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飛天艙外航天服

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第二代飛天艙外太空衣
第二代飛天艙外太空衣,字體呈現相反是方便太空人使用鏡子觀察

飛天艙外太空衣,是中國為載人太空飛行工程出艙活動設計的艙外太空衣。該艙外太空衣為太空人在太空提供生命保障、安全防護和通信保障,是太空人出艙活動的主要裝備。[1]

2008年9月27日,在神舟七號任務中,太空人翟志剛穿著該太空衣,完成了中國首次空間出艙活動[2][3]。自2021年中國空間站的建設開始後,已有多名中國航天員穿著改進後的第二代飛天艙外太空衣完成了多次出艙活動。其中,2024年12月17日,神舟十九號乘組中的蔡旭哲宋令東穿著第二代飛天艙外太空衣執行的出艙活動,時長約9小時6分鐘[4],使得飛天艙外太空衣成為了人類單次太空出艙時長最長的太空衣。

歷史

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20世紀70年代,中國首次進行載人太空飛行嘗試,研製太空衣的嘗試以失敗告終,此後中國航天服研製停滯30多年[5]

2004年4月,中國和俄羅斯簽署了從俄羅斯「星辰」科研製造聯合體英語NPP Zvezda引進「海鷹」艙外太空衣的合作合同。俄方為中方研製生產了供飛行用的「海鷹」艙外太空衣3套,供低壓訓練用的艙外太空衣2套、供水槽訓練用的艙外太空衣4套,以及艙載對接系統4套,其中飛行用和低壓訓練用的太空衣的供電和通信等設備由中方配套研製[6]

研製過程

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飛天航天服壓力手套

2004年7月,中國為執行空間艙外活動任務,決定研製艙外太空衣[7]。由責任總設計師李潭秋中國航天員科研訓練中心領頭研製。

2005年3月,西安微電子技術研究所開始進行太空衣數管設備、生理信號放大器、報警信號放大器等設備研製生產任務[8]

2005年5月,鄭州航太電子技術有限公司開始進行太空衣電纜網研製生產。

2006年2月,太空衣軀幹殼體在運載火箭總裝廠開始研製生產[5]

2006年6月,太空衣第一套總裝產品完成[9]。同年9月30日,太空衣完成初樣設計評審,正式轉初樣階段。

2007年,艙外太空衣轉正樣研製。2007年底到2008年初,中國第一套艙外太空衣及各項配套產品陸續交付[5]

2008年4月,太空衣通過接口匹配聯試;同年5月和6月,模擬太空人穿著艙外太空衣兩次在低壓艙通過了人——服裝,人——飛船——服裝驗證試驗。

2008年6月,第一代艙外太空衣完成通過驗收。

設計

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第一代飛天艙外太空衣

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第一代飛天艙外太空衣

第一代「飛天」艙外太空衣質量為120公斤,高2公尺,配有1.30公尺高的生命保障系統背包,可支持至少4小時的艙外活動,能重複使用5次以上,價值3000多萬人民幣[10],具有供氧、溫控、二氧化碳吸收等環境控制、生命保障與安全防護功能,具備資訊採集傳輸、通信能力。太空衣採用整體擬人形態半硬式密封結構,即從腰部以上的軀幹是硬式結構,四肢為軟式結構,採用後背鉸鏈門式穿脫機構。太空衣從上到下依次是頭盔、上肢、軀幹、下肢、壓力手套、靴子,適應身高為165至175公分[11]

艙外太空衣頭盔面窗有4層,設計有兩層加壓結構,外面是防護層結構,鍍金濾光面窗起到視覺保障作用;頭盔設計有攝像頭,可拍攝太空人出艙操作;頭盔兩側各有一個照明燈,同時有洩露報警指示燈和語言報警。艙外太空衣整體從內到外分為6層,包括由防靜電棉布的舒適層、橡膠質地的備份氣密層、複合關節結構組成的主氣密層、滌綸面料的限制層、通過熱反射來實現隔熱的隔熱層、最外面的外防護層。軀幹達到7層,最厚的掛包有20層[10]

艙外太空衣軀幹殼體為鋁合金薄壁硬體結構,壁厚為1.5毫米,抗壓能力超過120千帕[12]。服裝的氣液控制台,可自動控制氣體液體流動,使太空人得到適宜的空氣和溫度。太空衣最外層的防護材料耐受正負100攝氏度以上的溫差變化;服裝攜帶的氧氣瓶,採用複合壓力,既保證安全又能帶儘可能多的氧氣[5]。太空衣溫度系統可以保證24-28攝氏度左右範圍。艙外太空衣在關節設計採用了「」結構,相比其他太空衣依靠擠壓變形的波紋結構,更加保證了關節靈活和密封性[9]

生命保障系統背包作為太空衣穿脫口的密封門,其殼體內安裝艙外太空衣生保設備,殼體下端安裝有掛包、備用氧瓶等。背包關閉通過拉緊鋼索和操作關閉手柄完成。壓力手套外層為纖維織物,有2層氣密,使用特殊隔熱橡膠材料,可耐受100℃高溫;為保持觸覺指尖部分採用1層氣密層[10]

第一代「飛天」艙外太空衣無動力裝置。艙外太空衣胸甲右下側伸出了兩根一長一短橘黃色安全繫繩,其內部有彈簧,最長可拉至3公尺,能夠承受一噸的拉力。繩的另一端是兩個掛鉤,可以在艙外活動時在軌道艙壁的扶手上固定。太空衣腰部左側有一根與飛船相連的8公尺長的「電臍帶」,可用於傳輸太空人生理參數,也可作為安全繫繩的備份[9]。穿脫時間在地面上可自行在2至3分鐘內穿脫。在太空中,從準備工作到完全穿好服裝,大約15個小時。

第二代飛天艙外太空衣

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第二代飛天艙外太空衣
第二代飛天艙外太空衣

改進後的飛天艙外太空衣在2021年7月4日的神舟十二號乘組首次出艙活動中第一次亮相。和初代相比,第二代飛天艙外太空衣的主要改進有:[13][14]

  • 適應身高由165-175公分擴展至160-180公分
  • 自主工作時間從四小時提高至八小時
  • 設計使用次數從兩年五次提高到三年十五次

艙外太空衣的軀幹外殼裝有電控台、氣液控制台、氣液組合插座、應急供氧管、電臍帶,其中電控台里有照明、數位管控、機械式壓力表等9個開關,漢語詞典大小的氣液控制台里集成了20多種閥門。全部設備採用數位訊號處理,顯示屏則採用最先進的有機發光顯示器技術,使顯示器更大、更薄、更省電、更能耐受高低溫,顯示色彩更艷麗。[15]

第二代飛天艙外服也是首次在考慮兩性需求的前提下進行設計,即專門設計了適合女性使用的版本。該版本對太空衣下肢進行了一些更適體性的版型優化,對關節對位機制進行了專門設計,能滿足適應體型瘦小的太空人的需求。編號為「C」的第三套配置在中國空間站的飛天艙外服即是這一版本。[16]

製作第二代飛天艙外太空衣的耗時很長,僅下肢限制層就需要260多個小時,頭盔面窗的製作需要經過47道工序,裝配一整套艙外太空衣則需要近四個月。[17]

任務

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神舟七號

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神舟七號任務使用了一套第一代飛天艙外太空衣和一套海鷹太空衣。2008年9月27日16時34分,太空人翟志剛首次穿著飛天艙外服,完成了中國首次出艙活動,並向安裝在艙外的攝影機揮手和揮動五星紅旗[18]。翟志剛其後取回艙外裝載的固體潤滑實驗試驗樣品,並開始太空漫步。16時58分,太空人成功完成艙外活動,返回軌道艙內,出艙活動持續時間25分23秒,「太空漫步」大約10分鐘[19]

天宮空間站

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先後共有三套第二代飛天艙外太空衣隨太空飛行器發射入軌,配置在天宮空間站,編號依次為A、B、C。為了在多名太空人同時使用飛天艙外服進行艙外活動時方便區分,這三套服裝配有標識色帶(艙外服A為「國旗紅」,艙外服B為「太空藍」,艙外服C為「國旗黃」)。艙外服A和B於2021年4月29日隨天和核心艙發射,自神舟十二號第一次出艙活動(總第1次)起開始使用;艙外服C則於2021年9月20日由天舟三號運送至天宮空間站,自神舟十三號第一次出艙活動(總第3次)起開始使用。[16]

2021年7月4日8時11分,神舟十二號乘組太空人劉伯明開啟天和核心艙節點艙出艙艙門,11時02分,太空人劉伯明、湯洪波身著新一代飛天艙外太空衣先後從天和核心艙節點艙出艙,完成在機械臂上安裝腳限位器和艙外工作檯[20],14時57分,經過約7小時的出艙活動,太空人劉伯明、湯洪波安全返回天和核心艙[21]

編號 出艙任務 開始時間

UTC+8

結束時間

UTC+8

時間長度 太空衣使用者
艙外太空衣A

(紅色飾帶)

艙外太空衣B

(藍色飾帶)

艙外太空衣C

(黃色飾帶)

1 神舟十二號

第1次

2021年7月4日

08:11

2021年7月4日

14:57

6小時46分鐘 中國 劉伯明 中國 湯洪波
2 神舟十二號

第2次

2021年8月20日

08:38

2021年8月20日

14:33

5小時55分鐘 中國 聶海勝 中國 劉伯明
3 神舟十三號

第1次

2021年11月7日

18:51

2021年11月8日

01:16

6小時25分鐘 中國 翟志剛 中國 王亞平
4 神舟十三號

第2次

2021年12月26日

18:44

2021年12月27日

00:55

6小時11分鐘 中國 翟志剛 中國 葉光富
5 神舟十四號

第1次

2022年9月1日

18:26

2022年9月2日

00:33

6小時7分鐘 中國 陳冬 中國 劉洋
6 神舟十四號

第2次

2022年9月17日

13:35

2022年9月17日

17:47

4小時12分鐘 中國 陳冬 中國 蔡旭哲
7 神舟十四號

第3次

2022年11月17日

11:16

2022年11月17日

16:50

5小時34分鐘 中國 陳冬 中國 蔡旭哲
8 神舟十五號

第1次

2023年2月9日

17:10

2023年2月10日

00:16

7小時6分鐘 中國 費俊龍 中國 張陸
9 神舟十五號

第2次

2023年2月28日 2023年2月28日 合計約20小時[22] 中國 費俊龍 中國 張陸
10 神舟十五號

第3次

2023年3月30日 2023年3月30日 中國 費俊龍 中國 張陸
11 神舟十五號

第4次

2023年4月15日 2023年4月15日 中國 費俊龍 中國 張陸
12 神舟十六號

第1次

2023年7月20日

13:45

2023年7月20日

21:40

7小時55分鐘 中國 景海鵬 中國 朱楊柱
13 神舟十七號

第1次

2023年12月21日

14:10

2023年12月21日

21:35

7小時25分鐘 中國 湯洪波 中國 唐勝傑
14 神舟十七號

第2次

2024年3月2日

05:40

2024年3月2日

13:32

7小時52分鐘 中國 湯洪波 中國 江新林
15 神舟十八號

第1次

2024年5月28日

10:35

2024年5月28日

18:58

8小時23分鐘 中國 葉光富 中國 李廣蘇
16 神舟十八號

第2次

2024年7月3日

16:19

2024年7月3日

22:51

6小時32分鐘 中國 葉光富 中國 李聰
17 神舟十九號

第1次

2024年12月17日

12:51

2024年12月17日

21:57

9小時6分鐘 中國 蔡旭哲 中國 宋令東
太空衣合計使用次數 13 15 6


軼事

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胡錦濤題寫的「飛天」字樣

飛天艙外太空衣右臂的「飛天」兩字是由時任中共中央總書記國家主席中央軍委主席胡錦濤題寫[23],「飛天」兩字下方繡有兩個敦煌的飛天美女,形象來自莫高窟壁畫飛天形象[24]

受限於返回艙返回重量,執行神舟七號任務的飛天艙外太空衣與海鷹艙外太空衣一同被丟棄在軌道艙內,隨軌道艙軌道衰減墜入大氣層燒毀[24]

圖集

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第一代飛天艙外太空衣

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第二代飛天艙外太空衣

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參見

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參考資料

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  1. ^ “飞天”舱外航天服的研制与试验. 中國載人航天工程官方網站. 2008-09-24 [2023-07-20]. (原始內容存檔於2023-07-20). 頁面存檔備份,存於網際網路檔案館
  2. ^ 神七航天员翟志刚实施中国首次出舱活动全过程. 中國新聞網. 2008-09-27 [2021-07-04]. (原始內容存檔於2021-07-09). 頁面存檔備份,存於網際網路檔案館
  3. ^ 王光耀:选择两种舱外服为验证国产服性能. 新浪. [2021-07-04]. (原始內容存檔於2021-07-09). 頁面存檔備份,存於網際網路檔案館
  4. ^ 9小时!神十九乘组刷新中国航天员单次出舱活动时长纪录. 新華網. 2024-12-18 [2024-12-18] (中文). 
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 5.3 中国第一套舱外航天服诞生记(组图). 搜狐新聞. 2008-09-26 [2021-07-04]. (原始內容存檔於2021-07-09). 頁面存檔備份,存於網際網路檔案館
  6. ^ 王兆耀:神七出舱活动俄专家提供了技术支持. 搜狐新聞. 2008-09-24 [2021-07-04]. (原始內容存檔於2021-07-09). 頁面存檔備份,存於網際網路檔案館
  7. ^ “飞天”舱外航天服诞生记. 中國青年報. [2021-07-04]. (原始內容存檔於2021-07-09). 頁面存檔備份,存於網際網路檔案館
  8. ^ 航天时代公司神舟七号载人航天飞行任务攻关纪实. [2021-07-04]. (原始內容存檔於2021-07-09). 頁面存檔備份,存於網際網路檔案館
  9. ^ 9.0 9.1 9.2 “飞天”航天服技术解密 设计灵感来自一只大虾. 搜狐網. [2021-07-04]. (原始內容存檔於2021-07-09). 頁面存檔備份,存於網際網路檔案館
  10. ^ 10.0 10.1 10.2 航天员的“护身符”专题(四)——出舱航天服“货比三家”. 中國宇航學會. [2021-07-04]. (原始內容存檔於2021-07-09). 頁面存檔備份,存於網際網路檔案館
  11. ^ “飞天”舱外航天服的性能指标与技术特点. 中國載人航天工程官方網站. 2008-09-24 [2023-07-20]. (原始內容存檔於2023-07-20). 頁面存檔備份,存於網際網路檔案館
  12. ^ 中国“飞天”航天服. 中國政府網. [2021-07-04]. (原始內容存檔於2021-07-11). 頁面存檔備份,存於網際網路檔案館
  13. ^ 解码舱外航天服!“飞天战袍”外部有这些机关按钮. 中國科技網. 2022-09-17 [2023-07-20]. (原始內容存檔於2023-07-20). 頁面存檔備份,存於網際網路檔案館
  14. ^ “国产神器”助力第二次出舱圆满成功 “飞天战袍”大揭秘!. 央視網. 2021-08-20 [2023-07-20]. (原始內容存檔於2023-07-20). 頁面存檔備份,存於網際網路檔案館
  15. ^ 龐之浩. 太空行走关键保障:揭秘中国新型“飞天”舱外服. 中央電視台. 北京日報. 2021-06-30 [2024-07-31]. (原始內容存檔於2024-07-31). 
  16. ^ 16.0 16.1 可通过颜色分辨航天员,我国新舱外航天服了解一下. 頁面存檔備份,存於網際網路檔案館
  17. ^ 李國利; 占康; 黎雲. 解码“飞天”舱外航天服——走近航天员中心研发与总装测试部服装车间. 新華網. 2021-07-04 [2023-07-20]. (原始內容存檔於2023-07-20). 頁面存檔備份,存於網際網路檔案館
  18. ^ 揭秘神七飞船:翟志刚进太空时轨道舱出现火警. 新浪軍事. [2021-07-04]. (原始內容存檔於2021-07-09). 頁面存檔備份,存於網際網路檔案館
  19. ^ 中国航天员翟志刚完成首次空间出舱活动. [2021-07-04]. (原始內容存檔於2021-07-11). 頁面存檔備份,存於網際網路檔案館
  20. ^ 神舟十二号乘组两名航天员已出舱. 新華網. [2021-07-04]. (原始內容存檔於2021-12-03). 頁面存檔備份,存於網際網路檔案館
  21. ^ 我国空间站阶段航天员首次出舱活动取得圆满成功. 新華網. [2021-07-04]. (原始內容存檔於2022-05-23). 頁面存檔備份,存於網際網路檔案館
  22. ^ 中國新聞社; 中國新聞社. 神舟十五号航天员乘组返回. 中國新聞社. 2023-06-04 [2023-06-04]. 原始內容存檔於2024-07-28 (中文(中國大陸)). 
  23. ^ 胡锦涛为我国舱外航天服题名“飞天”(图). [2021-07-04]. (原始內容存檔於2021-07-09). 頁面存檔備份,存於網際網路檔案館
  24. ^ 24.0 24.1 舱外服名字为胡锦涛题写 绣有飞天美女(图). [2021-07-04]. (原始內容存檔於2021-11-25). 頁面存檔備份,存於網際網路檔案館