宇航员穿的航天服为什么那么贵,宇航员用完后为什么不带回地球?
▍宇航员穿的航天服为什么那么贵,宇航员用完后为什么不带回地球?
别看载人飞船的尺寸非常大,但航天员返回地球时所乘坐的返回舱非常小,所以里面的空间也非常狭小。在这么狭小的空间内放下高度达2米,重达90公斤的航天服就不是一般地拥挤了。
航天服也在随着时间的推移在不断地更新换代,实在想不到航天服带回地球来能有啥用,昂贵这个词并不是将它带回地球的理由。
一般情况下尺寸很小的颗粒并不会给飞船或者空间站造成什么威胁,但极有可能会击穿在舱外作业的航天服,所以每套航天服或多或少都会有磨损,俄罗斯的海鹰舱外航天服使用12次之后就会扔到大气层中烧毁,是另一种形式的回归地球。
航天服的目的就是为了保障航天员的人身安全,目的达到了,自然实现了它的价值,带回地球之后它也只能报废处理。何必放到返回舱内带回地球,徒增额外成本呢?
初代航天服
航天服源自20世纪30年代高空飞机飞行员的密闭服,也称全压服。1918年美国桑坡(Fred M Sample)申请了这一专利,它可以为攀爬高山和飞越高海拔地区的人提供压力和氧气支持,但最初的这套密闭服并没有考虑低温对人的伤害。
Wiley Post,一个用油田炸瞎左眼获得的赔偿金购买到一架飞机的美国人为了能够飞到创记录的飞行高度,于1934年和Goodrich公司开发了第一套使用橡胶、帆布、潜水环形玻璃面罩组成的密闭服。
由于一战的需求,涡轮增压引擎技术不断革新,飞机越来越高,高空严重缺氧、低气压、零下50多度的低温迫切地需要密闭服。于是战斗民族俄国人完成了第一件加压服。一种将氧气面罩和潜水服组合在一起的密闭服。
1961年4月12日前苏联尤里·加加林乘坐东方红1号飞船绕地球一周,他所穿的“SK-1”加压航天服是由NPP Zvezda公司制造。这套航天服仅配备了简单的加压设计和生命维持系统,但却奠定了未来航天服的基础。所以后来的航天服基本都延续了这样的设计思路。
航天服到今天已经赋予了满满的高科技
在太空环境下的航天服需要经受住极热极寒的温度差和致命的太阳辐射,以及高速飞行的陨石碎片等等,还要保障航天员供氧、二氧化碳净化和排出体热、保持压力等等一系列的生命保障系统。这些都注定了航天服所用的材料非常昂贵,所以一套航天服的成本需要几千万一点也不为过。
目前仅有中国、美国、俄罗斯有能力独自制造航天服,可见航天服无论从材料、技术、制造难度都相当高。当然航天服研制中所用到的技术也不仅仅用在了航天服上,也不断地深入我们的日常生活当中。比如纸尿裤、气垫鞋、蔬菜脱水技术等等都是源于太空技术,所以几千万一套的航天服还是挺值的。
综上所述
航天员在太空执行任务的时候穿上航天服的时候它就已经在完成几千万的价值,航天服也有生命周期,坠落然后返回地球是它最好的归宿。这就好比几千元的衣服穿烂了,你并不会把它珍藏起来或者再穿是一个道理,穿在身上的时候它已经完全实现了它的价值。
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一套衣服1.5个亿,没错你没看错,的的确确是1.5个亿,即使中国宇航服比较亲民,也要花3000万。
舱外航天服穿一个小时都要耗资250000元人民币,两个小时一套房子没了,这可能目前最昂贵的衣服了。舱外航天服的价值相当于黄金铸造,妥妥的有黄金堆积而成。
航天员回归地球,只能带回来一副手套,价值3000多万的舱外航天服却要遗留在外太空,国家花如此大价钱,为什么不把舱外航天服带来来呢,今天们就来探知这个未知的世界。
我们首先介绍什么是舱外航天服,我们看看构造,是不是物超所值
舱外航天服新一代“飞天”舱外航天服重量为130多公斤,这可是用130公斤的黄金堆积而成,妥妥的黄金铸造。
舱外航天服
舱外航天服顾名思义就是宇航员在空间站在或外太空进行活动所穿的衣服,舱外航天服堪称世界上最复复杂的设计工艺,从宇航服的设计到构造从内到都经特殊处理,舱外航天服是宇航员生命的保障,保障宇航员万无一失
舱外航天服有特殊防静电的舒适层、合成橡胶质地的备份气密层、主气密层、涤纶面料的限制层、隔热层和外防护层共六层结构组成,别小看一套舱外航天服,这可是一个庞大的工程,舱外航天服被誉为“小型的航天器”整个制作过程需要经过47道工序,仅仅装配环节就需要近4个月的时间,大家伙可以从侧面验证一下,这件舱外航天服的复杂程度。
宇航员舱外的工作环境,舱外航天服是宇航员生命保障
舱外航天服就是宇航员离开空间站到外太空去作为的时候所穿的防护服,外太空环境及其复杂,外太空存在大量的辐射、紫外线、以及太阳的炙烤、还有来自“广寒宫”的寒意,这些危害对宇航员来说都是致命的,为了确保我们宇航员的安全,国家在2008年研制出第一代“飞天”舱外航天服,随着中国这些年航天技术的突飞猛进,加上科技人员夜以继日、废寝忘食的工作,神州十二号宇航员汤波明、刘波明穿上第二代“飞天”防护服,第二代防护服功能更加强大,在第一代的基础上,航天服技术的到了质的飞跃,给航天员带来更多便利。
第二代舱外航天服都有什么样的功能,是否物超所值
(1)外太空处于失压状态,舱外航天服能改善宇航员失压状态,给宇航员加压;
(2)外太空空气稀薄,舱外航天服能供给保障宇航员生命安全所必需的氧气,消除二氧化碳,并能够控制温度和湿度;外太空白天接受太阳的炙烤,温度高达130摄氏度,夜间温度零下160℃,这是正常人无法克服的
(3)能使宇航员在宇宙空间具有各种活动能力,并能使宇航员减少宇航员作为是的疲劳
(4)穿戴和脱下方便;第二代“飞天”宇航服穿戴只需5分钟,给宇航员还说节省了更多宝贵的时间和大量的精力。
(5)具有防护宇航射线辐射的能力,外太空的大气层非常稀薄,缺少臭氧层的保护,紫外线的辐射非常强烈,这就需要特制的宇航服来抵抗这些强辐射,保护我们的宇航员能够在舱外正常作业,完成既定任务。防止小陨石带来的危害,减轻紫外线的辐射
舱外航天服的诞生,对航天事业有着“里程碑”意义,舱外航天服不仅仅是一件防护服,同时他还是微型航天器,价值3000多万绝对是物超所值。
舱外航天服为什么不能带
回地球
造价如此昂贵的舱外航天服,航天员返程时为什么不能带回地球呢,返回是只带一副手套,是不是有点暴殄天物了呢?
答案是否定的
事实上,这个问题科学家们早已经考虑的非常清楚了,科学家会把国家每一分钱花在刀刃上,舱外航天服之所以不把舱外航天服带回地球,出于下面多方考虑,权衡利弊之下遗留在太空或者空间站来说利大于弊。
一、返回舱载荷问题
返回舱的载荷容量基本上是非常有限的。重达130公斤的“庞然大物”没有立锥之地,返回舱的重量领过了科学家的精密计算,精确到克为标准,每多增加一公斤的重量来说,就要花费一万美元,因此,要如何在有限的载荷范围增加额外的物品,是要慎之又慎的事情。
航天员返回地球是,必须严格控制飞行器的荷载,每一个细节都决定成败,更何况航天服重量高达130公斤,如果带回给飞行器严重的挑战,这是对宇航员的不负责,宇航员的生命高于一切,只要减少飞行器的重量,可以确保飞行器在起落时的安全系数。
二、中国空间站已经建成,没有必要带回来,带回去是多此一举
舱外航天服有自己的使用寿命,并不是一次性的高科技产品,舱外航天服的到了科技人员的升级换代,使用寿命更长,次数更久
新一代“飞天”宇航服使用寿命为5年,使用次数也大大提升,使用次数为15次,每次作为时间可以长大8小时。
问题来了,既然不是一次性产品,可以重复使用,中国的空间站又建成了,宇航员完全可以从中国空间站了穿着宇航服当外太空工作,宇航服使用万了以后,宇航员完全可以放在空间站,为了神州十三号宇航员使用
为了更好的利用舱外航天服配合航天员执行出舱任务,那么最好的方式就是让航天员在执行完任务之后将舱外航天服收起来放在空间站,再次使用的时候再拿出来使用。而不是为一件寿命极短的舱外航天服来回折腾,很明显,这是不值得的。
三、如果带回来,减少使用寿命
宇航服有使用寿命的,每一套宇航服只有短短的120个小时,如果带回来有点得不偿失,中国的空间站已经可以正式使用,完全没有必要带回来。
总结:
价值3000多万的宇航服不带回来原因的多多,出于对宇航员安全的考虑,以及携带费用的问题,还有宇航服使用寿命问题,这是经过科学家无数次验证才得到的结果,这都是无数科技人员智慧的结晶
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▍宇航员穿的航天服为什么那么贵,宇航员用完后为什么不带回地球?
宇航员出舱时穿的航天服,一套造价高达1.5亿元,即使是我国的航天服造价比较合理,一套也需要3000万元人民币,但是如此昂贵的航天服宇航员在返回地球时却不会把它们带回来,只会带回来其中的一幅手套。
随着我国航天技术的发展,有能力让越来越多的宇航员在太空中进行行走和探索。看着在太空中行走的宇航员时,我们心中会油然而生出一股自豪感,除了看到宇航员潇洒地行走步伐之外,他们身上所穿的宇航服也引起了不少人的兴趣。
到底是什么样的衣服能让宇航员穿上之后在太空中还能行走自如?为什么这些航天服的造价会如此高?
我们所说的航天服其实分为两种:舱内航天服和舱外航天服,造价较高的是舱外航天服,也就是宇航员在太空中行走时所穿的那套衣服。
舱内航天服
宇航员在舱内一般是穿不到宇航服的,比如神舟十三号上的王亚平他们三个平时在舱内穿的就是常服,但有时也需要穿到特制的舱内航天服。
这种航天服也被称为应急航天服,是航天员在升空,变轨或者是返回地球时需要穿到的衣服,因为在这些过程中容易发生一些意想不到的事故,所以穿上特制的舱内航天服对宇航员来说是一种保护。
不要小看舱内航天服,虽然造价没有舱外航天服高,但是它的功能一样很齐全。舱内航天服上配有信号器,求生工具,药品,通讯工具等,一旦发生意外,航天员可以先用航天服上配备的东西进行自救,同时联系外部人员,等待救援。
舱外航天服
舱外航天服的造价就比较高了,不过贵也有贵的原因。
想要制造舱外航天服,首先就需要在航空航天方面具备高超的技术。目前世界上只有三个国家具备独立制作舱外航天服的能力,分别是中国,美国和俄罗斯。
舱外航天服如此难制造,主要是因为舱外航天服是宇航员出舱在太空中行走时所需要穿到的,首先需要抵抗外部环境的影响,其次航天服内部还要为宇航员提供适合生存的环境。
太空环境非常复杂。首先太空中是真空的,我们对真空的认知可能仅仅存在于“真空无法传递声音”,实际真空中比较恐怖的一点是“在真空中是无法存在生命的”。
其次就是太空中的各种辐射。因为我们在地球上有大气层的保护,所以辐射无法直接照射到我们身上,但是在太空中就不一样了。太空中有太阳光的直射,同时还有各种宇宙光线的辐射,任何一种辐射都是人体所不能承受的,所以舱外航天服必须具备防辐射的功能。
另外,舱外航天服还要为宇航员提供生存所必须的大气压,水和氧气。这样看来,舱外航天服就等同于出舱时宇航员所乘坐的一个小型宇宙飞船了。
舱外航天服除了要满足航天员不受外界的伤害以及航天员生存的需要,还要适合人体的结构。我们平时穿衣服还讲究舒适度,更何况是120公斤的航天服穿在身上。
舱外航天服在设计时就考虑到了这些,所以整体设计符合人体工学,根据人体的关节,设计了比较多的铰链和轴承,让宇航员在穿航天服时,只是感觉到“重”,但不会感觉到“笨重”。
所以舱外航天服造价高也是情有可原的,那么为什么造价如此高的舱外航天服在用完之后宇航员不把它们带回地球呢?
返回舱的载重问题
航天员在返回地球时,需要乘坐返回舱,返回舱在返回过程中,不仅要保证有足够的空气阻力来降低降落速度,还要具备一定的抗热性,来抵抗摩擦所产生的热量。
而返回舱和大气摩擦所产生热量的多少和返回舱的重量是成正比的,返回舱内多一些总量,也就意味着摩擦所产生的热量会多一些,那么发生火灾的概率也会大一点。
单件出舱航天服的重量就已经达到了120公斤左右,如果把航天服都放在返回舱中带回地球,那么无疑是在增加返回舱的重量,给返回舱施加压力,有时候可能就多了那么一点压力,就会给宇航员带来意想不到的危险,所以为了宇航员的安全,舍弃航天服也是值得的。
太空探索首先要保证宇航员的安全,至于宇航服这些都是身外之物,它的价值再高都没有宇航员的生命重要。
我国空间站已经建成,航天服可以留在空间站中让下次去的航天员再次使用
舱外航天服不是一次性衣服,航天员穿着它出舱返回之后是可以再次利用的。我国新一代的舱外航天服可以使用15次,每次最多可以用8个小时,并且它有5年的寿命。
再加上我们自己的空间站已经建成了,这个空间站就相当于宇航员在太空上的家,所以宇航员完全可以把用过的舱外航天服直接放在“家”中,等待下一个宇航员把它穿在身上,去太空中探索更多人类未知的事物。
这样一来,航天员就不用带着航天服来回折腾了,毕竟从太空中回地球一次不容易,从地球上去太空中一次也不容易。
结束语:
人类真的是很有智慧的一种生物,从未去过太空,也不知道太空中的环境究竟有多复杂,但是能制造出适合太空中穿的衣服,还能研究出能停留在太空中的空间站。从人类对太空的探索来看,人类真的很了不起。
我们国家的科研人员更了不起,神州系列飞船的一次次成功发射,让全世界看到了我们的实力。
神州十四号也即将发射,计划将在空间站中执行6个月的任务,并且神州十四号上的宇航员安排的也有出舱任务,到时我们又能通过宇航员的视角看到神秘的太空。
▍宇航员穿的航天服为什么那么贵,宇航员用完后为什么不带回地球?
我们家房子单价1万每平方,而中国舱外宇航服的造价为3000万,相当于30套100平的房子,宇航员在执行完任务后,如果不能将其带回地球,未免显得太奢侈了。
可能也有朋友觉得,宇航员身穿宇航服进入外太空执行任务,衣服上会不会沾染了什么宇宙神秘物质,目前地球文明还不能解决,所以宁可将昂贵的宇航服丢在外太空,也不愿其带回地球重新利用。
实则不然,如果站在经济学角度来讲,带回宇航服所需要的成本,可能会超出宇航服本身的造价,下面就一起来看看相关知识吧。
简单了解下宇航服的知识
至今为止,全球有能力独立完成载人航天任务的国家,只有中美俄三国,而国与国之间的宇航服也略有差异。
俄罗斯的航天服为“猎鹰”舱内航天服和“海鹰”舱外航天服,“猎鹰”于1973年推出,“海鹰”于1977年推出。
美国的航天服为“ACES”舱内航天服和“EMU”舱外航天服,两款均来自于20世纪80~90年代,当时造价约1500万美元,换算至今,大概为1.5亿美元,目前美国正在研发新一代航天服,预估在2024年投入使用。
中国的航天服为“飞天”,目前为第二代,造价约3000万人民币,值得一提的是,我国在重重技术封锁下,能独立研发出飞天航天服,是一件非常不容易,且值得骄傲的事。
我国第二代飞天舱外航天服有多厉害?
航天服可分为6层,分别是舒适层、备份气密层、主气密层、限制层、隔热层与防护层,舒适层由特殊防静电处理过的棉布织成,其内也配备了尿液收集装置;备份气密层有散热功能;主气密层由复合关节构成,可以起到加压作用;限制层是涤纶面料,可以限制加压气密层向外膨胀;隔热层能通过热反射来隔热,足以面对太空巨大的温差变化;最外面的防护层多种纤维复合织物构成,不仅面料柔软,还具备耐腐蚀、耐磨损、防辐射等优点。
舱外航天服的壳体结构为铝合金薄壁硬体,厚度仅为1.5mm,但其抗压能力却超过了120kpa,不仅能承受宇航服120kg的重量,还能应对航天过程中的各种震动。
除了本身材料优越之外,铝合金躯干的外壳上还配备了各种精密仪器,例如气液控制台、气液组合插座、应急供氧管、电脐带、电控台等等,可以说是完全把一个小型飞船的控制台,全部“转移”到了宇航员的航天服上。
在航天服配备如此多精密仪器的情况下,还要考虑到肢体灵活度,如果各关节处太硬,宇航员动一下就非常耗体力,如果太软,防护能力又不够,为了解决这一难题,我国工程师从小龙虾身上找到了灵感,于是在舱外航天服的关节处,加入了类似小龙虾尾部的层叠机构,在气密轴承的帮助下,宇航员的四肢技能轻而易举的转动,还不用担心安全性。
再来看看舱外航天盔,其面窗有4层结构,里面两层为压力面窗,中间是氮气,能起到隔热和防雾作用,第三层是防护面窗,最外面一层是滤光面窗,航天员在不同状态下可以调节光线。
除了面窗之外,头盔内部还有报警指示灯、照明灯、摄像头,头盔外壳还有电控台、气液控制台、气液组合插座、应急供氧管等,整体而言,航天头盔同样要具备抗压、抗冲击、耐热、消声、通风、供氧、视野开阔等特性。
舱外宇航服的背部隆起长方体区域为生命保障系统,有通风净化、温湿度控制及氧气调节等设备及功能,一旦发现有问题,还会自动报警。
此外,航天服上还有一根电脐带,它可以将飞船跟宇航服连接起来,除了能实时监测宇航员的安全信息之外,还能起到通讯作用,当然在电脐带内部也有一根钢缆,安全性方面能得到大幅度提升。
跟上一代舱外航天服比起来,新一代出舱的寿命从两年5次,每次4小时,提高到了3年15次,每次7~8小时。
为什么宇航员在太空执行任务,需要穿舱外航天服?
在外太空执行任务的宇航员,首先要面对的便是极端温度,在太空中,受到太阳光直射的一面,温度可高达100℃以上,而背阴面的温度,可低至-100℃,在如此极端的温度环境下,人类在外太空只能借助航天服来抵挡。
还有便是潜藏在四周的宇宙流体,空气阻力的消失,再加上太空失重或微重力的环境,导致哪怕1毫克的流体都能轻松击穿3毫米厚的铝板。
而且太空中还有大量人类制造的太空垃圾,这些都是宇航员在舱外执行任务的潜在威胁,当年苏联“量子”舱和“礼炮号”空间站无法对接的因素,就是因为一块小小的金属片。
此外,太空的真空超低压环境对人类很不友好,但人体暴露在这种环境之下,体内的水分和血液就会瞬间沸腾,短时间内就会死亡。
1971年,三名苏联宇航员在归程途中,就因为通气阀门出现故障,导致三人仿佛暴露于太空中,40秒内,三人便全部死亡。
当然,太空中的辐射也相当危险,在缺失大气层这种天然屏障的外太空,宇航服就需要起到抵挡宇宙辐射的作用,面对危险重重的外太空,宇航服的质量需要不断提升,而随着各种先进科技的加入,宇航服制作难度和造价同样也在水涨船高。
为什么价值3000万人民币的宇航服,用完后不能随宇航员一同带回地球?
很多网友以为,3000万的舱外航天服用一次就“丢”,有点太奢侈,其实情况并非完全如此。
首先,返回舱的有效载荷、容积等都是精心设计过的,哪怕返回舱多带回一斤东西,可能都会造成无法想象的后果,而价值3000万的舱外航天服,整体重量高达120公斤,再加上其放在返回舱内,需要占据相当一部分空间,所以舱外航天服并不适合带回地球。
但也不是用一次就“丢”,目前这套舱外航天服的使用寿命为3年,或者15次,超出年限或次数,这套舱外航天服都不适合再用了,等到无法使用后,舱外航天服才会跟其他轨道舱一同坠入大气层,在这过程中被焚烧殆尽。
用了一次,且小于3年的第二代飞天航天服,都会留在空间站中,后期也可以使用,当然不排除在未来的某一天,我国能将舱外航天服带回地球。
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▍宇航员穿的航天服为什么那么贵,宇航员用完后为什么不带回地球?
中国空建站已经建成,没有必要带回来。
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