各國艙外航天服知多少，一探究竟

航天員開展出艙活動，離不開艙外航天服的支持。作為目前世界上僅有的三個能夠獨立開展載人航天活動的國家，美國、俄羅斯、中國都擁有自主研製的艙外航天服。它們有怎樣的發展曆程？今天，我們一探究竟。

美國艙外航天服知多少

美國艙外航天服被稱為“出艙活動裝置”（Extravehicular Mobility Unit, 以下簡稱EMU) 。

EMU的初始設計需求並非一開始就是面向空間站出艙應用。在航天飛機時代，EMU的設計要求是保證滿足100次航天飛機任務、15年的使用壽命，每次飛行任務結束後，將EMU帶回地面，進行全面的檢查、維護和修理，供下次使用，屬於典型的地面基艙外服。

美國出艙活動裝置（EMU）外形圖

航天服穿脫方式包括背入式、腰入式、雙平面穿入式、軟穿入式、斜背入式、斜腰入式等，EMU整體採用腰部穿脫結構，頭盔在頸部可快速斷接，生命保障系統安裝固定於非氣密的背包內，與艙外航天服連接採用外掛方式。因此航天飛機時代EMU的軀幹、四肢等部組件進行了系列尺寸分型設計，針對每次任務的航天員在地面組裝，保證適體性。

但隨著國際空間站計劃的實施，為進一步適應國際空間站的出艙活動任務和航天飛機退役後的在軌維護，科研人員對壓力服系統進行了改進設計，經曆了十多年的時間，研發了軌道基的艙外航天服系統（Shuttle Enhanced EMU) ，重點開展了艙外航天服的可靠性、在軌維修性、延壽及微生物與汙染物控製等方面的改進設計。

EMU雖然在工作中積累了豐富的經驗，但是在使用壽命、在軌維修性、環境適應性等方面已不足以支撐未來深空探測等複雜的任務需求。因此，NASA 於21世紀初展開了新一代艙外航天服(Exploration Extravehicular Mobility Unit, XEMU) 的研發計劃。計劃的重要內容之一就是開發新一代的便攜式生保系統，並將其命名為xPLSS，以全面適應未來複雜多樣的任務需求，並在整體設計理念及關鍵單機技術上均體現出了長足的發展。

NASA自研的下一代艙外航天服（XEMU）在2019年發佈會上的展示

俄羅斯“海鷹”艙外航天服的前世今生

俄羅斯“海鷹”艙外航天服經曆了6次改進的曆程：“海鷹” -D、“海鷹” -DM、“海鷹” -DMA、 “海鷹”-M、“海鷹” -MK、“海鷹”-MKC。

國際空間站上使用的俄羅斯“海鷹”艙外航天服

上世紀60年代中期，為實現月球計劃，蘇聯的“星星”公司提出了新半硬式航天服設計方案，形成了最初的“海鷹”艙外航天服。半硬式艙外航天服的主要特點是硬金屬軀幹，其與頭盔和背包為一體，能夠通過背部開口實現快速穿脫。但遺憾的是該型號艙外航天服只做了相應地面試驗，並未實踐應用。

70年代後，蘇聯將登月計劃轉為“禮炮”號空間站飛行任務，飛行條件的變化改變了艙外航天服的使用要求。科研人員簡化了“海鷹”艙外航天服的褲腿設計，去掉了附加的髖關節，降低並簡化了熱屏蔽和真空屏蔽層的設計，並用單層遮陽面窗代替了雙層遮陽面窗，即形成了“海鷹”-D型艙外航天服。

“海鷹”-D型艙外航天服

隨著出艙任務的日趨複雜，科研人員於80年代中期設計了“海鷹”-DM型艙外航天服。其在“海鷹”-D艙外航天服基礎上增加了其中一層氣密層織物的強度，提高了上肢的活動性能；設計了氣動、液壓系統的聯合控製板，增加了壓力頭盔的防護外殼和工作台的照明燈等。經改進，“海鷹”-DM艙外航天服的可操作性和可靠性均被提高。

“和平”號空間站任務階段，航天員需要遠離氣閘艙長時間進行維修和裝配工作。80年代末，“星星”公司對“海鷹”-DM型艙外航天服進行了重大改進，研製出了具有獨立電源、無線電遙測與天線裝置的“海鷹”-DMA艙外航天服，實現了真正意義上的獨立式艙外航天服系統。

隨著空間技術向著國際化方向發展，“星星”公司對“海鷹”-DMA型艙外航天服做了重大改進，最終定型為“海鷹”-M艙外航天服。該航天服的背包入口抬高了60毫米，穿脫更容易，操作也更靈活。同時科研人員為其增加了軀幹的轉動功能。隨著國際空間站計劃的展開，1999年，科研人員對“海鷹”-M艙外航天服再次做出改進，縮短袖長、改進手套結構，更新了袖子與胸甲連接部分；擴大了軀幹長度調整範圍等，並研製了符合NASA設備的接口，提高了服裝的兼容性。

“海鷹”-M艙外航天服

2010年11月，“星星”公司將計算機應用到艙外航天服上，通過內置計算機控製環控生保的設置，簡化了航天員的操作，這也造就了“海鷹”-MK艙外航天服的問世。2015年，“星星”公司對“海鷹”系列艙外航天服進行了深度改進，並命名為“海鷹”-MKC型。其採用了自動溫度控製系統，可根據航天員的冷熱程度自動調節液冷服入口水溫，保證了出艙航天員的熱舒適性，並將艙外服的氣密層材料由橡膠材料改為聚氨酯材料，大大延長了艙外航天服的使用壽命。

“海鷹”-MK艙外航天服

我國艙外航天服的發展

神舟十七號航天員進行出艙活動

2004年7月，我國正式立項並啟動了艙外航天服的研製。神舟七號首次出艙任務的成功，標誌著我國基本掌握了艙外航天服系統的研發技術。

伴隨著我國空間站任務的進展，對出艙活動提出更高的要求，2012年，我國開始新一代“飛天”艙外航天服的研製，經曆了9年的設計驗證與改進，於2021年2月正式出廠，隨貨運飛船入軌，在空間站首次使用。

2021年2月7日，劉伯明進行艙外航天服操作訓練

與一代艙外航天服相比，新一代“飛天”艙外航天服通過材料篩選、結構構型與佈局設計優化、適體性設計優化、工藝優化、環境適應性與安全性設計等，保證了空間站艙外服的使用時間更長、安全可靠性更高機動靈活性更好、測試維修性更強。

2021年2月7日，湯洪波進行艙外航天服操作訓練

新一代“飛天”艙外航天服是典型的軌道基艙外服，能夠長時間在軌貯存、使用壽命長、可靠性要求高，可以滿足多乘組使用，並且航天員能夠在軌維護和檢查服裝，更換消耗品等，並製定了可行的在軌維護程序，解決了液冷回路循環水的長期貯存難題。

其穿脫方式為“背入式”，其採用了半硬式的擬人結構，且滿足“一對多”的適體性原則，即以一套服裝多人穿用，被動適體性與主動適體性相結合，兼顧個性與共性要求。上軀幹為硬結構，採用單一參數的固定結構，根據目標著服人群身體參數，包絡最大範圍；下軀幹與上肢採用主動適體性設計，根據航天員人群身體參數確定參數範圍，通過調節結構實現局部尺寸調節；手套同樣採用被動與主動適體性耦合設計，根據航天員人群手部參數分型，著服航天員可根據自身手部參數選配，同時手掌圍度可調，以獲得更好的操作性。