差距又拉大?揭穿马斯克航天服:富豪定制,平民不敢想

我是空天同学 2024-09-29 16:40:36

在我们印象中,航天服都很臃肿笨拙,可是为什么马斯克的航天服,看起来瘦身了这么多?难道他的技术真的遥遥领先吗?

今天的文章将用3000字的篇幅,揭穿SpaceX新一代舱外航天服“瘦身”的秘密。

先来看这张图片:看起来没什么特别的,但我现在做一点点小改动,在航天服的身体部分,加上一些竖向的黑色线条,诶,是不是看起来修身了很多?

对比明显

重新去掉这些竖条纹,是不是一下子又“胖”回去了?

没错,这就是SpaceX宇航服在美学设计上的一点点小心思,很聪明地加入了一些竖向线条,让原本不算特别修身的航天服,在视觉上看起来更“瘦”。

这种方法其实在我们生活当中很常见,比如说一件同样版型的T恤衫或者裙子,横条纹会显胖,而竖条纹就会显瘦。视觉上的“瘦身”还会给SpaceX带来一个巨大的好处,这一点我们后面再讲。

但是美学上的设计,还不足以解释SpaceX新一代航天服瘦身的真正原因。

我们需要让时间倒流,回到1971年6月29日。

苏联“联盟-11”号飞船的3位航天员,刚刚在礼炮一号空间站里居住了23天,完成了人类历史上第一次进驻空间站的壮举。此时他们三个挤在联盟-11号飞船里面,以20多马赫的速度进入大气层。

就在这时,意外发生了,返回舱和轨道舱的爆炸螺栓提前爆炸,把返回舱打了一个小洞,此时飞船高度在168公里,飞船气压急速下降,仅仅30秒气压就降到了零。

十几分钟后,飞船成功自动降落在哈萨克斯坦的大草原上,但是苏联航天飞控大厅的显示屏上,却出现了三个数字“1-1-1”。

这是三位航天员的生命状态指数,5代表一切正常,依次递减,而1,代表死亡。

(白色裹尸布)

三位航天英雄完成了人类第一次进驻空间站的壮举,但是却在返回地球的途中全部遇难。原因也很让人痛心,为了节省空间和图方便,航天员在返回地球的过程中,没有穿着舱内航天服。漏气之后,航天员根本没有安全备份措施,所以直接窒息,体液沸腾,几十秒便失去了生命。

从联盟-11号飞船事故之后,直到今天,不管是俄罗斯、美国还是中国,所有的飞船在返回地球时,都必须让航天员穿上舱内航天服。

这就是航天服的第一个、也是最关键的作用:在航天员的身体周围维持一个有空气的环境,是航天员的最后一道生命保障。航天服就像是一个人形的飞船,保持一个标准大气压、合适的温度和湿度。

但是,这却带来了一个巨大的麻烦,因为一个大气压是101325帕斯卡,每平方厘米受到10.1325牛的力,相当于每个指甲盖上面,都有1公斤的重量压着。虽然我们平常生活中,感觉不到一个大气压究竟有多强大,但是这个压强足以压爆十几吨重的真空油罐,造成内爆事故。

举个例子,这是一个气球,没充气的时候它里面和外面的气压是平衡的,就非常柔软。

但是一旦吹满气,因为气球有张力,气球里面的气压只是稍微高于外界,这时我想要掰动气球,就要花费额外的力气,没有刚才那么柔软了。

而到了太空,航天服外面几乎是真空,里面却是一个大气压,整个航天服就是一个极度膨胀的人形气球,需要用非常大的力气才能活动手脚的关节,灵活性大大下降。

1965年3月18日,人类第一次太空行走的时候,苏联航天员列昂诺夫就遇到了这样的情况,他的航天服过度膨胀变形,不仅几乎无法做出动作,甚至让他卡在了舱门的入口,无法返回飞船。

在这个紧要关头,他冒着减压病的危险,扭开了航天服的泄压阀门,把气压降低了一半,航天服没那么胀气了,这才摆脱困境。

为了抵抗内外的大气压力差,航天服必须非常结实;但是为了保证灵活性,关节处又必须能够灵活转动。这两个极度矛盾的要求,在过去几十年里,把工程师们折磨得死去活来。

我们印象中的航天服是这样的,但实际上工程师们还测试了无数种别的造型。

比如这样的全金属硬壳结构,这是NASA测试的AX-5航天服,就像钢铁侠一样,靠铰链和座圈来转动关节。

早期的柔性航天服始终无法解决充气膨胀后灵活性下降的问题,而刚性结构完全不会变形,但缺点也很明显——过于笨重。

最终,现在的航天服基本都采用刚-柔混合的结构,也就是在身体躯干的部分位置采用硬壳结构,在手臂、腿脚等位置采用柔性结构,达到一个比较好的平衡。

再加入独立的大气压控制、温度和湿度调节、二氧化碳消除、通信设备等等,而且这些生命保障系统往往还需要一套额外的备份,这些东西全都集成到后面的背包里,可以让航天员摆脱对飞船的依赖,在舱外进行8个多小时的太空行走,完成在轨航天器的组装、空间站的检修维护等精密的工作。

到这里我们就可以解释SpaceX第一次商业太空行走的问题了,很多朋友注意到航天员只是探出了半个身子,而且肢体动作明显僵硬。

那聪明的你肯定就想到了,这是航天服胀气之后变硬了,灵活性很差。之所以出舱只出了一半,也是担心航天员出去之后行动不便,无法灵活转身返回飞船,那就大麻烦了。

很僵硬

所以,你别看SpaceX的商业航天服看起来有多么瘦身、简洁,但是它目前是以牺牲灵活性为代价的,这个问题还有待SpaceX继续改进。

但是牺牲灵活性,还不是最要命的,最要命的是,过于修身的航天服,它会导致一个大家非常容易忽略的问题:

你的航天服只有你的身材能穿,如果你的航天服在太空损坏了,那么你可能穿不了别人的航天服。

也就是说,量身定制的航天服,失去了安全冗余、互为备份的作用。

很少有人知道,不管是中国、俄罗斯还是美国,所有的航天服几乎都是只有一个标准尺码的,原因是什么?就是为了一旦发生紧急情况,航天员不管穿上哪一件航天服,都可以保住性命。

这个隐藏功能,在很多科幻电影里都有描述,比如《地心引力》当中的女主角来到俄罗斯联盟飞船之后,就穿上了俄罗斯的舱内航天服;《火星救援》里马特达蒙航天服两次破损,他都是换上了队友留下的航天服,才得以保命。

别忘了视频开头的惨烈事故,舱内航天服的第一大作用就是,作为航天员的最后一道生命保障。我们跳伞的时候,除了主伞都会有备份伞,但是更加危险的太空行走,航天服却没有备份的话,安全系数是不是就降低了?

所以,各国的主流航天服只有一个尺码,确保不管是高矮胖瘦的航天员,都能轻松穿进去。

航天服的四肢上都有调节装置,就像是日常的塑料吸管一样,可以拉长、缩短,来适配不同的航天员的身材。

这样一来,航天服也就很难设计得更加瘦身,毕竟安全性不能也跟着“瘦身”。

那为什么马斯克SpaceX敢以牺牲互穿性、减小安全冗余为代价,使用量身定制的瘦身版航天服呢?

答案很简单,因为这是商业行为,跟官方行为有本质的区别。中国航天、NASA、俄罗斯航天,这些大国的官方机构的首要目标,都是探索太空前沿技术,都不是以商业盈利为目标的,他们要进行很多探索性的科研任务,往往都是高风险的。

而SpaceX的首要目标,就是赚钱,这是太空商业旅游的本质。

富豪们花钱买体验,发射前的训练、发射后的健康恢复,全都可以是量身定制的。那么航天服的尺寸,自然也可以是量身定制、独一无二的,而且降落之后航天服也是绝佳的纪念品,拿回自家的别墅山庄展示,这就是富豪们想要的独一无二的体验。

至于安全冗余,因为他们不承担科研实验任务,出舱时间也很有限,看会儿风景就得了,风险自然就会降低,SpaceX评估之后认为风险可以接受,那就牺牲掉互换性,给富豪们带来更好的体验服务,未来可以带来更大的商业价值。这就是我开头说的,视觉上的“瘦身”可以给SpaceX带来巨大的好处。

所以从一开始,SpaceX新一代航天服,就必须以吸引眼球为卖点,设计上重点考虑的是视觉观感,甚至邀请了好莱坞的Ironhead Studio服装工作室参与设计,这家工作室曾经负责《复仇者联盟》《蝙蝠侠》等超级英雄的服装造型。

这两个航天服尺寸是一样的,仅仅是换了个头盔造型,视觉观感就不一样,左边显瘦一些。

总而言之,SpaceX新一代航天服确实也采用了一些新技术、新工艺,但全都是围绕商业卖点来打造的,有值得学习的地方,但是不是“伟大”?我觉得未必。

航天事业之所以伟大,是因为它代表着人类的探索和冒险精神,它最终造福于人类这个整体,而不是仅服务于极其稀少的一小部分人。

为SpaceX欢呼喝彩没什么问题,但是至少我也会想起苏联的列昂诺夫,释放掉航天服空气时的机智勇敢;想起美国的阿波罗十三号乘组经历太空爆炸,驾驶残破飞船返回的传奇冒险;还有十六年前的今天,也就是2008年9月27日,我国航天员翟志刚在舱内火灾报警响起时,准备牺牲自己,坚持完成出舱任务的故事。

虽然我很平凡,我很可能这辈子也上不了太空,但是人类群星闪耀时,激励着我在平凡的工作中,找到自己的热爱并奉献一生。

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我是空天同学

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