科普:一件宇航服的開發成本是多少?都有哪些組件和供應商?
“宇航服的制造很難么?”
目前全球只有美國、俄羅斯和中國能獨立研制宇航服/航天服。
NASA在 2017 年報告中指出,在過去的 9 年期間,花了2億美元用于艙外宇航服開發。自2017年報告至今,又額外花費了2.2 億美元——總計 4.2 億美元。
美國宇航局目前的計劃是在 2024 年 11 月之前生產出前兩個可飛行的探索艙外移動裝置 (xEMU),但該機構面臨著大約 20 個月的交貨延遲。
”宇航服這么貴,里面都有啥?“
具體來看艙外宇航服(xEMU)的系統組件如下圖。

目前NASA的xEMU供應商列表如下
目前NASA的xEMU供應商列表如下
EDN在NASA的網站上,找到公開的宇航服的不同部位的信息,分享給大家。
主要生命支持子系統(PLSS,Primary Life Support Subsystem)
宇航員進行太空行走,最離不開的就是是宇航服上面的生命維持系統PLSS。在不大的背包里面集成了身體機能檢測、系統通風、二氧化碳清除、熱量交換、水分分離、通信、壓力調節器等數十種技術設備,為宇航員提供了在太空行走中生存的必備品。
PLSS 還裝有水冷設備、一個循環氧氣的風扇和一個雙向無線電。這個背包中的警告系統可以讓太空行走者知道宇航服是否有問題。該裝置覆蓋有保護布層。
NASA已經完成的和計劃中的xPLSS開發活動。
設計驗證與測試(DVT)套裝的裝配經歷了許多與xPLSS相關的技術挑戰,導致了工期的延誤。
xPLSS 控制器的電路板需要返工以更新警告和警告系統,即控制關鍵生命支持組件的航空電子設備。其中一項功能——空對空探索 EMU 無線電——更新了一項功能,以確保 xEMU 航空電子系統的任何非關鍵故障不會導致通信系統出現嚴重故障。
宇航員用來控制所有關鍵功能的 xPLSS 類似飛行的顯示和控制單元經歷了生產延遲。 最初,NASA 使用市售產品構建了一個原型,以確定正確的尺寸。由于開發過程中的設計更改和升級,NASA 人員將該單元更換為現有的備用單元,該備用單元為測試提供了適當的功能。
2021 年 3 月,DVT 套裝組裝過程因組件故障而暫停。具體來說,工作人員使用了錯誤的規范來構建復雜的 xPLSS 接口 它的失敗表明了 DVT 開發過程中的缺陷。NASA 人員將此問題歸結為 (1) 進度壓力; (2) 依賴之前使用的測試盒; (3) 團隊之間的溝通中斷; (4) 項目團隊的快速成長,包括缺乏經驗的人員的加入; (5) 在開發測試期間使用未發布的圖紙。
堅硬的上身(HUT,Hard Upper Torso)
HUT覆蓋胸部和背部。它是一種由玻璃纖維制成的背心,這一材料通常應用于汽車及游泳池。
顯示和控制模塊,以及隨身生命維持系統會鏈接在這一部分。這部分的一個重要功能是它可以作為排水和氧氣流管子的連接。
可變長短的袖子
宇航員可以不用定制。有現成的不同尺寸的臂組裝零件,定徑環可以使袖子更長或更短。
帶加熱的手套
宇航員必須能夠在戴著宇航服手套的情況下處理和撿起物體。艙外活動(EVA)用于保護宇航員免受太空環境的傷害。手套要便于宇航員盡可能輕松地移動手指。
手指是身體上太空中最冷的部分。這些手套的指尖有加熱器。通過軸承部件,手套能夠連接到套管,并允許手腕轉動。
顯示和控制模塊
該模塊是艙外宇航服的控制面板。模塊上有開關、控制器、儀表和電子顯示屏。
宇航員可以從該模塊操作隨身生命維持系統。
宇航服內的喝水包
塑料水袋扣在HUT的內側。一個帶閥門的塑料管從袋子里伸出來。吸管和閥門可以調整到靠近宇航員的嘴。宇航員可通過咬住閥門打開管子喝水,停止咬合即可關閉閥門。
宇航服的下身
下身由宇航服褲子,靴子和腰部下半部分組成。其中腰部軸承部件可以幫助宇航員移動和轉動。金屬體密封閉合將下身組件連接到上身HUT上。
下身有D形環以連接系繩,從而將宇航員鏈連接到飛船上,保護宇航員不會飄走。
透明的頭盔
除了覆蓋宇航員的頭部,頭盔還有一個通風墊。該墊將氧氣從隨身生命維持系統和上身HUT引導至頭盔的前部。
頭盔使氧氣保持在頭部周圍,并維持穩定的氣壓下。頭盔的主要部分是透明的塑料泡沫。
氣泡型的頭盔覆蓋了艙外遮陽板組件,遮陽板上涂有一層薄薄的金,可以過濾掉太陽的有害射線。遮陽板還可以保護宇航員免受極端溫度和可能存在潛在撞擊危險的小物體危害。
頭盔上可安裝攝像頭和燈。
通信頭戴 (CCA, Communications Carrier Assembly)
CCA 有時稱為史努比帽,是宇航員在頭盔下戴著帽子。它有耳機和麥克風。它連接到宇航服上的無線電。使用 CCA,宇航員可以與其他機組人員交談并聽到警告音。
液體冷卻和通風服裝
大多數長內衣主要是用于保暖,這款內衣讓宇航員在太空漫步時保持涼爽。它由彈性氨綸材料制成,配備91.5米的細管。
通過將水泵入宇航員皮膚附近的管道,冷卻水在宇航員整個身體周圍循環,從而消除宇航員運動產生的額外熱量。
液體冷卻和通風服裝
大多數長內衣主要是用于保暖,這款內衣讓宇航員在太空漫步時保持涼爽。它由彈性氨綸材料制成,配備91.5米的細管。
通過將水泵入宇航員皮膚附近的管道,冷卻水在宇航員整個身體周圍循環,從而消除宇航員運動產生的額外熱量。
衣服上的通風口可以吸走宇航員身上的汗水。這些汗水在水冷系統中循環使用。
此外,通過手腕和腳踝處吸入氧氣,以幫助氧氣在宇航服內循環。
成人尿布(最大吸收量)
宇航員通常持續六個多小時沒有休息,在他們的太空服下有額外的吸收材料。
背著氮氣包救生EVA Rescue
艙外活動簡便救援裝置(SAFER)就像一件救生衣。在空間站工作的宇航員都會穿著SAFER。宇航員通常通過系繩連接到空間站。如果一名宇航員漂向太空,SAFER將幫助他/她飛回空間站。
SAFER像背包一樣穿著。它使用小型氮氣噴射推進器讓宇航員在太空中移動。宇航員可以用一個小操縱桿控制SAFER。
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