载人航天：重装上阵

【本社编译报道】穿航天服在太空行走可以说是宇航员最危险的动作了，加上目前世界上大部分航天服都是在上世纪八十年代设计的，越来越多的问题不断暴露出来，宇航员的生命正受到威胁。现在正在开发的微型单人航天器大有前景，可以弥补宇航服的缺点。时隔四十年，宇航员的衣柜终于可以更新了。

       

和上世纪六七十年代阿波罗宇航员登月时相比，如今笨重的宇航服的重量（扣字眼的话，应该是质量）多了近三分之一。而且，在轨道上进行的是自由落体运动，但是在月球上，引力场和固体表面会削弱牛顿第一和第三定律的作用力（除非受到外力作用，否则物体的运动状态不会改变；每种作用力都会产生一个大小相等、方向相反的反作用力），因此，比起登月，在太空漫步需要更大的勇气。

再加上现在使用的宇航服中大多数系统都是在八十年代早期设计的，这么长时间过去了，越来越多的缺陷不断暴露出来（比如，2013年，国际空间站上一名意大利宇航员因其头盔里积了一升多的冷却水险些淹死）。况且NASA希望在未来几年里让宇航员重返月球，现在是时候对宇航服进行升级了，在这方面，NASA有很多想法。但其宇航服设计办公室经理韩森（Chris Hansen）认为，当务之急是要设计出更灵活的宇航服，让宇航员不至于像阿波罗登月者那样跳来跳去，还容易摔跟头。

改头换面

NASA设计宇航服的过程并不是一帆风顺。2021年8月，NASA总监察长保罗·马丁（Paul Martin）感叹：14年来, NASA在这方面花费了4.2亿美元（折合人民币约28亿），结果什么也没搞出来，即使将预算翻一番，在2025年登月之前也无法设计出新的宇航服。NASA早就该吸取教训，是时候考虑将这一设计任务外包给私营企业了。

正如韩森博士所述，宇航服的灵活性是本次竞标的一个重要标准。其中一个竞标设计是Astro，由三家宇航公司共同提出。该设计使用了大量维克特拉合成纤维（Vectran），这种材料由液晶聚合物制成，比防弹服中的凯夫拉（Kevlar）还要坚韧，兼具强度与韧性。穿上这种宇航服，举手弯腰都不是难事了，甚至还能在地球表明做俯卧撑呢，宇航员不用再过得那么“憋屈”了。

Astro设计的登月宇航服可以允许宇航员行走10千米左右，这远远超出了阿波罗宇航员的行走距离。这次的月球旅行套装配备了特殊的靴子，表面有“面包屑路径”显示屏，除了可以展示走过的路径之外，还能指引回家的路，这一点可相当重要。

然而，有人提议用一种配备有推进器和机械臂的微型航天器来替代宇航服完成地球轨道上的太空漫步。马里兰州的Genesis Engineering Solutions公司目前开发的单人航天器（Single-Person Spacecraft，下文简称SPS）就是采用的这个原理。航天器中的推进器使用压缩氮气，在紧急情况下，也可以利用航天器中的储气罐；机械臂原本是为了拆除炸弹而设计的，因此比宇航员戴手套行动要方便得多，可以由宇航员或远程操作员操控。如果一切顺利，SPS将被用于蓝色起源太空公司（Blue Origin）和塞拉太空公司（Sierra Space）建造的商业空间站“轨道礁”（Orbital Reef），该空间站计划于本十年的后半期开始运行。

和传统宇航服相比，SPS有很多优势。

首先，出入空间站不再需要气闸舱，航天器直接与空间站对接，因此在舱门关上之前，空气可以自由流通。这意味着航天员不用费吹灰之力就能进出SPS。相比之下，如果穿着宇航服漫步太空，航天员进出飞船时就必须调节气闸舱内的压力（译者注：航天员出舱前将气闸舱内的气体放掉，使得气闸舱内的压力接近真空状态下的零气压，方便航天员打开外舱门，进行舱外活动；当航天员完成舱外活动，回到气闸舱，关闭气闸舱外舱门后，向气闸舱内补充气体，恢复气闸舱内1个标准大气压的压力，保证航天员能回到返回舱。）由于舱内的气体不可能完全排尽，所以不可避免地会泄露站内部分空气供应。

其次，航天器可以在大气压下运行。但如果宇航服加压到这种程度会变得很硬，特别是手套，导致宇航员根本无法完成手动任务，这就是为什么宇航服内的压力通常保持在大气压三分之一左右的原因。但是在这种压力下，标准状态空气无法为宇航员提供必要的氧气。而压力一旦下降，氮气会在血液中形成气泡，这种情况非常危险，可能会导致减压病，让人十分痛苦。因此，在穿宇航服之前，宇航员必须预吸纯氧，把体内的氮气排除干净。然而纯氧环境也不代表就很安全，这种环境可能会引发火灾，你不要觉得这样的事情不会发生，阿波罗的三名宇航员就是惨痛的教训，他们在一次地面模拟发射演练任务中，在舱内注入纯氧，结果被活活烧死了。

除此之外，SPS项目经理布兰德·格里芬（Brand Griffin）指出，宇航服还存在着第三个安全隐患——快速移动的轨道碎片和微流星体可能会刺穿防护服，从而导致宇航员体内的血液会由于真空状态而蒸发，而SPS上的屏蔽层可以阻挡这些微粒。

SPS还有一个优点——如果宇航员因为某种原因丧失了行动能力，可以选择远程控制推进器与空间站对接，这比直接将宇航员拖回气闸舱容易多了。

据了解，一个SPS的价格近7000万美元，差不多是一套宇航服的四倍。虽然微型航天器的价格高，但好在其运行成本较低，可以抵消这些前期支出。宇航员每一次出舱前，在国际空间站中准备就得花上63小时，包括调整宇航服（因为宇航服不是量身定制的）、穿脱宇航服、使用之后进行内部消毒等，这还没有算上太空行走本身所花的时间。要了解这整个过程的费用，想想NASA宇航员在国际空间站上每小时13万美元的服务费就知道了。和这些费用相比，还是SPS更划算。

在任何情况下，身穿宇航服在太空上行走都很危险，对太空游客来说，虽然舱外活动很吸引人，但拥有这种体验的可能性微乎其微。蓝色起源公司高级开发项目总裁布伦特·舍伍德（Brent Sherwood）称，SPS将改变这一点，他表示未来的太空度假套餐将涵盖“保证游客安全”的自动化太空旅行。

高级定制

即使有SPS，宇航服也不会被淘汰。NASA计划在2024年11月后开始建造月球轨道空间站门户（Gateway），其设计目的是让航天员不用乘坐单人太空飞船，而是直接穿着宇航服出舱。而除了SPS，轨道礁也将支持宇航服出舱（虽然NASA对此持怀疑态度），毕竟SPS系统还有待考验。

而且，宇航服技术专家还有很多奇思妙想。例如，Dover公司计划通过空间生命管线提供生命保障来简化穿宇航服的太空活动。该公司业务发展主管丹·克洛普（Dan Klopp）表示，虽然这样会限制宇航员的活动，但会大幅削减成本。 “宇航服舱口”也指日可待，有了这样的舱口，宇航员可以直接进入与航天器外部相连的宇航服中；当宇航服和航天器都密闭后，二者便可以分离。这一过程和SPS一样，不需要依靠气闸舱就能完成。

我们应该意识到，这一切的背后有一个问题，即人类太空漫步和月球漫步是否是机器人（无论是远程控制还是自主机器人）尚不能企及的。然而，这个问题就是在挑战载人航天飞行的全部逻辑了。这是决不能发生的，对吧？【全文完】

来源：经济学人
作者：未知
编译：王帆
校改：王露瑶