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《流浪地球》火了，高分子材料——了解真正的
時(shí)間：2019-11-20 09:49
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來源：互聯(lián)網(wǎng)
《流浪地球》火了，高分子材料——了解真正的航天服！
國(guó)產(chǎn)科幻電影《流浪地球》，引爆賀歲檔，成為了春節(jié)期間的熱門話題。而有一樣裝備，在影片中發(fā)揮了巨大作用——那就是配備透明頭盔的防護(hù)服。無論是裝備外骨骼裝甲的軍方，在地表進(jìn)行運(yùn)輸作業(yè)的平民，還是太空中協(xié)助空間站引領(lǐng)地球“流浪 ”的領(lǐng)航員，無不穿著這一外觀上非常相似的服裝。不過，雖然所有的防護(hù)服都配備了一個(gè)像燈泡一樣的頭盔，他們的性能則各有不同。地表上行動(dòng)的人們，無論是平民還是軍人，所穿著的防護(hù)服主要是為了保護(hù)他們能夠在地表嚴(yán)苛氣候下行動(dòng)。而領(lǐng)航員的服裝則就是為了保護(hù)在太空環(huán)境下人類得以生存，適應(yīng)太空環(huán)境作業(yè)的航天服啦。影片中的航天服既符合目前宇航員航天服的質(zhì)感，同時(shí)還結(jié)合了未來的科技感。那么，真正的航天服又是由哪些材料組成的呢？為什么宇航員需要穿上這一身特制的航天服才能上天？一起來了解一下吧！
航天服（spacesuit）
航天服是保障航天員的生命活動(dòng)和工作能力的個(gè)人密閉裝備。是在飛行員密閉服的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多功能服裝，可防護(hù)空間的真空、高低溫、太陽輻射和微流星等環(huán)境因素對(duì)人體的危害。航天服能構(gòu)成適于宇航員生活的人體小氣候。在真空環(huán)境中，人體血液中含有的氮?dú)鈺?huì)變成氣體，使體積膨脹。如果人不穿加壓氣密的航天服，就會(huì)因體內(nèi)外的壓差懸殊而發(fā)生生命危險(xiǎn)。
它在結(jié)構(gòu)上分為6層：
①內(nèi)衣舒適層：宇航員在長(zhǎng)期飛行過程中不能洗換衣服，大量的皮脂、汗液等會(huì)污染內(nèi)衣，故選用質(zhì)地柔軟、吸濕性和透氣性良好的棉針織品制做。
②保暖層：在環(huán)境溫度變化范圍不大的情況下，保暖層用以保持舒適的溫度環(huán)境。選用 保暖性好、熱阻大、柔軟、重量輕的材料 ，如合成纖維絮片、羊毛和絲綿等。
③通風(fēng)服和水冷服（液冷服）：在宇航員體熱過高的情況下，通風(fēng)服和水冷服以不同的方式散發(fā)熱量。若人體產(chǎn)熱量超過 350大卡/小時(shí)（如在艙外活動(dòng)），通風(fēng)服便不能滿足散熱要求，這時(shí)即由水冷服降溫。通風(fēng)服和水冷服多采用 抗壓、耐用、柔軟的塑料管 制成，如聚氯乙烯管或尼龍膜 等。
④氣密限制層：在真空環(huán)境中，只有保持宇航員身體周圍有一定壓力時(shí)才能保證宇航員的生命安全。因此氣密層采用 氣密性好的涂氯丁尼龍膠布 等材料制成。限制層選用強(qiáng)度高、伸長(zhǎng)率低 的織物，一般用滌綸織物制成。由于加壓后活動(dòng)困難，各關(guān)節(jié)部位采用各種結(jié)構(gòu)形式：如網(wǎng)狀織物形式、波紋管式、桔瓣式等，配合氣密軸承轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)以改善其活動(dòng)性。
⑤隔熱層：也叫真空隔熱層。宇航員在艙外活動(dòng)時(shí)，隔熱層起過熱或過冷保護(hù)作用。它用 多層鍍鋁 的聚酰亞胺薄膜或聚酯薄膜 并在各層之間夾以無紡織布制成。各膜之間用網(wǎng)絡(luò)物隔開，貼在一起形成屏蔽。它有良好的隔熱和防輻射作用，艙外航天服必須有這層。
⑥外罩防護(hù)層：是宇航服最外的一層，要求防火、防熱輻射和防宇宙空間各種因素（微流星、宇宙線等）對(duì)人體的危害。這一層大部分用鍍鋁織物 制成。這個(gè)外套要求防磨損力強(qiáng)、耐高溫，除能防護(hù)內(nèi)部各層不受損壞外，還要注意到顏色，一般用白色或金黃色為好。
與宇航服配套的還有頭盔、手套、靴子等。
早期的航天服只能供航天員在飛船座艙內(nèi)使用，后研制出艙外用航天服。現(xiàn)代新型的艙外用航天服有液冷降溫結(jié)構(gòu)，可供航天員出艙活動(dòng)或登月考察。
艙外機(jī)動(dòng)套裝（EMU）
最為大眾熟知的艙外航天服可能要屬美國(guó)宇航局（NASA）的艙外機(jī)動(dòng)套裝（EMU ），這一航天服就像一個(gè)私人迷你宇宙飛船。
隨身生命維持系統(tǒng)（PLSS）
EMU有許多零件，在層層布料之外，還配備了包括氧氣罐的隨身生命維持系統(tǒng)（PLSS ），這一隨身生命維持系統(tǒng)像背包一樣穿著，為航天員提供了在太空行走中生存的必備品。PLSS擁有液冷設(shè)備，用于循環(huán)氧氣的風(fēng)扇和雙向無線電。隨身生命維持系統(tǒng)中的警示和警告系統(tǒng)能夠讓宇航員了解這件衣服狀態(tài)是否良好。該系統(tǒng)覆蓋有保護(hù)布層。
上軀干組件
航天服的上軀干組件包括上身玻璃纖維硬殼（HUT）和手臂組件。
上身玻璃纖維硬殼
上身玻璃纖維硬殼覆蓋胸部和背部。它是一種由玻璃纖維制成的背心，這一材料通常應(yīng)用于汽車及游泳池。顯示和控制模塊，以及隨身生命維持系統(tǒng)會(huì)鏈接在這一部分。這部分的一個(gè)重要功能是它可以連接排水和氧氣流管子。
手臂組件
手臂組件可根據(jù)宇航員提供不同尺寸。定徑環(huán)可以使手臂部件更長(zhǎng)或更短。
艙外活動(dòng)（EVA）手套
由于宇航員必須能夠在穿戴航天服的同時(shí)能使用和拾取物品，艙外活動(dòng)（EVA）手套用于保護(hù)宇航員免受太空環(huán)境的傷害，并設(shè)計(jì)為便于宇航員盡可能輕松地移動(dòng)他們的手指。由于手指位于身體的末端，這些手套在指尖有加熱器。通過軸承部件，手套能夠連接到套管，并允許手腕轉(zhuǎn)動(dòng)。
顯示和控制模塊
該模塊是艙外航天服的控制面板。模塊上有開關(guān)、控制器、儀表和電子顯示屏。宇航員可以從該模塊操作隨身生命維持系統(tǒng)。
喝水包
使用魔術(shù)貼將塑料喝水包固定在上身玻璃纖維硬殼的內(nèi)側(cè)。塑料袋內(nèi)帶有閥門的塑料管，可從袋子中伸出，管和閥門可以調(diào)整到靠近宇航員的嘴邊。宇航員可通過咬住閥門打開管子喝水，停止咬合即可關(guān)閉閥門。
下軀干組件
下軀干組件由航天服褲子，靴子和腰部下半部分組成。其中腰部軸承部件可以幫助宇航員移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。金屬體密封閉合將下軀干組件連接到堅(jiān)硬的上軀干組件上。下軀干組件有D形環(huán)以連接系繩，從而將宇航員鏈連接到飛船上，保護(hù)宇航員不會(huì)飄走。
頭盔
除了覆蓋宇航員的頭部，頭盔還有一個(gè)通風(fēng)墊。該墊將氧氣從隨身生命維持系統(tǒng)和上身玻璃纖維硬殼引導(dǎo)至頭盔的前部。頭盔使氧氣保持在頭部周圍，并維持穩(wěn)定的氣壓下。頭盔的主要部分是透明的塑料泡沫。
氣泡型的頭盔覆蓋了艙外遮陽板組件，遮陽板上涂有一層薄薄的金，可以過濾掉太陽的有害射線。遮陽板還可以保護(hù)宇航員免受極端溫度和可能存在潛在撞擊危險(xiǎn)的小物體危害。
頭盔上可安裝電視攝像頭和燈。
通信頭戴
通信頭戴起到對(duì)講機(jī)的作用。提供宇航員穿著壓力服時(shí)，在飛船發(fā)射、軌道壓力應(yīng)急和返回過程中的通話。同時(shí)，具有很好的保護(hù)宇航員聽覺器官免受噪聲危害的功能。通信頭戴裝置由防噪聲耳罩、堅(jiān)固耐用的送話器、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的通信帽套以及保證可聽聲壓級(jí)的語音放大器組成。
液冷通風(fēng)服
大多數(shù)長(zhǎng)內(nèi)衣主要是用于保暖，而這款液冷通風(fēng)內(nèi)衣讓宇航員在太空漫步時(shí)保持涼爽。它由彈性氨綸材料制成，配備91.5米的窄管。通過將水泵入宇航員皮膚附近的管道，使冷卻水在機(jī)組人員的整個(gè)身體周圍循環(huán)，從而消除宇航員運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的額外熱量。服裝上的通風(fēng)口從宇航員身上抽出汗水，這些汗水在水冷系統(tǒng)中循環(huán)使用。此外，通過手腕和腳踝處吸入氧氣，以幫助氧氣在航天服內(nèi)循環(huán)。
成人尿布（最大吸收量）
因?yàn)榕撏庑袆?dòng)通常持續(xù)超過六個(gè)小時(shí)，宇航員需要穿著成人尿布，在他們的航天服下面有額外的吸收材料。
艙外活動(dòng)簡(jiǎn)便救援裝置（SAFER）
艙外活動(dòng)簡(jiǎn)便救援裝置（SAFER）就像一件救生衣。在空間站工作的宇航員都會(huì)穿著SAFER 。宇航員通常通過系繩連接到空間站。如果一名宇航員漂向太空，SAFER將幫助他/她飛回空間站。 SAFER像背包一樣穿著。它使用小型氮?dú)鈬娚渫七M(jìn)器讓宇航員在太空中移動(dòng)。宇航員可以用一個(gè)小操縱桿控制SAFER。
腕鏡
穿著航天服時(shí)，宇航員無法看到顯示和控制模塊的正面。為了看到控制器，宇航員在袖子上佩戴一個(gè)腕鏡，用于查看模塊正面的設(shè)置。
航天服分層材料
NASA現(xiàn)有的艙外航天服有14 層材料，近130公斤重，以保護(hù)宇航員在太空行走。液冷通風(fēng)服構(gòu)成前3層。第4 層是 囊層，它為身體創(chuàng)造了適當(dāng)?shù)膲毫Γ嬖谟诤粑鯕庵小５? 層使用 與野營(yíng)帳篷相同的材料制成 ，使囊層保持在宇航員身體周圍的正確形狀。第6 層是防撕裂襯里的 抗撕裂層。接下來的7層是 聚酯薄膜絕緣層 ，使得航天服就像熱水瓶一樣。這些層可以防止溫度在內(nèi)部變化。它們還可以保護(hù)宇航員免受在空間飛行的小型高速物體的傷害。航天服最外層由3種織物的混合物制成，分別具有 防水、防彈、防火特性。
袖口清單
袖口清單佩戴在宇航員的手腕上，宇航員會(huì)在太空漫步時(shí)穿上他們將要完成的任務(wù)的簡(jiǎn)短清單。
安全系繩
安全系繩的一端連接著宇航員。另一端連接到飛船。安全系繩使宇航員不會(huì)漂進(jìn)太空。隨著政府機(jī)構(gòu)和私人公司繼續(xù)推進(jìn)太空旅行的界限，高分子材料將繼續(xù)使人類在空間深度上邁出新的臺(tái)階。蘇州鉅衍塑化貿(mào)易有限公司
國(guó)產(chǎn)科幻電影《流浪地球》，引爆賀歲檔，成為了春節(jié)期間的熱門話題。而有一樣裝備，在影片中發(fā)揮了巨大作用——那就是配備透明頭盔的防護(hù)服。無論是裝備外骨骼裝甲的軍方，在地表進(jìn)行運(yùn)輸作業(yè)的平民，還是太空中協(xié)助空間站引領(lǐng)地球“流浪 ”的領(lǐng)航員，無不穿著這一外觀上非常相似的服裝。不過，雖然所有的防護(hù)服都配備了一個(gè)像燈泡一樣的頭盔，他們的性能則各有不同。地表上行動(dòng)的人們，無論是平民還是軍人，所穿著的防護(hù)服主要是為了保護(hù)他們能夠在地表嚴(yán)苛氣候下行動(dòng)。而領(lǐng)航員的服裝則就是為了保護(hù)在太空環(huán)境下人類得以生存，適應(yīng)太空環(huán)境作業(yè)的航天服啦。影片中的航天服既符合目前宇航員航天服的質(zhì)感，同時(shí)還結(jié)合了未來的科技感。那么，真正的航天服又是由哪些材料組成的呢？為什么宇航員需要穿上這一身特制的航天服才能上天？一起來了解一下吧！
航天服（spacesuit）
航天服是保障航天員的生命活動(dòng)和工作能力的個(gè)人密閉裝備。是在飛行員密閉服的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多功能服裝，可防護(hù)空間的真空、高低溫、太陽輻射和微流星等環(huán)境因素對(duì)人體的危害。航天服能構(gòu)成適于宇航員生活的人體小氣候。在真空環(huán)境中，人體血液中含有的氮?dú)鈺?huì)變成氣體，使體積膨脹。如果人不穿加壓氣密的航天服，就會(huì)因體內(nèi)外的壓差懸殊而發(fā)生生命危險(xiǎn)。
它在結(jié)構(gòu)上分為6層：
①內(nèi)衣舒適層：宇航員在長(zhǎng)期飛行過程中不能洗換衣服，大量的皮脂、汗液等會(huì)污染內(nèi)衣，故選用質(zhì)地柔軟、吸濕性和透氣性良好的棉針織品制做。
②保暖層：在環(huán)境溫度變化范圍不大的情況下，保暖層用以保持舒適的溫度環(huán)境。選用 保暖性好、熱阻大、柔軟、重量輕的材料 ，如合成纖維絮片、羊毛和絲綿等。
③通風(fēng)服和水冷服（液冷服）：在宇航員體熱過高的情況下，通風(fēng)服和水冷服以不同的方式散發(fā)熱量。若人體產(chǎn)熱量超過 350大卡/小時(shí)（如在艙外活動(dòng)），通風(fēng)服便不能滿足散熱要求，這時(shí)即由水冷服降溫。通風(fēng)服和水冷服多采用 抗壓、耐用、柔軟的塑料管 制成，如聚氯乙烯管或尼龍膜 等。
④氣密限制層：在真空環(huán)境中，只有保持宇航員身體周圍有一定壓力時(shí)才能保證宇航員的生命安全。因此氣密層采用 氣密性好的涂氯丁尼龍膠布 等材料制成。限制層選用強(qiáng)度高、伸長(zhǎng)率低 的織物，一般用滌綸織物制成。由于加壓后活動(dòng)困難，各關(guān)節(jié)部位采用各種結(jié)構(gòu)形式：如網(wǎng)狀織物形式、波紋管式、桔瓣式等，配合氣密軸承轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)以改善其活動(dòng)性。
⑤隔熱層：也叫真空隔熱層。宇航員在艙外活動(dòng)時(shí)，隔熱層起過熱或過冷保護(hù)作用。它用 多層鍍鋁 的聚酰亞胺薄膜或聚酯薄膜 并在各層之間夾以無紡織布制成。各膜之間用網(wǎng)絡(luò)物隔開，貼在一起形成屏蔽。它有良好的隔熱和防輻射作用，艙外航天服必須有這層。
⑥外罩防護(hù)層：是宇航服最外的一層，要求防火、防熱輻射和防宇宙空間各種因素（微流星、宇宙線等）對(duì)人體的危害。這一層大部分用鍍鋁織物 制成。這個(gè)外套要求防磨損力強(qiáng)、耐高溫，除能防護(hù)內(nèi)部各層不受損壞外，還要注意到顏色，一般用白色或金黃色為好。
與宇航服配套的還有頭盔、手套、靴子等。
早期的航天服只能供航天員在飛船座艙內(nèi)使用，后研制出艙外用航天服。現(xiàn)代新型的艙外用航天服有液冷降溫結(jié)構(gòu)，可供航天員出艙活動(dòng)或登月考察。
艙外機(jī)動(dòng)套裝（EMU）
最為大眾熟知的艙外航天服可能要屬美國(guó)宇航局（NASA）的艙外機(jī)動(dòng)套裝（EMU ），這一航天服就像一個(gè)私人迷你宇宙飛船。
隨身生命維持系統(tǒng)（PLSS）
EMU有許多零件，在層層布料之外，還配備了包括氧氣罐的隨身生命維持系統(tǒng)（PLSS ），這一隨身生命維持系統(tǒng)像背包一樣穿著，為航天員提供了在太空行走中生存的必備品。PLSS擁有液冷設(shè)備，用于循環(huán)氧氣的風(fēng)扇和雙向無線電。隨身生命維持系統(tǒng)中的警示和警告系統(tǒng)能夠讓宇航員了解這件衣服狀態(tài)是否良好。該系統(tǒng)覆蓋有保護(hù)布層。
上軀干組件
航天服的上軀干組件包括上身玻璃纖維硬殼（HUT）和手臂組件。
上身玻璃纖維硬殼
上身玻璃纖維硬殼覆蓋胸部和背部。它是一種由玻璃纖維制成的背心，這一材料通常應(yīng)用于汽車及游泳池。顯示和控制模塊，以及隨身生命維持系統(tǒng)會(huì)鏈接在這一部分。這部分的一個(gè)重要功能是它可以連接排水和氧氣流管子。
手臂組件
手臂組件可根據(jù)宇航員提供不同尺寸。定徑環(huán)可以使手臂部件更長(zhǎng)或更短。
艙外活動(dòng)（EVA）手套
由于宇航員必須能夠在穿戴航天服的同時(shí)能使用和拾取物品，艙外活動(dòng)（EVA）手套用于保護(hù)宇航員免受太空環(huán)境的傷害，并設(shè)計(jì)為便于宇航員盡可能輕松地移動(dòng)他們的手指。由于手指位于身體的末端，這些手套在指尖有加熱器。通過軸承部件，手套能夠連接到套管，并允許手腕轉(zhuǎn)動(dòng)。
顯示和控制模塊
該模塊是艙外航天服的控制面板。模塊上有開關(guān)、控制器、儀表和電子顯示屏。宇航員可以從該模塊操作隨身生命維持系統(tǒng)。
喝水包
使用魔術(shù)貼將塑料喝水包固定在上身玻璃纖維硬殼的內(nèi)側(cè)。塑料袋內(nèi)帶有閥門的塑料管，可從袋子中伸出，管和閥門可以調(diào)整到靠近宇航員的嘴邊。宇航員可通過咬住閥門打開管子喝水，停止咬合即可關(guān)閉閥門。
下軀干組件
下軀干組件由航天服褲子，靴子和腰部下半部分組成。其中腰部軸承部件可以幫助宇航員移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。金屬體密封閉合將下軀干組件連接到堅(jiān)硬的上軀干組件上。下軀干組件有D形環(huán)以連接系繩，從而將宇航員鏈連接到飛船上，保護(hù)宇航員不會(huì)飄走。
頭盔
除了覆蓋宇航員的頭部，頭盔還有一個(gè)通風(fēng)墊。該墊將氧氣從隨身生命維持系統(tǒng)和上身玻璃纖維硬殼引導(dǎo)至頭盔的前部。頭盔使氧氣保持在頭部周圍，并維持穩(wěn)定的氣壓下。頭盔的主要部分是透明的塑料泡沫。
氣泡型的頭盔覆蓋了艙外遮陽板組件，遮陽板上涂有一層薄薄的金，可以過濾掉太陽的有害射線。遮陽板還可以保護(hù)宇航員免受極端溫度和可能存在潛在撞擊危險(xiǎn)的小物體危害。
頭盔上可安裝電視攝像頭和燈。
通信頭戴
通信頭戴起到對(duì)講機(jī)的作用。提供宇航員穿著壓力服時(shí)，在飛船發(fā)射、軌道壓力應(yīng)急和返回過程中的通話。同時(shí)，具有很好的保護(hù)宇航員聽覺器官免受噪聲危害的功能。通信頭戴裝置由防噪聲耳罩、堅(jiān)固耐用的送話器、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的通信帽套以及保證可聽聲壓級(jí)的語音放大器組成。
液冷通風(fēng)服
大多數(shù)長(zhǎng)內(nèi)衣主要是用于保暖，而這款液冷通風(fēng)內(nèi)衣讓宇航員在太空漫步時(shí)保持涼爽。它由彈性氨綸材料制成，配備91.5米的窄管。通過將水泵入宇航員皮膚附近的管道，使冷卻水在機(jī)組人員的整個(gè)身體周圍循環(huán)，從而消除宇航員運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的額外熱量。服裝上的通風(fēng)口從宇航員身上抽出汗水，這些汗水在水冷系統(tǒng)中循環(huán)使用。此外，通過手腕和腳踝處吸入氧氣，以幫助氧氣在航天服內(nèi)循環(huán)。
成人尿布（最大吸收量）
因?yàn)榕撏庑袆?dòng)通常持續(xù)超過六個(gè)小時(shí)，宇航員需要穿著成人尿布，在他們的航天服下面有額外的吸收材料。
艙外活動(dòng)簡(jiǎn)便救援裝置（SAFER）
艙外活動(dòng)簡(jiǎn)便救援裝置（SAFER）就像一件救生衣。在空間站工作的宇航員都會(huì)穿著SAFER 。宇航員通常通過系繩連接到空間站。如果一名宇航員漂向太空，SAFER將幫助他/她飛回空間站。 SAFER像背包一樣穿著。它使用小型氮?dú)鈬娚渫七M(jìn)器讓宇航員在太空中移動(dòng)。宇航員可以用一個(gè)小操縱桿控制SAFER。
腕鏡
穿著航天服時(shí)，宇航員無法看到顯示和控制模塊的正面。為了看到控制器，宇航員在袖子上佩戴一個(gè)腕鏡，用于查看模塊正面的設(shè)置。
航天服分層材料
NASA現(xiàn)有的艙外航天服有14 層材料，近130公斤重，以保護(hù)宇航員在太空行走。液冷通風(fēng)服構(gòu)成前3層。第4 層是 囊層，它為身體創(chuàng)造了適當(dāng)?shù)膲毫Γ嬖谟诤粑鯕庵小５? 層使用 與野營(yíng)帳篷相同的材料制成 ，使囊層保持在宇航員身體周圍的正確形狀。第6 層是防撕裂襯里的 抗撕裂層。接下來的7層是 聚酯薄膜絕緣層 ，使得航天服就像熱水瓶一樣。這些層可以防止溫度在內(nèi)部變化。它們還可以保護(hù)宇航員免受在空間飛行的小型高速物體的傷害。航天服最外層由3種織物的混合物制成，分別具有 防水、防彈、防火特性。
袖口清單
袖口清單佩戴在宇航員的手腕上，宇航員會(huì)在太空漫步時(shí)穿上他們將要完成的任務(wù)的簡(jiǎn)短清單。
安全系繩
安全系繩的一端連接著宇航員。另一端連接到飛船。安全系繩使宇航員不會(huì)漂進(jìn)太空。隨著政府機(jī)構(gòu)和私人公司繼續(xù)推進(jìn)太空旅行的界限，高分子材料將繼續(xù)使人類在空間深度上邁出新的臺(tái)階。蘇州鉅衍塑化貿(mào)易有限公司
