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一件宇航服的开发成本是多少?都有哪些组件和供应商?

2021-09-30 胡安 阅读:
一件宇航服的开发成本是多少?都有哪些组件和供应商?
航天服这么贵,里面都有啥?

“宇航服的制造很难么?”

目前全球只有美国、俄罗斯和中国能独立研制宇航服/航天服。fimednc

NASA在 2017 年报告中指出,在过去的 9 年期间,花了2亿美元用于舱外宇航服开发。自2017年报告至今,又额外花费了2.2 亿美元——总计 4.2 亿美元。fimednc

美国宇航局目前的计划是在 2024 年 11 月之前生产出前两个可飞行的探索舱外移动装置 (xEMU),但该机构面临着大约 20 个月的交货延迟。fimednc

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图:NASA开发宇航服的开销,从2008财政年度至2021。fimednc

”宇航服这么贵,里面都有啥?“

具体来看舱外宇航服(xEMU)的系统组件如下图。fimednc

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图:xEVA系统组件。来源:NASA OIG summary of NASA informationfimednc

目前NASA的xEMU供应商列表如下:fimednc

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其他部件供应商还包括:fimednc

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EDN在NASA的网站上,找到公开的宇航服的不同部位的信息,分享给大家。fimednc

  • 主要生命支持子系统PLSSPrimary Life Support Subsystem

宇航员进行太空行走,最离不开的就是是宇航服上面的生命维持系统PLSS。在不大的背包里面集成了身体机能检测、系统通风、二氧化碳清除、热量交换、水分分离、通信、压力调节器等数十种技术设备,为宇航员提供了在太空行走中生存的必备品。 fimednc

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图:生命支持系统。图片来源:NASAfimednc

PLSS 还装有水冷设备、一个循环氧气的风扇和一个双向无线电。这个背包中的警告系统可以让太空行走者知道宇航服是否有问题。该装置覆盖有保护布层。fimednc

NASA已经完成的和计划中的xPLSS开发活动。fimednc

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设计验证与测试(DVT)套装的装配经历了许多与xPLSS相关的技术挑战,导致了工期的延误。fimednc

  • xPLSS 控制器的电路板需要返工以更新警告和警告系统,即控制关键生命支持组件的航空电子设备。其中一项功能——空对空探索 EMU 无线电——更新了一项功能,以确保 xEMU 航空电子系统的任何非关键故障不会导致通信系统出现严重故障。
  • 宇航员用来控制所有关键功能的 xPLSS 类似飞行的显示和控制单元经历了生产延迟。 最初,NASA 使用市售产品构建了一个原型,以确定正确的尺寸。由于开发过程中的设计更改和升级,NASA 人员将该单元更换为现有的备用单元,该备用单元为测试提供了适当的功能。
  • 2021 年 3 月,DVT 套装组装过程因组件故障而暂停。具体来说,工作人员使用了错误的规范来构建复杂的 xPLSS 接口 它的失败表明了 DVT 开发过程中的缺陷。NASA 人员将此问题归结为 (1) 进度压力; (2) 依赖之前使用的测试盒; (3) 团队之间的沟通中断; (4) 项目团队的快速成长,包括缺乏经验的人员的加入; (5) 在开发测试期间使用未发布的图纸。

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  • 坚硬的上身(HUT,Hard Upper Torso)

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图:上身组件。图片来源:NASAfimednc

HUT覆盖胸部和背部。它是一种由玻璃纤维制成的背心,这一材料通常应用于汽车及游泳池。fimednc

显示和控制模块,以及随身生命维持系统会链接在这一部分。这部分的一个重要功能是它可以作为排水和氧气流管子的连接。fimednc

  • 可变长短的袖子

宇航员可以不用定制。有现成的不同尺寸的臂组装零件,定径环可以使袖子更长或更短。fimednc

图:袖子。图片来源:NASAfimednc

  • 带加热的手套

宇航员必须能够在戴着宇航服手套的情况下处理和捡起物体。舱外活动(EVA)用于保护宇航员免受太空环境的伤害。手套要便于宇航员尽可能轻松地移动手指。fimednc

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图:宇航服的手套。图片来源:NASAfimednc

手指是身体上太空中最冷的部分。这些手套的指尖有加热器。通过轴承部件,手套能够连接到套管,并允许手腕转动。fimednc

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  • 显示和控制模块

该模块是舱外宇航服的控制面板。模块上有开关、控制器、仪表和电子显示屏。fimednc

宇航员可以从该模块操作随身生命维持系统。fimednc

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  • 宇航服内的喝水包

塑料水袋扣在HUT的内侧。一个带阀门的塑料管从袋子里伸出来。吸管和阀门可以调整到靠近宇航员的嘴。宇航员可通过咬住阀门打开管子喝水,停止咬合即可关闭阀门。fimednc

  • 宇航服的下身

下身由宇航服裤子,靴子和腰部下半部分组成。其中腰部轴承部件可以帮助宇航员移动和转动。金属体密封闭合将下身组件连接到上身HUT上。fimednc

下身有D形环以连接系绳,从而将宇航员链连接到飞船上,保护宇航员不会飘走。fimednc

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  • 透明的头盔

除了覆盖宇航员的头部,头盔还有一个通风垫。该垫将氧气从随身生命维持系统和上身HUT引导至头盔的前部。fimednc

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头盔使氧气保持在头部周围,并维持稳定的气压下。头盔的主要部分是透明的塑料泡沫。fimednc

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气泡型的头盔覆盖了舱外遮阳板组件,遮阳板上涂有一层薄薄的金,可以过滤掉太阳的有害射线。遮阳板还可以保护宇航员免受极端温度和可能存在潜在撞击危险的小物体危害。fimednc

头盔上可安装摄像头和灯。fimednc

  • 通信头戴 (CCA, Communications Carrier Assembly

CCA 有时称为史努比帽,是宇航员在头盔下戴着帽子。它有耳机和麦克风。它连接到宇航服上的无线电。使用 CCA,宇航员可以与其他机组人员交谈并听到警告音。fimednc

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  • 液体冷却和通风服装

大多数长内衣主要是用于保暖,这款内衣让宇航员在太空漫步时保持凉爽。它由弹性氨纶材料制成,配备91.5米的细管。fimednc

通过将水泵入宇航员皮肤附近的管道,冷却水在宇航员整个身体周围循环,从而消除宇航员运动产生的额外热量。fimednc

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衣服上的通风口可以吸走宇航员身上的汗水。这些汗水在水冷系统中循环使用。fimednc

此外,通过手腕和脚踝处吸入氧气,以帮助氧气在宇航服内循环。fimednc

  • 成人尿布(最大吸收量)

宇航员通常持续六个多小时没有休息,在他们的太空服下有额外的吸收材料。fimednc

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  • 背着氮气包救生EVA Rescue 

舱外活动简便救援装置(SAFER)就像一件救生衣。在空间站工作的宇航员都会穿着SAFER。宇航员通常通过系绳连接到空间站。如果一名宇航员漂向太空,SAFER将帮助他/她飞回空间站。fimednc

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SAFER像背包一样穿着。它使用小型氮气喷射推进器让宇航员在太空中移动。宇航员可以用一个小操纵杆控制SAFER。fimednc

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附录宇航服历史欣赏fimednc

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航天服的造价非常昂贵,在天宫一号没有出现之前,神舟七号的宇航员完成了出舱活动之后,返回地球的时候只能选择将舱外航天服坠入大气层烧毁。而现在我国的天宫一号已经能够初步使用了,那么舱外航天服在使用完之后,完全可以留在空间站内,等待后续的神舟飞船宇航员使用。fimednc

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