舱外航天服实时遥测监督专家系统的研制

引言 NASA航天飞机舱外航天服（EMU）是一个独立的系统，它在出舱活动期间为航天员提供环境保护、机动性、生命保障和通信。EMU为一个综合体，由舱外航天服组件（SSA）和生命保障系统（LSS）共同组成。它所提供的消耗品最多可满足7h出舱活动的要求。SSA是EMU中的加压服。LLS主要由背包系统组成，它包括基本生命保障系统（PLSS）和一个备用氧气包（SOP）。     

设计月球和火星任务用的智能航天服

“阿波罗”计划航天员在月面14次舱外活动（EVA）中得到了监测其安全及健康的地面保障大军的真正支持。倘若对EVA的后勤、距离以及次数都是预测好的,那这对于未来在月球和火星上的EVA可是不可能的。未来的航天服必须非常智能化而不再依赖地面保障。下一代航天服可使用本文描述的两套软件系统来实现这个目标：LEGACI（生命保障,测定导引算法和消耗品询问应答机）和VIOLET（生命保障和探究跟踪语音启动执行机构）。这些虚拟指南利用一套生物传感器和舱外航天服内的通信设备、电子设备、信息学软件一起传送的实时数据,提供EVA现状、生命保障消耗品、生理特性和安全情况的即时信息。此系统正在美国航空航天局约翰逊航天中心正在实施的整套航天服测试计划中接受评估。本研究提供的是这次系列测试的数据和结果。     

适于先进航天服扩展性能测试的中性浮力技术

介绍 航天服设计是一个不断发展的领域，其目的是进一步提高航天员在太空或行星表面上的工作能力。随着与国际空间站（ISS）有关的舱外活动（EVA）大量增加，为改进美国航天飞机舱外活动装备（EMU）和俄罗斯“奥兰”航天服提供了一个持续不断的推动力。同样，火星载人飞行和重返月球任务提供了研发先进航天服系统的契机。     

一种混合弹性EVA手套的评估

本文阐述了对4000系列美国舱外航天服（EMU）手套和实验中混合弹性航天服手套的评估和比较。由于今后几年在国际空间站（ISS）建造和维护过程中日益增加的舱外活动（EVA），要求手套具有很高的灵巧性和活动性并能最大程度地减小航天员的手部疲劳。手套的设计通常被认为是航天服中最复杂、要求最苛刻的部分，大量报道已证实，上加压手套会引起性能和抓握力损失。更加灵巧的手套要求更低的代谢量，这种发展是今后主要的探索目标。     

美、俄舱外活动吸氧排氮方案

减压病（DCS）是环境压力降低的结果，被认为是由于溶解到人体组织和血液中的气体（尤其是氮气）形成气泡并不断增多造成的。在当前的航天计划中，为了达到在舱外空间作业中的最大关节灵活度和最低疲劳度，乘员在舱外活动（EVA）时所穿的舱外航天服（EMU）的压力要低于飞船舱内的压力，这就使得在舱外活动期间存在着DCS的危险。舱外活动中肌肉与骨骼疼痛可影响作业任务的操作，而症状严重则可危及整个飞行任务的安全。因此，防止乘员发生DCS是舱外活动医学保障中的一项非常实际和重要的工作。目前，防止减压病的方法是吸氧排氮，由于压力制度的不同，美国和俄罗斯的吸氧排氮方法各有特色。     

EVA物体操作技能的特性

通过考察舱外活动（EVA）工作群体的经验教训，本文确诊了熟练进行物体操作的关键属性，并将这些特性转化成可测量的量。我们建告了一个设备，使得精确气浮轴承地析上的舱外机动装置（EMU）的运动自由度（DOF）增大，提高了地面研究对于实际操作的有效性。结果发表了轨道更换单元（ORU）模型与物体操作者之间相互作用的敏感模式，这对在轨道上的高效工作是很重要的。本研究还证实，即使在不十分完善的观测条件下，用各种普通食品也能测量这些模式。     

航天飞机舱外活动期间的能量利用率

舱外活动期间的工作速率或能量利用率是衡量生保系统的主要因素，同时它也可用来估量EVA的难易程度以及乘员肌肉中能量的消耗。从1983年STS-6任务的第一次出舱，我们已经执行了59人次EVA，共计341人时。在每次EVA中对能量利用率都要进行测量。每次EVA的代谢率通过氧气的利用量进行测量，该数据经过航天服泄露的修正。1981～1987年，EVA全程或EVA大半程的平均数据均可获得。自1987年以来，在EVA活动中每隔2min测量1次EVA的氧气利用量。航天飞机的平均代谢率为194kcal／h，这比“阿波罗”和天空实验室任务期间的代谢率要低很多。峰值率低丁设计水平，在任务期间很少达到，时间也很短。这说明任务中的能量消耗和训练程度成反比。     

舱外活动系统述评

舱外活动（EVA）系统可分为3部分：1）航天员装备系统,包括舱外航天服（EVA航天服）、安全系绳和机动装置;2）空间支持系统,包括气闸、约束装置、EVA工具、在轨训练设施、遥控自动操作装置,以及表面运输工具;3）地面试验、训练与保障系统,包括减重／失重设施、热／真空试验舱、虚拟现实模拟系统、星体表面模拟场地,以及任务保障设施。文章阐述EVA系统的组成与功能,评述EVA技术现状及发展趋势。     

未来航天服上躯干结构的系统考虑

NASA2005年公布了探索规划，计划2014年前完成乘员探索飞行器（CEV）的开发和实际飞行，于2020年返回月球，而后则逐步抵达和探索火星。舱内活动（IVA）航天服系统需要在发射入轨和任务中止的情况下为乘组提供舒适的防护功能。舱外活动（EVA）航天服系统将需要提供从CEV进行可能的零重力EVA和探索月球及火星的登陆EVA。当前正在研究一种两类航天服体系结构的定义，即IVA和EVA航天服，IVA航天服用于CEV发射、再入和应急EVA，EVA航天服则仅为月球表面灵活航天服。一个重要的考虑事项是早期CEV和随后登月航天服之间的通用性水平．其中一个概念是航天服上躯干构造的最大通用性。 上躯干是航天服的基础。上躯干支撑了生命保障系统、显示和控制系统、头盔安装，提供穿脱口、肩部和腰部灵活性关节结构。因此上躯干结构对生命保障构造、穿脱能力、质量和体积、航天服尺寸和航天服性能（特别是视野、灵活性、舒适性）具有重要影响。需要最先考虑的是上躯干材料．历史上，硬上躯干（HUT）是由铝或复合材料制成，软上躯干（SUT）是由双层（涂胶和非涂胶）织物构成的。结构方案包括腰入式、背入式和拉链锁闭式．上躯干结构是早期CEV和后期登月探索航天服系统定义的关键推动因素． 本文提供了对可能的“星座计划”需求、现有上躯干结构和候选材料的评估．本文还讨论了为了满足计划目的，当前ILC Dover正在开发的I-Suit软织物上躯干．通过比较研究评估建议软织物上躯干与“星座计划”航天服相同，能够为满足计划目的提供最佳性能保障．     

MX-2中性浮力模拟航天服的系统概况和使用

美国马里兰州大学航天系统实验室已研发出一种可完全用于中性浮力环境使用的MX-2模拟航天服并对其进行了测试。人穿着这种模拟服在中性浮力研究设施中进行的反复测试表明，这种模拟服可以逼真地模拟实用的舱外活动（EVA）航天服。日常可用它模拟EVA，可模拟相当于当前EVA服的关节限制因素、工作活动范围、以及视觉和听觉环境。改进的手套和靴子、通信头戴装置、服装内置水袋和个人装备更近似于EVA航天服。先进的尺寸调节系统和配平系统允许身高范围在1．73m-1．91m、体重在54．4kg以内的被试穿着体验。此外，集成到服装内的仪器设备可以监控和收集来自服装和被试的关键数据。对液冷服（LCG）出入口温度、心率、气体温湿度的记录为任务之间或被试之间的对比提供定量指标的度量。这些定量测量能够用于研究代谢负荷，并能向测试指导人员发出性能下降、系统故障或生理应急的警告。近期正在应用MX-2服进行大量的EVA研究。其中包括各种级别的人机交互，包括从EVA作业中的灵巧操作者的支持到直接把机器臂集成到服装系统中。MX-2服的设计也促进了双向高频带宽通讯技术的使用，它针对先进控制和显示技术进行实验评估，为穿着被试提供了实时训练和保障。MX-2服是一件非常有价值的装备，为研究人员提供了一种低成本的模拟器，以用它获得EVA模拟经验。这也是未来研究EVA技术的一个很有用的平台。     

航天员出舱活动技能项目的开发与执行

1999年12月进行了一项航天员试验项目，目的是在航天员进入特定飞行训练之前提高他们的舱外活动技能水平。概念很简单：基础技能如果得到改进，就可以分配给进行出舱活动（EVA）的航天员更加复杂的工作——这些航天员以前只有增加特定飞行训练要求才能进行EVA。在航天员试验项目一开始，EVA任务训练就包括航天员候选人（ASCAN）训练和特定飞行训练。EVAASCAN任务训练包括有限的课堂和工作手册指导，这是由4项中性浮力实验室（NBL）训练科目组成的，航天员候选人在他们职业生涯的第一年需要接受这些训练科目。     

舱外活动过程中代谢的评价

舱外活动（EVA）是现代空间任务必不可少的部分。在EVA期间，有如下大量的问题要解决：维修作业、实验研究、额外太阳电池的安装，桁架的装配和新设备的实验，以及使航天员自由移动的移动系统。航天员成功完成这些操作的结果已经表明：在空间站项目上通过提高EVA强度来提高轨道操作的效率是可能的，在EVA期间进行许多科学实验也是可行的。对EVA期间航天员行为的分析表明，到目前为止，航天员在外太空的工作仍然是航天员在太空飞行时完成的最危险的工作之一。安全和高效的EVA需要航天员EVA作业时代谢率或能量消耗的客观信息，以便进一步完善EVA技术和开发先进的设备。代谢评估还是一种控制EVA航天员工作效率和优化作息制度的有用方法。在EVA的时候，俄罗斯评价实时代谢率的二种方法如下：     

月球和火星任务航天服使用需求与系统方案评估

为了保障NASA“太空愿景”（VSE）的完成，需要将人类送往月球和火星，其中包含了多种作业环境，在这些环境中航天员需要穿着舱内或舱外航天服。NASA提出了4种候选航天服体系结构，包含了从飞船发射、进入到微重力和行星表面舱外活动（EVA）保障任务高效完成的航天服数量和类型。本文进行的研究旨在确定VSE任务组成部分中航天服的使用和功能需求，确定当时的技术设计驱动因素，并为分析4种体系结构建立了相关权重因数。分析提出了对4种体系结构的选择建议。     

对新型航天服背入式穿脱系统的评估

舱外活动（EVA）期间的工作能力取决于航天员穿着的航天服，能够快速、安全地穿上航天服，这种能力对于使EVA有效时间最大化是至关重要的。独立穿着航天服的能力也是必需的，航天服的灵活性限定了工作空间的包络面。适宜的活动性也同样是最大化有效EVA时间所必需的，     

国际空间站俄罗斯舱外航天服首次使用结果

对已装配好的各舱段的安装和维修，是由舱外活动(EVA)乘组人员进行的，这是国际空间站建造活动的重要部分，而且已经开始进行了。至2002年7月1日为止，使用俄罗斯“Orlan-M”航天服(SS)从国际空间站进行了7次EVA，使用美国舱外航天服装备(EMIU)(从通用气闸舱)进行了1次EVA。     

美国航天飞机飞行一览（1994年）

美国航天飞机飞行一览（１９９４年）第六十次飞行（ＳＴＳ－６０）轨道器发现号（第１８次飞行）飞行时间１９９４年２月３～１１日航天员博尔登（指令长），莱特勒（副驾驶员），张福林（华裔，有效载荷指令长），戴维斯（女，飞行任务专家），塞加（飞行任务专家），克...     

航天服靴子对比试验

为了保障行星舱外活动（EVA）系统技术、硬件和开发，NASA／约翰逊航天中心先进航天服技术实验室已经进行了一系列野外作业。作业的目的在于搜集资料和在月球／火星相似地形下通过观测身着航天服的试验对象进行典型的行星表面舱外活动积累经验。试验过程中，可以发现当前用于行星登陆的航天服靴子设计存在的不足之处。     

美国航天飞机飞行一览（1996年）

美国航天飞机飞行一览（１９９６年）第７４次飞行（ＳＴＳ┐７２）轨道器奋进号（第１０次飞行）飞行时间１９９６年１月１１～２０日航天员达菲（指令长），杰特（驾驶员），焦利仲（１号飞行任务专家），斯柯特（２号飞行任务专家），小市若田（日本，３号飞行任务专家...     

美国航天飞机飞行一览（1993年）

美国航天飞机飞行一览（１９９３年）１９９３年内，美国航天飞机共飞行了７次，载航天员４１人次（其中包括３名外国航天员）。第五十三次飞行（ＳＴＳ－５４）轨道器奋进号（第３次飞行）飞行时问１９９３年１月１３～１９日航天员卡斯帕（指令长）、麦克莫纳格（副驾驶...     

欧洲计划试飞载人密封舱

欧洲计划试飞载人密封舱欧空局（ＥＳＡ）和法国宇航局（ＡｅｒｏｓＰａｔｉａｌｅ）计划于１９９６年在新型阿里安５火箭第２次发射时进行一次未来载人密封舱（样机）的飞行试验。该样机将是这种密封舱的缩比型，将用于检验重返大气层技术和着陆时的导航和控制系统的工作...