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从3小时到5分钟，人类飞天梦有多大，航天服的进化就有多快

2021-07-26 19:02

来源：澎湃新闻·澎湃号·湃客

文学报

日前，随着神舟十二号载人飞船的发射成功，航天员实施了中国空间站的首次出舱活动，五星红旗在浩瀚的太空中“飘扬”，人们的目光也聚焦在了中国自主研制的新一代“飞天”舱外航天服之上。它虽然重达130公斤，却可以在5分钟之内穿上，并内置多种高科技设备保障航天员的舱外工作安全。

人类探索太空的历史，同样也是航天服技术进化的历史，文化史专家卡西亚·圣克莱尔在《金线》这部论著中通过面料来串联讲述人类文明发展史，今天夜读，让我们回到半个世纪前，看看早期航天服的研发和应用面临了哪些困难与挑战。

登月服装

太空是人类生存过的环境之中最特殊的一种。人类在其中会面临很多危险。太空中的温度可能从阴影处的零下157摄氏度跃升至阳光直射处的154摄氏度；因为缺乏大气的阻隔，阳光会带有大量的紫外线辐射，辐射对人类的眼睛和皮肤都是有害的。太空中没有空气，并且有相当的几率会被微小陨石击中。没有重力的环境会使人的视野发生变化，这可能会导致恶心甚至呕吐。这听上去或许不太严重，但在头盔内的狭小空间之内，呕吐物的小液珠可能带来大问题。（早在1944年，人们就成立了解决运动恶心症状的小组委员会。）如果长时间处于零重力的环境中，骨密度将每个月降低2%-3%，这样一来，即使遭遇微小的事故也极易骨折。

电影《地心引力》（2013）剧照

此外，宇航员还要和真空做斗争。与通行观念相反的是，如果航天服被石块砸坏并开始减压，使人体暴露在真空中，这不会让血液沸腾，虽然很多宇航员也这样以为。不过，人的身体无疑会肿胀起来，直接接触真空的体液还会嘶嘶作响。在没有氧气的环境下，脑细胞很快就会死亡。航天服必须保护其穿着者免受这些危险。正如柯林斯所写，这是“宇航员柔弱的粉色身体和太空中的残酷真空”之间唯一的屏障。

阿波罗11号发射的当天，即1969年7月16日凌晨三点半，航天服技术员们的工作压力达到了最高峰。在“双子星座”计划期间，他们的工作地点只是发射平台旁边一间简陋的活动房屋，而现在他们的工作地点已升级为一个套间，其中有专门的区域来存放和测试航天服、头盔、手套、鞋、管子、背包，以及宇航员在宇宙飞船和月球表面需要的所有其他装备。氧气供应设备被不断地开开关关；航天服的每一寸都被仔细检查，看是否有破损和通信故障；各种接缝处都要检查；拉链被反复地合上拉开，看其是否顺畅。最终，所有设备都被摆放在奥尔德林、柯林斯和阿姆斯特朗的更衣处。

电影《登月第一人》（2018）剧照

柯林斯只有一套舱内航天服，是在宇宙飞船里面穿的，另外两个人则另有一套舱外航天服，型号为欧米茄A7-L。每个宇航员都有三套量身定做的衣服：一件用于训练，一件用于航行，一件备用，供紧急情况下使用。每件服装的价格在10万美元至25万美元之间，这取决于其重量和复杂程度。（阿波罗飞船的宇航员曾开玩笑说，如果把压力服像牛排那样定价，那么一磅大概要1000美元左右。阿姆斯特朗和奥尔德林的服装的自重有56磅，加上携带式生命支持系统后有189磅。）

准备太空旅行的着装是一个艰难的过程。首先，奥尔德林、阿姆斯特朗和柯林斯要在身体上抹一种药膏。整个航天任务要持续80天，因此他们只有在准备月球漫步时要更换服装，其余时间则一直穿一套衣服，若是没有这种药膏，衣服会将他们的皮肤擦伤。接下来，他们需要穿上纸尿裤——给所有东西都专门起了名字的NASA管它们叫“极强吸收性服装”——以及装配上橡胶袋、管子和安在腰上的集尿袋。穿在这些外面的是有弹性的，被称为“长期穿着服装”的棉质卫生裤，然后才是航天服。这些服装又重又贴身，因此在有人帮忙的条件下也要很长时间才能穿上。最后，宇航员们要戴上手套和头部装备。手套有两副：先是一副尼龙的“舒适”手套；然后是更厚重的、用铝环锁在航天服上的手套，右手的是红色的，左手的是蓝色的。头上要先戴上棕白相间的史努比帽——帽子很紧，上面设有通讯设备——然后是球形的头盔。从航天服技术员的套间到发射台这段过程中，宇航员的氧气供应设备一直连在银色的公文包形状的呼吸机上。一位作者曾写过，他们看上去“就像正走向未来的商人”。

电影展示了银色的公文包形状的呼吸机

飞船发射的事迹已被广为讲述，不过在任务的第5天，绕月球轨道航行13周后，阿姆斯特朗和奥尔德林必须要脱光衣服，重新开始。想登上月球，需要穿上更重的新设备。他们“长期穿着”的卫生裤被换成了“液体冷却”的卫生裤，这是用紧身弹性尼龙面料制成的，也就是制作紧身衣的面料。这种裤子在前面绑紧，上面覆有血管一样的极细的棕色聚氯乙烯管子，里面是水泵发动的冷水水流，目的是在一层又一层的合成面料下保持凉爽。套在外面的是有26层的厚厚的白色欧米茄航天服。在漫步月球之前，两人穿戴上了头盔、手套和装有氧气和冷水的携带式生命支持系统，进入八英尺长的狭小登月舱。手套上粘着魔术贴，上面印有他们的待办事项——要做的事太多，他们担心忘记。头盔的面罩上涂有24克拉黄金涂层以减弱阳光照射，整个装备要紧紧扣在航天服颈部的圆环上，以确保不会漏气。这一切要在局促的登月舱中完成，因此两人十分紧张。他们打开舱口前总共花了三个小时穿衣服，比预计时间多了一个小时，并且据奥尔德林说，场景十分混乱。在最后一刻，他们中的一个转身时不小心把携带式生命支持系统撞在了控制升空发动机断路器的把手上，将把手打碎了。后出发的奥尔德林只好急中生智，将一根毡尖笔插进洞里，才启动了发动机。

空气稀薄地带

对迈克尔·柯林斯来说，宇航员和航天服的关系是爱恨交织的。他曾写过：“爱是因为航天服24小时紧密保护着里面的人，恨是因为它实在太笨重且令人不适了。”自然，爱总是占上风的。

飞行员威利·波斯特和制作轮胎和橡胶的B.F.古德里奇公司共同研发了一种服装，这种服装可以让他在平流层存活。这套衣服中间是贴身的充气橡胶，两侧用棉布包裹，起到固定气囊的作用，以免其在高压环境下膨胀起来。波斯特在头上戴着银质的桶型头盔，上面有一个可以让他向外看的观察口。

专业制造的服装必不可少。人们很早就使用了腰带制造商戴维·克拉克的第一个产品“直线条”，这是一种针织的男士松紧塑身衣。而他的“反重力”服装使用表面涂有乙烯基的尼龙气囊制成，这衣服会紧贴着穿着者的身体，并对下半身施以压力，以此防止血液集中在飞行员的下半身导致昏厥。空军第八航空队的一个战斗团使用这种服装后，每飞行1000小时击杀敌机的数目大约翻了一倍，从33架涨到67架。战争之后，克拉克继续完善他的设计，将气囊替换为有一组可充气的橡胶管绑定在身上的面料。其中一套服装的型号为T-1，查克·叶格于1941年尝试超音速飞行时曾穿着这种衣服。后来，克拉克参与发明了为B-52轰炸机的飞行员专门设计的服装，这种服装可供在7万英尺的飞行高度使用。这些服装经整体加压，带有48小时的氧气供应设备、走珠式的小便设备和内置的芝士火腿味的“牙膏”食物，飞行员可以边飞边吃。然而，这些衣服也令人极为不适。一次飞行任务结束后，飞行员可能因为压力减少约5%的体重。

到了1950年代中期，火箭推进器的应用让人们发现人类登上太空的可能性近在眼前，于是更多精力被投入到制造更耐用更舒适的压力服之中。1954年，莱特实验室制造了名为“让我降落”的服装，里面带有在特定高度能自动充气的气囊——一般是在35000英尺。这些服装是依照160条身体测量数据为每个飞行员定做的，并且要使用多层面料。飞行员首先要穿上一条薄卫生裤，然后是一件“排气服”，它能通过流动的液氮冷却的空气来保持凉爽。在它们之间是两件式的橡胶压力服，压力服先由一层尼龙网眼的“联网服”束住，再盖上一层银色的尼龙布。这层网眼的发明是一个令人欣喜的意外。戴维·克拉克于1956年坐客机前往阿拉斯加看望女儿时，尝试穿着手工松织的高性能尼龙服装，结果是整套服装的重量从110磅减少到了25磅。之前的“让我降落”服装是很有用的——曾有一位飞行员在试飞中驾驶自己的火箭飞机冲上8万英尺的高空，当飞机座舱盖碎裂后，这套服装救了他的命。然而，这套服装没有延展性，在里面难以移动、容易出汗；并且它过于贴身，即使在专人的帮助下也要超过十分钟才能穿上。

“飞天”航天服示意图

最初的太空服是为水星计划发明的。在一张摄于1960年的标志性照片中，七位水星计划的宇航员微笑着站成两排，后面是钴蓝色的背景，宇航员穿着闪亮华丽的银色航天服，上面带有不对称的拉链——画面呈现出乐观、高科技、未来的感觉。

在闪亮发光的表面下，这些航天服是逐渐发展的结果，而非完全革新的产品。后来参与制造了欧米茄航天服的梅尔·凯斯不以为然地将其称为“只不过是银色的高空飞行服而已”。和后来的阿波罗任务一样，其中一位宇航员沃尔特·施艾拉监督着服装生产的进程。这一次，他们选择的是专门生产橡胶的B.F.古德里奇公司，也就是约20年前为威利·波斯特制作实验服装的公司。在施艾拉看来，这些水星航天服是所有任务装备的“重中之重”。它们是“用橡胶和面料制成的紧身茧，我们在每次飞行或练习任务前都把自己封在里面……而且它们是量身定制的，非常贴合每个人的身形，因此需要13个拉链和三个环扣才能穿上”。涂了铝粉的面料能承受高达82度的高温。如施艾拉所说，“热得足以烧热水了”。充气后，这套服装的压力确保穿着者可以承受很高的加速度。躯干周围的多功能内衣、大腿处和腋下的方格纹贴片和线圈型的“间隔器”，可以帮助肌肤通风。

早期航天服分解图

水星航天服在整个任务期间都被宇航员穿在身上，并且绝大多数时间都是充着气的。一如往常，真正的问题就从这里开始了。虽然主要用来包裹橡胶的面料是银色的尼龙布，但还有一些功能性的胶带、绳子和拉链来固定橡胶，避免其膨胀，而这些东西都不具有弹性。施艾拉承认，这套服装即使未充气时也是“笨重的”。而一旦充气，它们就变得“极为僵硬”，很像它们的近亲——自行车轮胎。

即使如此，艾伦·谢泼德还是穿着这套航天服成了第一个进入太空的美国宇航员，在1961年5月5日进行了为期15分钟的简短航行。

《金线：织物如何改变了历史》

[英]卡西亚·圣克莱尔/著

马博/译

浦睿文化·湖南人民出版社2021年5月