在我們印象中,航天服都很臃腫笨拙,可是為什么馬斯克的航天服,看起來瘦身了這么多?難道他的技術真的遙遙領先嗎?
今天的文章將用3000字的篇幅,揭穿SpaceX新一代艙外航天服“瘦身”的秘密。

先來看這張圖片:看起來沒什么特別的,但我現在做一點點小改動,在航天服的身體部分,加上一些豎向的黑色線條,誒,是不是看起來修身了很多?
對比明顯

重新去掉這些豎條紋,是不是一下子又“胖”回去了?
沒錯,這就是SpaceX宇航服在美學設計上的一點點小心思,很聰明地加入了一些豎向線條,讓原本不算特別修身的航天服,在視覺上看起來更“瘦”。
這種方法其實在我們生活當中很常見,比如說一件同樣版型的T恤衫或者裙子,橫條紋會顯胖,而豎條紋就會顯瘦。視覺上的“瘦身”還會給SpaceX帶來一個巨大的好處,這一點我們后面再講。

但是美學上的設計,還不足以解釋SpaceX新一代航天服瘦身的真正原因。
我們需要讓時間倒流,回到1971年6月29日。
蘇聯“聯盟-11”號飛船的3位航天員,剛剛在禮炮一號空間站里居住了23天,完成了人類歷史上第一次進駐空間站的壯舉。此時他們三個擠在聯盟-11號飛船里面,以20多馬赫的速度進入大氣層。
就在這時,意外發生了,返回艙和軌道艙的爆炸螺栓提前爆炸,把返回艙打了一個小洞,此時飛船高度在168公里,飛船氣壓急速下降,僅僅30秒氣壓就降到了零。

十幾分鐘后,飛船成功自動降落在哈薩克斯坦的大草原上,但是蘇聯航天飛控大廳的顯示屏上,卻出現了三個數字“1-1-1”。
這是三位航天員的生命狀態指數,5代表一切正常,依次遞減,而1,代表死亡。
(白色裹尸布)


三位航天英雄完成了人類第一次進駐空間站的壯舉,但是卻在返回地球的途中全部遇難。原因也很讓人痛心,為了節省空間和圖方便,航天員在返回地球的過程中,沒有穿著艙內航天服。漏氣之后,航天員根本沒有安全備份措施,所以直接窒息,體液沸騰,幾十秒便失去了生命。
從聯盟-11號飛船事故之后,直到今天,不管是俄羅斯、美國還是中國,所有的飛船在返回地球時,都必須讓航天員穿上艙內航天服。

這就是航天服的第一個、也是最關鍵的作用:在航天員的身體周圍維持一個有空氣的環境,是航天員的最后一道生命保障。航天服就像是一個人形的飛船,保持一個標準大氣壓、合適的溫度和濕度。
但是,這卻帶來了一個巨大的麻煩,因為一個大氣壓是101325帕斯卡,每平方厘米受到10.1325牛的力,相當于每個指甲蓋上面,都有1公斤的重量壓著。雖然我們平常生活中,感覺不到一個大氣壓究竟有多強大,但是這個壓強足以壓爆十幾噸重的真空油罐,造成內爆事故。
舉個例子,這是一個氣球,沒充氣的時候它里面和外面的氣壓是平衡的,就非常柔軟。

但是一旦吹滿氣,因為氣球有張力,氣球里面的氣壓只是稍微高于外界,這時我想要掰動氣球,就要花費額外的力氣,沒有剛才那么柔軟了。
而到了太空,航天服外面幾乎是真空,里面卻是一個大氣壓,整個航天服就是一個極度膨脹的人形氣球,需要用非常大的力氣才能活動手腳的關節,靈活性大大下降。
1965年3月18日,人類第一次太空行走的時候,蘇聯航天員列昂諾夫就遇到了這樣的情況,他的航天服過度膨脹變形,不僅幾乎無法做出動作,甚至讓他卡在了艙門的入口,無法返回飛船。

在這個緊要關頭,他冒著減壓病的危險,扭開了航天服的泄壓閥門,把氣壓降低了一半,航天服沒那么脹氣了,這才擺脫困境。
為了抵抗內外的大氣壓力差,航天服必須非常結實;但是為了保證靈活性,關節處又必須能夠靈活轉動。這兩個極度矛盾的要求,在過去幾十年里,把工程師們折磨得死去活來。
我們印象中的航天服是這樣的,但實際上工程師們還測試了無數種別的造型。

比如這樣的全金屬硬殼結構,這是NASA測試的AX-5航天服,就像鋼鐵俠一樣,靠鉸鏈和座圈來轉動關節。

早期的柔性航天服始終無法解決充氣膨脹后靈活性下降的問題,而剛性結構完全不會變形,但缺點也很明顯——過于笨重。
最終,現在的航天服基本都采用剛-柔混合的結構,也就是在身體軀干的部分位置采用硬殼結構,在手臂、腿腳等位置采用柔性結構,達到一個比較好的平衡。

再加入獨立的大氣壓控制、溫度和濕度調節、二氧化碳消除、通信設備等等,而且這些生命保障系統往往還需要一套額外的備份,這些東西全都集成到后面的背包里,可以讓航天員擺脫對飛船的依賴,在艙外進行8個多小時的太空行走,完成在軌航天器的組裝、空間站的檢修維護等精密的工作。
到這里我們就可以解釋SpaceX第一次商業太空行走的問題了,很多朋友注意到航天員只是探出了半個身子,而且肢體動作明顯僵硬。

那聰明的你肯定就想到了,這是航天服脹氣之后變硬了,靈活性很差。之所以出艙只出了一半,也是擔心航天員出去之后行動不便,無法靈活轉身返回飛船,那就大麻煩了。
很僵硬

所以,你別看SpaceX的商業航天服看起來有多么瘦身、簡潔,但是它目前是以犧牲靈活性為代價的,這個問題還有待SpaceX繼續改進。
但是犧牲靈活性,還不是最要命的,最要命的是,過于修身的航天服,它會導致一個大家非常容易忽略的問題:
你的航天服只有你的身材能穿,如果你的航天服在太空損壞了,那么你可能穿不了別人的航天服。
也就是說,量身定制的航天服,失去了安全冗余、互為備份的作用。

很少有人知道,不管是中國、俄羅斯還是美國,所有的航天服幾乎都是只有一個標準尺碼的,原因是什么?就是為了一旦發生緊急情況,航天員不管穿上哪一件航天服,都可以保住性命。
這個隱藏功能,在很多科幻電影里都有描述,比如地心引力當中的女主角來到俄羅斯聯盟飛船之后,就穿上了俄羅斯的艙內航天服;火星救援里馬特達蒙航天服兩次破損,他都是換上了隊友留下的航天服,才得以保命。
別忘了視頻開頭的慘烈事故,艙內航天服的第一大作用就是,作為航天員的最后一道生命保障。我們跳傘的時候,除了主傘都會有備份傘,但是更加危險的太空行走,航天服卻沒有備份的話,安全系數是不是就降低了?
所以,各國的主流航天服只有一個尺碼,確保不管是高矮胖瘦的航天員,都能輕松穿進去。

航天服的四肢上都有調節裝置,就像是日常的塑料吸管一樣,可以拉長、縮短,來適配不同的航天員的身材。

這樣一來,航天服也就很難設計得更加瘦身,畢竟安全性不能也跟著“瘦身”。
那為什么馬斯克SpaceX敢以犧牲互穿性、減小安全冗余為代價,使用量身定制的瘦身版航天服呢?
答案很簡單,因為這是商業行為,跟官方行為有本質的區別。中國航天、NASA、俄羅斯航天,這些大國的官方機構的首要目標,都是探索太空前沿技術,都不是以商業盈利為目標的,他們要進行很多探索性的科研任務,往往都是高風險的。
而SpaceX的首要目標,就是賺錢,這是太空商業旅游的本質。
富豪們花錢買體驗,發射前的訓練、發射后的健康恢復,全都可以是量身定制的。那么航天服的尺寸,自然也可以是量身定制、獨一無二的,而且降落之后航天服也是絕佳的紀念品,拿回自家的別墅山莊展示,這就是富豪們想要的獨一無二的體驗。

至于安全冗余,因為他們不承擔科研實驗任務,出艙時間也很有限,看會兒風景就得了,風險自然就會降低,SpaceX評估之后認為風險可以接受,那就犧牲掉互換性,給富豪們帶來更好的體驗服務,未來可以帶來更大的商業價值。這就是我開頭說的,視覺上的“瘦身”可以給SpaceX帶來巨大的好處。
所以從一開始,SpaceX新一代航天服,就必須以吸引眼球為賣點,設計上重點考慮的是視覺觀感,甚至邀請了好萊塢的Ironhead Studio服裝工作室參與設計,這家工作室曾經負責復仇者聯盟蝙蝠俠等超級英雄的服裝造型。

這兩個航天服尺寸是一樣的,僅僅是換了個頭盔造型,視覺觀感就不一樣,左邊顯瘦一些。
總而言之,SpaceX新一代航天服確實也采用了一些新技術、新工藝,但全都是圍繞商業賣點來打造的,有值得學習的地方,但是不是“偉大”?我覺得未必。
航天事業之所以偉大,是因為它代表著人類的探索和冒險精神,它最終造福于人類這個整體,而不是僅服務于極其稀少的一小部分人。

為SpaceX歡呼喝彩沒什么問題,但是至少我也會想起蘇聯的列昂諾夫,釋放掉航天服空氣時的機智勇敢;想起美國的阿波羅十三號乘組經歷太空爆炸,駕駛殘破飛船返回的傳奇冒險;還有十六年前的今天,也就是2008年9月27日,我國航天員翟志剛在艙內火災報警響起時,準備犧牲自己,堅持完成出艙任務的故事。
雖然我很平凡,我很可能這輩子也上不了太空,但是人類群星閃耀時,激勵著我在平凡的工作中,找到自己的熱愛并奉獻一生。





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