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）。     

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。     

美国舱外航天服装备使用和保养经验

介绍 未来近地轨道和行星航天服将建立在现在的舱外航天服装备（EMU）基础之上。直到2005年，EMU已成功保障了91次EVA任务（通常每次EVA使用两套EMU），在未来5～10年中，为了完成国际空间站（ISS）的建造，还要保障30～60次EVA。     

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．     

舱外航天服的工效学问题及其研究方法

阐述了舱外航天服在航天员出舱活动(EVA)过程中的作用、舱外航天服工效设计对保障航天员生命安全和EVA质量的意义，以及航天服设计必须考虑的各类因素。并在此基础上探讨了航天服设计研究的主要手段与方法，强调了现阶段利用虚拟人体进行舱外航天服工效学分析的可行性。     

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。     

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。     

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，     

俄罗斯舱外航天服防护材料相关技术研究

舱外航天服是航天员出舱活动所必须个体防护系统，具有为航天员提供生命保障的功能。在空间特殊的环境中，如高真空、极端温度交变环境、微流星和空间碎片、各种辐射等，舱外航天服外层材料必须有特殊的防护功能。     

在月球／火星重力环境下航天服的活动性评价

人们所预想的以及正在由美国国家航空及太空总署（NASA）计划的未来去月球和火星的人类探险任务，将包括广泛的这些星体上进行的舱外活动（EVA）。为了月球和火星的恶劣环境下工作和进行科学探险活动，航天员穿着防护性的航天服组件是必要的。在大量的舱外活动期间，首要考虑的就是在维持工作的有效性水平及航天员相对舒适的同时，需要提供加压航天服必要的适当的活动性特点。KC－135系列飞行器低重力飞行示范就是为了评价在模拟月球（1／6地球引力）和火星（0．37倍地球引力）环境下，阿波罗、航天飞机、MK－Ⅲ先进技术模型航天服和一般活动性能特性。     

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。     

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。     

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。     

美俄航天员舱外活动航天服

美俄航天员舱外活动航天服俄罗斯为和平号空间站上航天员制作的站外活动用航天服（左）和美国为航天飞机上航天员制作的舱外活动用航天服（右）美国《航空航天技术》周刊的编辑詹姆斯·Ｒ·阿斯科分别试穿俄罗斯的航天服（左）和美国航天服（右）美俄航天员舱外活动航天服...     

国产“飞天”舱外航天服完全满足神舟-7飞行任务需要

2008年9月16日,中国载人航天工程新闻发言人王兆耀称,中国自主研制的舱外航天服,经过专家严格评审,各项技术指标完全满足神舟-7飞行任务需要。舱外航天服的右臂上由胡锦涛题词“飞天”,左臂上则有国旗,每套造价3000万元人民币左右。舱外航天服可为航天员出舱活动提供适当的大气压力、足够的氧气、适宜的温湿度,以保障航天员的生命活动需要;航天服具有足够的强度,     

太空行走100问（十五）

太空行走风险（下） 84．在太空行走中最容易发生故障和问题的是航天员的什么装备？有何经验教训？ 对国外航天员在太空行走中发生的故障和问题进行统计和分类,得出太空行走中的故障分类表（见表1）,因为在太空行走中发生故障和问题最多的是舱外航天服,再对舱外航天服的故障进行统计和分类,又得出舱外航天服故障分类表（见表2）。     

“星座”计划航天服方案和飞船接口

在实施美国航空航天局未来空间探索远景计划时,将要面对大量各种各样的有害环境因素,乘员需要穿着防护性航天服。特别确定了4个需要穿着航天服的任务阶段,分别是发射、入轨和故障应急飞行、零重力（轨道）应急舱外活动、月面舱外活动和火星表面舱外活动。本研究之前进行了体系结构评估,确定了4种备选航天服构造方案的使用需求,本研究以此为基础提供了概念性设计方案。另外,还定义了用于实现航天服和各种“星座”飞船脐带和物理连接的飞船接口要求的子系统,总结了最终的设计服装及部件概念和飞船接口定义。这项工作是在科罗拉多大学2006年秋季学期开展的,是该校研究生的航空航天工程设计课程的一部分。     

航天员的衣橱

载人航天初期，先驱们在短期飞行时从起飞到降落始终都穿着航天服。而在长期飞行阶段，乘坐“联盟”号飞船的航天员们只有执行动态（发射、降落、对接）作业时才穿当时的“隼”航天服。俄罗斯航天员从空间站出舱进行舱外活动时使用“奥兰”航天服。空间站上的航天员们多数时间都是穿着地面上的衣服（航天服里面是普通内衣）。     

先进舱外航天服电子信息和电源系统最新发展概念

在“太空探索远景”项目中,NASA格伦研究中心负责开发下一代航天服的通讯、电子、信息和电源分系统。在未来的月球和火星任务中航天服需要更长时间的工作能力,这存在着大量技术挑战。本文概述了格伦研究中心正在进行的未来舱外活动系统的研发工作概况。