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。     

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。     

俄罗斯行星航天服的设计展望

本文分三个部分，第一部分简单介绍了前苏枞罗斯研究火星航天服的历史，第二部分介绍火星航天服和轨道航天服研制要求的共同点和差别，并列出了几种火星航天服的整体方案，第三部分介绍了火星航天服的壳体结构和部组件方案（躯干、下肢、靴鞋等）以及航天服和火星车的接口方案。     

用于火星任务的通用航天服方案

本文对一种适用于载人火星任务的通用航天服作了概念性的研究，并就航天服的应用分以下几种情况给予讨论：·星际飞行阶段及火星轨道运行阶段舱外活动的能力；·火星表面的舱外活动；·在下降／上升和交会过程中的穿着模式。本文对于舱外活动期间各种情况和条件以及对于航天服设计需求进行了讨论。高度的可靠性、有效性、安全性、维护性和适用性是选择航天服设计方案的主要考虑。     

苏联登月航天服的研制历程

本文结合苏联60年代制定的登月计划,比较详细地介绍了登月服从技术任务书的制定到最后人穿着试验的相对完整的研制历程。登月服的主要研制单位“星星”公司,在借鉴舱外航天服的设计思想基础上,经过大量的试验、计算和改进,最终研制出了登月航天员使用的“隼”型登月服和“鹫”型登月服,以趸飞船指令长使用的“海鹰”型航天服。在服装的壳体、关节和生保系统等关键系统的研制上取得了重大技术突破,许多设计思路一直延用至今。     

美国新型航天服一览

美国当前的航天服已经使用了超过25年，面临着明显的老旧问题。这种航天服不能适应月球和火星表面环境，也不能保障长期任务的后勤需要。前些年，为了保障布什总统的“太空探索构想”和NASA的“星座计划”，美国开始研发适合任务需求的新型航天服。     

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。     

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。     

“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。     

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，     

远征火星中国火箭准备好了

时下,“探火”是一个非常热门的话题。前不久,印度PSLV-XL火箭发射的“曼加里安”火星轨道探测器顺利进入火星椭圆轨道一事,引起了世界各国的广泛关注。根据深空探测发展路线图,我国在加紧实施月球探测任务的同时,即将踏上全面探索深空奥秘的历史征程,包括火星在内的多个深空探测任务将逐步推进。随着我国探月工程的圆满实施,中国运载火箭研究院研制的运载火箭已经具备了深空探测能力,能够执行火星探测任务。     

一种用于行星探索的先进EVA系统

汉密尔顿标准公司一直致力于ＥＶＡ方案的研究，这是由ＮＡＳＡ为２１世纪初的载人火星探索设计参考任务的要求而进行的。方案使用了机器人支持小车，它使航天服和生保系统更为简单，轻便。它与火星资源结合使用，已经显示出能满足任务需求的潜力。目前的工作包括：初期设计研究、分析和制造一个功能模型，包括压力服，生保系统、服装穿着支架和支持小车。本文描述了ＥＶＡ系统方案、初期设计分析结果、模型系统测试及一些相关的问题     

应用引力梯度测量的火星中低轨道航天器自主导航

针对目前行星附近(行星周围中低轨道高度)的自主导航手段有限,且主要依赖地面设备的支持,导航自主性和实时性比较差,精度不高,无法满足未来探测任务的需求的问题,文章提出了使用引力梯度这种天体本身的物理信息对近地行星附近的航天器进行导航的方法。并以火星附近的导航为算例,采用了全新的120阶火星引力场模型计算引力梯度;使用特征值分解法从引力梯度张量矩阵中提取位置信息,并使用非线性迭代方法解算出高阶引力场模型下的精确位置;最后得出在300km火星轨道上,100mE和10mE噪声水平下,三维导航精度分别可以达到300m和30m以内。该导航方法完全自主,并且导航精度高,实时性好,导航结果可靠,有望应用于近地行星的探测任务。     

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．     

美国载人航天器上的出舱活动系统

“双子星”飞船。出舱活动航天服：1962年美国航空航天局花费21万美元研制“双子星”航天服。双予星G4C型为出舱活动航天服，由美国航天员穿着完成了首次出舱活动。这种型号服装的特点是手套有一定改进，手腕和手指的灵活性有所提高。另外该型航天服还能与“双子星”航天员机动装置匹配。     

“好奇”号目的地：盖尔环形山胜出

为了寻找火星上的生命迹象,美国航宇局选择了矿物丰富但却神秘的盖尔环形山作为价值25亿美元的“好奇”号火星车的着陆地点。自20世纪70年代以来,“好奇”号是航宇局第一个承担搜寻火星上曾经宜居甚至目前仍有生命迹象的真正天体生物学任务的火星探测器。行星科学家们正在为这一有史以来最具有科学能力的火星车奔向火星而感到兴奋,但许多人也在为它发愁。他们担心航宇局正在把“好奇”号送往一个被地质学谜题所包围的地点。     

2008年NASA十大探索发现

2008年在NASA庆祝成立50周年之际，“凤凰”．号圆满完成火星任务，“哈勃”发现绕遥远恒星运行的行星，而且国际空间站建设接近尾声，NASA与印度合作进行探月科学任务并在重返月球任务上取得较大进展。在地球，NASA研究人员观测到了北极海冰持续减少、“战神-1”火箭通过重要设计关口、发现了引起北极光闪亮亚暴的原因并且为研制最新技术水平的泳衣提供了帮助。以下是2008年NASA十大科学成就：     

天问一号火星探测器产品保证工作实践

分析了火星探测器任务环境复杂、软件自主性高、验证任务重、材料选用控制难等特点,总结了天问一号火星探测器在狠抓风险识别与管控、聚焦软件系统设计源头,严格试验考核,以及严控材料选用及验证等方面采取的主要产品保证工作措施.上述措施有效保证了天问一号火星探测器的产品质量,可为后续火星探测器及其他行星际探测器研制过程的产品保证工作提供借鉴.     

空天瞭望

阿尔卡特启动“地外火星”任务设计根据与欧空局签订的约1300万欧元的合同,阿尔卡特·阿列尼亚空间公司已启动“地外火星”探测项目的任务设计工作。该项目旨在向火星发送漫游车,以寻找生命迹象。阿尔卡特·阿列尼亚空间公司将在初步设计评审前进行一年的任务设计,包括确定任务     

模拟火星大气环境对典型柔性结构热防护特性的影响

随着深空探测任务的逐步开展,火星被视为最重要的载人探测目的地之一,而火星大气环境给柔性结构的热防护带来挑战。文章以舱外航天服手套为柔性热防护结构的研究对象,通过建模实现了舱外手套在火星大气环境冷工况下漏热功率的分析,并开展了模拟火星大气环境下舱外手套的热防护试验研究。结果表明:相比于近地轨道应用,现有舱外手套的热防护能力在火星大气环境中将显著降低,在冷工况下手套的漏热功率超过10 W,且局部热防护不足。在此研究基础上,文章对分析模型的完善、试验方法的拓展以及柔性热防护结构的改进等进行了展望。