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日本纳米衣有望终结航天服时代

据国外媒体报道,日本科学家利用电子轰击为果蝇幼虫研制了一套“纳米衣”,能够保护幼虫免遭类似太空的真空暴露影响。如果没有这套衣服,幼虫在短短几分钟内便走向死亡。这种纳米衣的问世有望终结人类航天服时代。

纳米衣由日本滨松医科大学的科学家研制。根据他们的研究发现,通过电子轰击形成的纳米衣能够保护果蝇幼虫,让它们在类似太空的环境下存活。《科学》杂志报道称,纳米衣能够起到微型航天服的作用,如果通过“电子浴”的方式使用,这种纳米衣将最终应用于人类宇航员。

研究过程中,日本科学家将一只果蝇幼虫放到扫描电子显微镜下面,使用电子对其进行轰击。这只幼虫在遭受电子轰击后存活,发育成一只健康的果蝇。

随后,他们又将另一只幼虫放在同一台扫描电子显微镜下面,但并没有对其进行电子轰击。结果,这只幼虫很快死于脱水。正如所预测的那样,真空抽空了它体内的水。

科学家对昆虫皮肤进行研究后发现,电子轰击改变了覆盖幼虫皮肤的薄膜,导致分子聚集在一起,形成一个允许其移动的柔性层,也就是所谓的“纳米衣”。这个柔性层非常坚固,能够防止脱水情况发生。

绝大多数昆虫并不拥有能够转换成纳米衣的层,为此,科学家决定打造一个人造版。研究中,他们将蚊子幼虫放入吐温20溶液中,而后给它们覆盖上一层等离子体(吐温20是一种没有毒性的化学物质),这种做法导致吐温20形成一个纳米衣,与果蝇幼虫天然形成的纳米衣类似。

美国宇航局埃姆斯研究中心(位于加利福尼亚州莫菲特场)的天体生物学家林恩罗斯查尔德表示,纳米衣能够允许动物甚至人类在极端的太空环境下存活。

研究人员认为这项技术将最终允许宇航员摆脱传统航天服。借助于独立的供养系统和环境控制系统,纳米衣能够保护他们经受住外太空的恶劣环境考验,例如真空和极端温度。

航天服的结构

航天过程中保护宇航员生命安全的个人防护救生装备,又称宇宙服或航天服。宇航服能构成适于宇航员生活的人体小气候。它在结构上分为6层:

1、内衣舒适层:宇航员在长期飞行过程中不能洗换衣服,大量的皮脂、汗液等会污染内衣,故选用质地柔软、吸湿性和透气性良好的棉针织品制做。

2、保暖层:在环境温度变化范围不大的情况下,保暖层用以保持舒适的温度环境。选用保暖性好、热阻大、柔软、重量轻的材料,如合成纤维絮片、羊毛和丝绵等。

3、通风服和水冷服(液冷服):在宇航员体热过高的情况下,通风服和水冷服以不同的方式散发热量。若人体产热量超过350大卡/小时(如在舱外活动),通风服便不能满足散热要求,这时即由水冷服降温。通风服和水冷服多采用抗压、耐用、柔软的塑料管制成,如聚氯乙烯管或尼龙膜等。

4、气密限制层:在真空环境中,只有保持宇航员身体周围有一定压力时才能保证宇航员的生命安全。因此气密层采用气密性好的涂氯丁尼龙胶布等材料制成。

限制层选用强度高、伸长率低的织物,一般用涤纶织物制成。由于加压后活动困难,各关节部位采用各种结构形式:如网状织物形式、波纹管式、桔瓣式等,配合气密轴承转动结构以改善其活动性。

5、隔热层:宇航员在舱外活动时,隔热层起过热或过冷保护作用。它用多层镀铝的聚酰亚胺薄膜或聚酯薄膜并在各层之间夹以无纺织布制成。

6、外罩防护层:是宇航服最外的一层,要求防火、防热辐射和防宇宙空间各种因素(微流星、宇宙线等)对人体的危害。这一层大部分用镀铝织物制成。与宇航服配套的还有头盔、手套、靴子等。

nasa发布新宇航服 设计酷似卡通形象巴斯光年

据国外媒体报道,美国国家航空航天局近日发布了新一代宇航服z-1。新款宇航服以白色、绿色为主色调,带有巨大的半球形透明圆顶设计。对于卡通经典《玩具总动员》的爱好者来说,应该十分熟悉,因为这与动画片中主人公巴斯光年的着装十分相似。

新宇航服中设计的一个亮点就是它背后的开口扩大了,能够方便宇航员更轻松地进入。安装在关节处的轴承可以给宇航员以全所未有的灵活性体验。

而新宇航服的聚氨酯涂层尼龙和聚酯层会有效地控制压力,对腿部、脚踝、臀部和腰部有更好的保护,免去了调压花费的时间。

当宇航员从太空中回到航天飞机或者空间站时,背后的开口还可以被当作是气闸,这样当宇航员完全进入舱室,背后的开口就刚好卡在了入口处。此外,新装备也在制冷和脱二氧化碳技术上也有所突破。

美国国家航空航天局工程师凯特米切尔表示,新宇航服是出舱活动的“软装备”的代表,这个“软”主要表现在宇航服的材料上。新宇航服只是新系列产品中的一个,它也作为试验品,来测试各种有望推进航天事业的新科技。

据悉,z-1宇航服开发中得到的经验还将被纳入下一代z-2的设计中。目前,nasa的工程师还不知道新宇航服将会在怎样的任务中首先派上用场,这也意味着它必须做好一切准备。

航天服功能完备如同小飞船

舱外航天服的气压调节是关键,不能出现一丝漏气,否则将危及航天员的生命。庞之浩,即使俄美在实现太空行走40多年后的今天,他们的舱外航天服仍时常出现问题。

美国航天员塞尔南一次执行太空行走任务,用力过猛,导致舱外航天服的背部外层破裂,他的后背很快就被强烈的太阳光灼伤。最后,塞尔南不得不在另一名航天员的帮助下才得以返回舱内。

2007年,美国“奋进”号航天飞机的两名航天员在舱外作业,其中一人发现自己左手手套出现一个小洞。虽然没有穿透到里层,但地面人员还是要求他返回密闭舱。这名航天员不得不提前两小时结束他的太空行走。

一位航天专家表示,在神舟七号需要攻克的难关中,“舱外航天服是最难的一个,它的研制进度决定了发射时间”。中国载人航天工程新闻发言人说,中国自主研制的舱外航天服已经过专家严格评审,各项技术指标完全满足神舟七号飞行任务需要。这位发言人还透露,舱外航天服每套总重量约120公斤,造价3000万元人民币左右。

据了解,尽管中国自主研制的舱外航天服已通过评审,但为了航天员的安全,仍向俄罗斯购买了一套舱外航天服。最终选哪套出舱,还要根据最后性能对比的结果决定。如不出意外,神舟七号航天员将穿着“中国制造”的航天服出舱,完成具有历史意义的太空行走。

根据航天员出舱时是否系带,太空行走可分为“脐带”式和“自主”式两种。“脐带”式行走是用一条系带把航天员与航天器像婴儿与母体一样连接起来,航天员在舱外活动时所需的氧气、压力、电源和通讯等生命保障系统都由这条“脐带”提供。

这种方式简单、安全,技术容易实现,但缺点是受“脐带”长度的限制,航天员只能在航天器附近活动,太远容易出现“脐带”缠绕,使航天员像婴儿一样窒息死亡。

苏联在太空行走第一人列昂诺夫出舱以后,美国从“阿波罗”飞行开始,航天员在太空行走时都不再使用“脐带”式,而采用“自主”式,即航天员在太空行走时使用一种外形像一个大背包的便携式生命保障系统。

1984年,美国航天员布鲁斯麦克坎德利斯二世背着喷气式发动机,完全脱离“挑战者”号航天飞机进入太空。麦克坎德利斯二世背上的喷气式发动机看上去更像是一把椅子,也有人称它为“太空摩托”。它属于载人机动装置,能够为航天员移动提供动力,并可控制移动的方向和速度。

“自主”式行扩大了航天员的活动半径,使他们可以到远离航天器100米的空间活动。但这也增加了危险,一旦发生事故,航天员可能就再也回不来。

据了解,神舟七号航天员将采用“自主”式太空行走,不需要“脐带”为航天员提供保障。但为了安全,仍会在航天员与飞船之间系一根安全绳。


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