fēng)險更高，導(dǎo)致登月服在細(xì)節(jié)設(shè)計上與普通艙外服存在不同。

▲ 我國望宇登月服外觀發(fā)布現(xiàn)場

近地軌道登月兩不誤

面對近地軌道和月球任務(wù)中不斷提高的性能要求，航天工作者正在積極創(chuàng)新，化解技術(shù)難題。

美國公理空間公司聯(lián)合意大利奢侈品牌普拉達(dá)推出了AxEMU登月服，主打更大的動作自由度優(yōu)勢，方便航天員在月球表面行走、彎腰、轉(zhuǎn)體和下蹲，不必像穿戴老式登月服那樣“兔子跳”，甚至頻繁摔倒。未來，航天員穿戴這款登月服有望更高效地完成外星球科學(xué)探索任務(wù)，執(zhí)行近地軌道和月球軌道空間站艙外任務(wù)也會更加游刃有余。

這款登月服重點改善了肩部、腰部和下肢結(jié)構(gòu)設(shè)計，允許航天員利用軸承實現(xiàn)從肩膀到手腕靈活旋轉(zhuǎn)，更輕松地將物體舉過頭頂，又?jǐn)U大了腰部、膝蓋的活動空間。它還應(yīng)用了人體工學(xué)尺寸可調(diào)設(shè)計，適配更廣泛的航天員體型選拔范圍，盡量提升舒適度與精細(xì)動作技能。

而且，AxEMU登月服的模塊化設(shè)計進(jìn)一步改善，號稱可以根據(jù)近地軌道、月面乃至火星任務(wù)的不同需求，調(diào)整生命支持系統(tǒng)、通信裝置電子系統(tǒng)、外層防護層等，及時升級和延壽。新型復(fù)合材料還提高了AxEMU登月服耐磨、防輻射、抵御溫度極端變化的能力。而特殊加強的防月塵磨損設(shè)計，有助于防止其生命支持系統(tǒng)吸入或過多沾染月塵。

不過，AxEMU登月服經(jīng)過一系列測試后，暴露出一些設(shè)計缺陷。比如，AxEMU登月服全套重量超過136公斤，給航天員造成了沉重負(fù)擔(dān)和傷病隱患，其重心控制和腰部活動自由度難題、手套束縛的消極影響也不容忽視。

未來，我國艙外服會具備更長的使用壽命和更可靠的防護性能。隨著航天員單次出艙時間進(jìn)一步延長，精細(xì)操作任務(wù)會越來越多，艙外服的活動關(guān)節(jié)設(shè)計壽命也需要相應(yīng)地延長?？蒲腥藛T將根據(jù)航天員反饋，持續(xù)開展設(shè)計創(chuàng)新和材料測試工作。

今年，我國望宇登月服將完成電性能、結(jié)構(gòu)性能、熱控環(huán)境等多項測試，隨后轉(zhuǎn)入正樣研制階段。結(jié)合國外同類產(chǎn)品發(fā)展趨勢，我國登月服有望提高功能模塊的互換便利性，以及復(fù)雜環(huán)境中的一體化防護水平，兼顧安全可靠、輕量化、機動靈活，還會追求更佳的人機工效性能，以便適應(yīng)不同體型、不同職責(zé)的航天員需求。

隨著月球科研、勘探、開發(fā)工作取得進(jìn)展，航天員月面出艙活動將不限于行走觀測，還會參與駕駛、挖掘、采樣、原位資源利用、設(shè)施建造、地下探索等復(fù)雜任務(wù)。預(yù)計我國登月服也會改善關(guān)節(jié)和手套的靈活性設(shè)計，提升新型工具、設(shè)備兼容性，成為航天員延長月面活動時間、提高工作效率的“守護神”和“好幫手”。

來源/《中國航天報·飛天科普周刊》

文/張雪松

編輯/高辰 馬驍

審核/楊建 楊蕾

監(jiān)制/索阿娣

本文轉(zhuǎn)載自公眾微信號：中國航天報

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