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防护装备知识 C————  ’。。。。。 n 。。。。。。。。o ——。。E n— 蒌 服 飞行员和宇航员个体防护装备系列介绍 朱铮刘长明 441003) (中航-r ql,航字救生装备有限公司 襄樊宇宙象一个巨大的宝库牢牢  航天服基本要求与主要功能 地吸引着人类的注意力 在这令 (1)人体吸人的氧气压力. (2)人体受到的大气压力取 (3)服装处于加压状态.人 航天服是保证航天员在整个 不低于187nm ̄Hg(2.4gkPa);  的一种个人防护装备。航天服基 决于服装压力制度:人神往的天疆里.存在着丰富的 航天过程中生命安全和执行任务 资源:高真空、微重力的环境.  可以使人们完成许多在地球上难 本要求:以制造的药品和工业材料生产:  (1)飞船在轨道上作正常状 体关节容易活动:(4)服装处于加压状态围径 取之不尽的太阳能.可以帮助人 态航行(常态航行)中,为了不  类摆脱地球能源危机的网扰:月 妨碍航天员的工作和活动.应该 膨胀度低.纵径不伸长:球、火星、小行星等有望成为人 可以把头盔的面窗打开或将头盔 脱掉.也可以将手套脱掉或必要 类新的家园 (5)坚固可靠.不破裂: (6)加压与不加压状态.呼 应用现代技术.使用化学燃 料.原子反应堆.多级火箭结构 时将整个航天服脱掉 当座舱失 吸自如,无阻力: 压而处于应急状态(应急航行) (7)人体各部位受压一样.  时.应该立即穿好并处于充气加 无局部压迫感:压的密闭状态.以保证航天员不 受低压和缺氧的危害 (2)航天员在宇宙空间(座 考察.安装和修复飞船外表面金 设计等可以使速度达到每秒几十 公里.使久居全地球上的人类实 现了进入宇宙空间的新时代 这 (8)服内环境二氧化碳不高 于5mmHG(0.67KPA) 里所指的宇宙空间.实际上是在 太阳系内旅行.在太阳系的旅行 实际上是行星之间的航行.为了 (9)服内温度不超过26℃. (10)服内环境(压力、氧  舱外或月球等天体上)进行科学 湿度不高于60%:明确起见叫做星际航行 行星之间是一个危害人类生 属设备.或进行空间救生以及轨 气、二氧化碳、温湿度)控制系 道站组装时.由航天服给航天员 统.自动工作.10秒钟内压力达 提供一个与外界隔绝的保证生存 到规定水平 存的极端恶劣环境 如真空、高 的密闭小环境.以便不受宇宙环 (11)服装容易穿脱,时间 温与低温、太阳辐射、宇宙线和 境因素的危害 此时由背包生命 按服装类型而定.最长不应超过 流星等.在行星之间航行会处于 保障系统建立必要的大气环境.  5分钟:失重的状态.为了保护航天员在 并要有体位稳定和移动装置以保 (12)头盔面窗透明度高. 星际航行的安全.防护措施通常 证航天员能随意行动 视野广。视物不畸变 不结雾结 有两种:一种环境保护.将航天 (3)弹射离舱时,用以防止 霜:头盔脱戴方便快捷.面窗开 (13)落水时,备有必需救 生装置: 员保护在密闭座舱里.与外界隔 速压、高空低温的危害:降落到 闭快捷容易: 绝:二是个体防护.将航天员保 海上时.又可用来防寒抗浸、水 护在特别的航天服(又称宇宙 上漂浮.保证航天员安全返回 服)里 航天服应具备如下功能: (14)防辐射热,紫外线、 2010年第4期中国个体防护装备51 
莲 防护装备知识             红外线、宇宙线; (15)防微流尘: 航天服的发展简史 防护罩(详见航天头盔) 靴子 航天服是在航空密闭服的基 具有良好的隔热性能(详见航天  服装较C_4C具有更多的层 础上发展而来的..美国于1959 靴) 阿波罗 年改进 海军研制的MKⅣ型密 次与防护性能f参见表)闭服(美国称全压服).用于第一 7~14号用的航天服是A7L型。15 与l6号用的是A7LB型 此类型 fl6)防寒保暖 航天服的分类与基本结构 按用途范围分类: (1)舱内用:水星服、阿波 艘载人飞船水星计划 接着改进 罗服(N—PGA).航天飞机EIS (舱内应急)服,东方号服、 YF200S服.中国神舟5号和神 舟6号航天服 (2)舱外用:A7LB阿波罗 登月服.AES航天飞机空间活动 服.中同神 H 7号航天服。 (3)舱内外共用:双子星 服.上升号服.礼炮号服 基本结构: 舱内用航天服通常由头盔、 外罩、气密限制层.通风供氧结 构、使暖层、内衣、手套和航天 靴等组成 舱外用航天服由于防护性能 和使用性能要求高.在结构和防 护性能上比舱内服有所增添 图 1表示舱外航天服与其配套的附 件示意图 0 1 图1舱外航天服与其配套 附件示意图 52 2010年第4期中国个体防护装备 X—l5试验飞机用的密闭服.用于 第二系列的载人飞船双子星座. 经过进一步改进提高性能用于第 _二系列的阿波罗计划与天空实验 室..目前正在致力于研制用于航 天飞机的性能较完善的航天服与 性能完善的高压全活动型航天服 美国第一次出舱活动是于 1965年6月双子星座4号航天员 E.怀特fE.Whie).穿着最初期 的舱外用航天服G一4C型.活动 性能也不佳 在空间活动21分 钟 利用手控行动装置(火箭 枪)做些直线移动和转动 通过 7m长的“脐带”与船舱相连. 从中供氧.通风(60L/min).通 话并传导人体资料 服装具有真 空屏蔽层.防微流尘层.头盔有 滤光镜 服内绝对压力为186~ 207mmHg(24.8~27kPa).服装 漏气量不超过0.2L/n 双子星座8号采用的航天服 增添了强迫通风引射器. “脐 带”长达38米 9号用G一4C航 天服在航天靴外表增添了防火 层.防护自动移动装置火箭推动 (由简单的火箭枪发展性能较 完善的该装置)产生的高热 阿波罗系列用于实现月球考 察 冈之.航天服的防护性能较 完善.采用A7L型航天服(图 2)头盔是南聚碳酸酯制成的全 透明钟罩型 前面有供水供流动 食物活门 在月球上带上微流尘 活动性能都较差.但舱外服由于 增添了液冷服.通风散热性能良 好.显著地提高了服装功效学性 能.为保证在月球上长达数小时 执行任务.提供r有利条件 天 空实验室采用A7I B型航天服。 l一应急供氧系统:2一通讯装置;3一防护u 袋:4一背包生命保证系统;5一供氧导管; 6一可脱掉的手套:7一宇宙射线能量传感器: 8一尿收集器:9一金属丝防护网:10一?2具 袋:11一滤光而窗;12一月球靴;13一距离 控制联合装置;14一于电筒;l5一天线 图2 A7L型航天服外观 航天飞机用航天服正在改进 提高 按设计指标.同阿波罗服 相比.研制中的航天服为软胎与 硬胎相结合的联合服 胸部为硬 胎结构.并同背包生命保证系统 连成一体.穿脱时间短.活动性 好.漏气量低.并通过微机随时 显示有关参数提供给航天员新的 
防护装备知识 C。on’l P’’  E—ui   蛰 信息.服装与背包生命保证系统 可反复使用 但如图所示.服装 臃肿.在有限空间的船舱里难以 实用 美国致力于研制的高压全活 号 各类型航天服的层次 外套层 真空隔热屏蔽层 限制层 气密层 液冷层 通风层 内衣  星 双子星 V V V V V V V V V V  V V V V V V 阿波罗f舱内) f舱外) 航天飞机 V V 动型航天服.已有RX系列、AX 系列.AES服等 这些处于试制 阶段航天服的基本功能是适应于 1个大气压力制度的舱压.不需 吸氧排氮.具有高水平的活动性 能:其改进的基本技术关键是身 体各主要活动部位具有不同类型 的等容结构(详见下述的气密限 制层)。 苏联初期飞船东方号(1961 年)航天服同航空用密闭服无大 差异 为适应出舱活动人体力学 的需要.在活动性能方面稍有改 进 上升2号航天员里昂诺夫于 1965年3月出舱活动时.在空间 仅停留l0分钟 上升号服的层 次与防护性能较全面(见表), 后来的联盟号服在结构上有新的 改进.改为软胎与硬胎结合的联 合服.并同头盔和背包生命保证 系统连成一体.在背部设有大开 供身体进出 衣袖与裤子仍 由织物制成的软胎结构 较以往 航天服具有如下优点:重量轻、 穿脱f实际上是进出)快.无人 帮助只需2 3分钟 气密性好. 肢体关节部位安置轴承和软滚珠. 活动性能有所提高 服内环境采 用再生式和循环.高压供氧.通 过氢氧化钾吸收二氧化碳 通过 离心式风扇实现服内氧气环境 采用气冷式通风散热与降温的液 冷结构(美国由阿波罗服开始采 用).并为保险起见.采用双层气 密层f见表) V V V V (舱内) l, V V V V V V (舱外) 号 V V V 保暖层 V V 上 升号 V V 层 V V 号 V 层 V V 号 f V V V V V 1956年l0月8日.我国第 航天员所穿的航天服是由高 个火箭导弹研制机构国防部第 强度涤纶做成的,重约10kg,由 五研究院成立.著名科学家钱学 于我国首次太空飞行没有安排出 森任院长.揭开了我国航天事业 舱活动.所以人员配备了舱内航 的序幕1 天服 舱内航天服主要用于救生 2003年10月l5日.我国 目的.当飞船座舱发生泄漏.压 “神舟”五号载人飞船成功发射 力突然降低时.航天员穿上它. 升空 中国太空第一人杨利伟 接通舱内供氧系统.就能确保安 圆了中国人千年飞天梦 全 图4航天员费俊龙和聂海胜 国产舱内航天服系乳白色镶 有天兰色的边线.穿着舒适,具 有国际先进水平.由3部分组 成: (1)限制层:保护服装内 层结构的: (2)气密层:具有 良好的透气性: (3)散温层: 连接内衣裤 航天员穿戴的头盔 图3航天员杨利伟 由聚碳酸酯制成.能隔热、隔音 2010年第4期中国个体防护装备53 
兰 防护装备知识     和防碰撞 手套Lj航天服配套. 加爪充气后具有良好的活动性能 轻伤.登月报的防护层通常采用 氯丁像胶尼龙布 4.2真空隔热屏蔽层 为了提高关节的活动性能, 多年来T程设计人员曾试制了波 纹管式、网状限制式、卡占瓣式和 和保暖性能 航天服的结构 该层的用途是保护航天员在 气密轴承转动式等多种形式的结 各类型航天服主要组成部分 舱外或月球上活动时.不受外界 构。 简介: 4.1外罩 外罩是服装最外的一层.其 用途是保护气密限制不受磨损. 弹射跳伞时保护限制层不受速压 的损坏.防火 舱外用服装的外 罩还应防护空间环境冈素的危 害。 常用的外罩材料主要有聚间 苯二甲酰间苯二胺.俗称为HT一 1的织物.涂聚四氟乙烯的纤维 织物.聚酯纤维织物等 舱外用航天服的外罩表面还 应具有必要的光学性能.对光的 反射率高.即对波长为0-36~0.75 微米的叮见光的吸收系数越低越 好.颜色应选用白色或在织物的 表面镀铝 为厂适应长时间在月球表面 上活动的需要.必须提高外罩的 防护性能 登月服外罩还可选用 直径为3~5pr的玻璃纤维布 在膝部和肘部增加由细金属丝编 制的防护网 月球表面上还有可 能遇到继发的陨石碎块.其速度 虽不大(1~1.5公里/秒),但仍 具有破坏力 故需要防护层加以 防护 该层还可以防备微流尘的 破坏作用 1×l0 ~lX10。4克以上 的微流尘就能够击空一般的防护 层.破坏气密层.造成爆发性减 压.直接危害生命 小于1 ̄10- 克的粒子的碰撞也能损坏飞船上 的光学仪器、观察窗、太阳能电 池组件等.航天服外罩也将受到 54 2010年第4期中国个体防护装备 环境过热或过冷的侵袭 在太阳 4.4通风结构与水冷服 光照射下.防止辐射热透人服装 由于气密层既不透空气又不 里:在太阳的阴影里(背阳侧), 透水汽.必须把人体不断排出的 防止服装内部热散失 在月球表 热量和水汽排出服装 当戴上头 面上辐射热量大.灰尘也多 若 盔或面窗关闭使航天员处于密闭 灰尘附着在外罩表面.会降低光 状态时.还必须供给氧气并排除 学性能.增大吸热率.故需要提 废气.以确保航天员呼吸新鲜空 高真空隔热屏蔽层的隔热值. 气 所有这些生理卫生学要求, 屏板是l0Lm厚的铝箔 或 均需通过服装通风结构来完成 用表面镀钭{的塑料薄膜制成.后 通风结构的设计应满足以下 者的优点是强度大.重量轻.导 原则: 热系数也低 通常采用的是有金 A、通风气流分布到全身各 属镀膜的聚酯薄膜(或聚酰胺薄 部位.不应有死区: 膜)和卡普龙编制的网状衬垫制 B、通风气流应沿身体表面 成的。 缓慢流动.以便充分地带走热和 4.3气密限制层 湿气.更有效地利用通风流量: 该层包括气密层与限制层两 C、选定身体几个主要部位, 个层次..由于二者多是结合在一 确定通风部位的流量分配比例 起的整体结构.特别 是硬胎结构(橡胶与 织物模压成型).故合 称为气密限制层 气密层应选用漏 气量甚微的胶卡或胶 布 采用缝纫成型的 软胎结构时.由于胶 布具有一定的漏气量 难以维持在最低水平 为了减少由地面上携 带到空间气体容量. 1一限制层;2一膝关节;3一胯关节;4~服装压力调节器; 必须尽量降低漏气量 5一压力表;6一密封电插头;7一肩关节:8一颈圈;9一安全 近年来.由于采用了 活门:1O一张紧钢索;l1~通风管;12一袖口;l3一进食u; 硬胎的模压成型.此 14一袖长调节带:15一肘关节:16一F肢渊 带:17一肩关 问题得到了较好的解 节导管:l8一肩关*钢索  决 图5航天服的气密限制层 
防护装备知识 China Personal Protective Eq ̄pment 毯 关于水冷服另有专文论述 4.5保暖层与内衣 重要部位.必须有良好的通风结 皮肤、血管和神经 穿得牢靠. 构 手指处于肢体末端,血液循 不易脱落.重量轻 航天靴有3种类型 一是与 保暖层位于气密层与内衣 环差:手指分散,散热面积大, 之间.保护航天员在环境温度变 易冷怕寒 这些都是解决手套的 服装气密限制层构成整体.不能 单独脱下:二是通过断接器可以 动范围不太大的条件下维持舒适 技术关键 状态 应选用热阻大、柔软、重 手套通常由舒适手套(相当 穿、脱的气密靴(如图7);三是 量轻的特制材料(如羊毛制品, 合成纤维絮片等).以便既有良 好的隔热性能.又不凶过厚而妨 碍动作 为了保证航天服具有全 面的防护性能.服装的层次是很 多的.但每一层都不能过厚,以 免造成服装臃肿.妨碍动作,这 在工程设计巾是严禁的 考虑到 冬季寒区(如降落后不能立即被 发现)停留时 可另外携带防寒 外罩 在宇宙空间停留时,考虑 到防护太阳辐射热.可增添真空 隔热屏蔽层 因之航天服的隔热 性能取决于各个层次隔热性能的 总和.保暖层仅为其中的一部 分。 内衣直接影响人体皮肤温度 和贴近内衣的空气层的温度,对 皮肤的生理功能也产生直接的影 响 故对内衣应有如下要求: A、柔软、有弹性、对皮肤 无刺激性: B、吸湿性好。在潮湿的状 态下不应粘贴皮肤.以免影响汗 的排出和蒸发: C、透气率高。有利于皮肤 表面与周围空气之间进行气体交 换。 4.6加压手套 手套在充分加压后,不应 影响手指和手掌活动 手的汗腺 分布密度大.又是精神性发汗的 于人体内衣)、气密限制层和附 件组成 在工艺成型上有软胎结 构.也有硬胎结构 二者各有其 优缺点 图6是一般常见的一种航天 用加压手套 为了改善手指的活 动.在手指关节部位增添“桔 瓣”式结构:为了限制手套的膨 胀.增添限制带(或金属限制 环):为了脱戴方便,手套固定 在腕部断接器上 后者可保证整 个手随意的旋转 手套也有与整 个服装同样的活动性能要求。目 前的努力方向也是采用等容结 构.以便适应手活动的需要。另 外.还着重于研究影响手感(触 觉)最小的织物 图6航天用加压手套 4。7航天靴 航天靴的用途是防寒、防潮 湿、防低压对人体的伤害,也防 机械性损伤。其设计要求与手套 相似.更需合脚,不压迫局部的 穿在气密限制层外面的套靴。这 3种类型各有优缺点 在实践中 都曾被用过 航天靴与服装一 样.不是常用装备.仅限于训练 和执行任务期间穿 而且在尚未 分型分号大批生产之前仅用一次 飞行 故在材料选择上应考虑这 特点 靴子的外层应重点保证 强度、不变形.耐磨不应作为要 求 这样可以做到既满足性能要 求.又保证重量轻 采用新的材 料.如靴采用特制的泡沫塑料. 靴面用合成纤维类.并用少量的 皮革做镶边 l一通风管连接件:2一脚通风垫;3一通风管; 4一连接环:5一皮革面:6一皮革衬里;7一涂 胶气密层 图7航天靴 登月用的靴子应具有良好的 保暖与隔热性能.保护脚掌不受 月球表面高温或低温的伤害。对 2010年第4期中国个体防护装备55 
防护装备知识 l1)r  Ch a P 。e rso。  l‘rotec tive。 quip me—t 登月靴的要求是能耐+150~200℃ 的环境温度 有人考虑用耐高温 喷枪是用于航天员在空间行 经过75小时飞行到达月球轨道 动的一种简便工具.在上部装有 由科林斯驾驶指令舱绕月球轨道 的材料制成可以脱下来的靴子. 以便满足这些要求 4.8背包生命保障系统 个向前方喷射的喷嘴3.在两 飞行.阿姆斯特朗和奥尔德林驾 侧装有向后方喷射的喷嘴。手柄 驶登月舱.于7月21日月面静 上装有板机 需要行动时将喷枪 海的一角降落.阿姆斯特朗第一 背包生命保障系统是一套 放在身体重心所在部件.用手按 个踏上人类向往已久的地外星 复杂的装备。其基本用途是: (1)维持航天服里规定的 压力: (2)供给航天员呼吸用的 氧气 由于采用较低的压力制 度.又要防止产生减压病,故只 有供给纯氧才能保证人体的需 要 密闭循环rj路的供氧量平均 应不少于l升/分.氧气推带量根 据舱外活动时间确定: (3)通风散热和除湿 通 风流量平均应有200升/分: f4)向水冷服提供循环水 (流量数据见“水冷服”): (5)清除人体排 的废气 根据上述基本用途设计的生 命保障系统应绝对安全可靠:手 控与自控相结合.以自控为主: 整个系统紧凑.适于安装在背包 里 背包的体积越小越好.背包 过大.过渡舱的直径必将随之增 大.也会妨碍航天员的活动 所 有的部件都是密封的.背包本身 可以不密封.只用于存放各部 件.并起防护作用 背包应在较 小的舱内容易背上或脱下 4.9稳定和移动装置 航天员在宇宙空问不能如同 在地面上随心所欲地行动.并随 时都有发生旋转的可能 、为了稳 定体位并定向活动.必须使用稳 定体位和空间移动装置 56 2010年第4期中国个体防护装备 压板机.起动喷射器.产生推 力.即可促使身体移动 稳定装置可保证航天员向任 方向移动并稳定体位 该装置 通常由以下各主要部分组成: (1)动力系统 用90%的 过氧化氢为燃料,用氮气推动燃 料到喷射器.用手调节燃料的供 给量 分别各有两个喷嘴用于向 前、向后、后上和向下移动。 (2)操纵系统。该系统保 证航天员在3个平面上移动时体 位的稳定 通常是自动控制.但 也可以手控 (3)信号系统。体位的稳 定是通过3个陀螺仪来实现 自 陀螺仪发出信号控制喷射器的阀 门 如果信息超过规定水平以及 补偿±5。的扰动时.喷射器开始 工作 此外.该系统对于各关键 部件发生故障时可预先发出警报 信号.以确保安全 登月壮举 在载人登月的探索过程中. 字航服已达到了很完善的地步. (图8),能保证宇航员在月球上 的安全.人类正式登月飞行的时 机到来了1 1969年7月16日.阿波罗 11号飞船载着阿姆斯特朗.奥尔 德林和科林斯3名宇航员.自美 国卡纳维拉尔角航天中心出发. 球.奥尔德林紧随其后登上月 球 刚刚踏上月球.宇航员们 t 情无比激动.面对摄像镜头.阿 姆期特朗对全球亿万通过电视和 广播关注着这一历史性时刻的人 们深情的说道: “对一个人来, 这只是一小步 、可对人类不说. 这却是巨大的飞跃”他们在月面 进行科学考察.并插上一块金属 纪念牌.上面镌刻着一行大字: “公元1969年7月.来自行星地 球上的人首次登上月球 我们是 全人类的代表,我们为和平而 来。” 1969年7月24日.阿波罗 11号飞船载着3名宇航员载誉回 到地面.完成了一次具有伟大历 图8宇航天员在月球上进行科学试验 史意义的航天飞行 

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