宇航服材料.ppt

宇航服 又称航天服 是航天员进入太空必须穿的服装 一般由压力服 头盔 手套和靴子等组成 宇航服是保障航天员生命安全的最重要的个人救生设备 宇航服按用途可分为舱内宇航服和舱外宇航服两大类 分别有软式 硬式和软硬混合式结构 无论是舱内宇航服还是舱外宇航服 都必须选用特殊的材料 采用特殊工艺 经过特殊的加工 制作和各种试验后才能够完成 尤其是舱外宇航服造价可达上千万美元 真可谓是世界上最昂贵的服装 宇航服材料 舱内宇航服舱内宇航服是航天员在航天器内使内使用的宇航服 航天员在航天器发射 返回和在轨道运行期间发生密闭舱失压等事故时 必须穿上舱内宇航服 宇航服因具有充压和加压的重要功能 将起到保护航天员生命安全的关键作用 舱内宇航服通常是为每一位航天员定做的 它是在高空飞行密闭服 简称压力服 的基础上发展起来的 压力服的特点是 当它在充气加压时可呈拟人状态 人在其内全身可处于同一均匀的大气压力环境中 当航天员在舱内使用宇航服时 必须将宇航服与舱内环控生保系统连接使用 舱内宇航服工作时应与舱内通风供氧装置连接 它的主要作用是在人体周围创造适宜人生存和工作的微小气候环境 用于防护低压环境对人体的危害 如有需要也可增加对高温 低温或有害气体环境对人体危害的防护作用 如果应急救生时间较长 根据需要也可配置尿收集装置 使航天服还具有收集和储存航天员尿液的功能 舱内航天服一般由航天头盔 压力服 通风和供氧软管 可脱戴的手套 靴子及一些附件组成 航天头盔 一般带有密闭的启闭机构和球面形的全景面窗 压力服 是航天服的主体 一般为连体式 具有很好的气密性 能够在充气加压时保持拟人形态 并保证人体关节活动的一定范围 航天手套带有密封轴承的腕部断接器 既可以把航天手套戴在压力服的袖口上 并保证气密性 也可以将手套脱掉 靴子 有与压力服构成整体的靴子 不单独使用 也有具有断接器的可穿脱密土封靴子 还有可穿在压力服限制层的套靴 航天服通风供氧软管 应与舱内通风供氧装置相连 在正常情况下 能够给穿着航天服的航天员提供全身的通风 使航天员处于相对舒适的环境中 当座舱出现压力应急时 给服装通风的风机会自动关闭 使航天服处于密封供氧状态 应急供氧装置通过服装供氧软管将氧气送入航天服内 一部分氧气将进入头盔内供航天员呼吸及头部散热 然后由压力调节器排出 舱内宇航服 舱外宇航服舱外航天服实际上是最小的载人航天器 是航天员走出航天器到舱外作业时必须穿戴的防护装备 舱外航天服大约重275磅 除了具有舱内航天服所有的功能外 还增加了防辐射 隔热 防微陨石 防紫外线等功能 在服装内增加了液冷系统 液冷服 以保持人体的热平衡 并配有背包式生命保障系统 舱外航天服主要由外套 气密限制层 液冷通风服 头盔 手套 靴子和背包装置等组成 是一种多层次 多功能的个人防护装备 它的结构特点是 采用硬质的上躯干 上面装有双臂和生命保障系统组件 头盔与上躯干为一整体 不能跟随航天员头部运动 通过气密轴承和一个自由度的关节连接来保证四肢各关节的活动性能 有硬结构 也有软结构部分 是混合式结构 软的部分采用气囊和约束结构 外套是由多层防护材料组成的真空隔热屏蔽层 具有防辐射 隔热 防火 防微陨石的功能 气密限制层是舱外航天服最重要的部分 通常选用无毒性 重量轻 抗压强度高 伸长率小的织物和像胶材料制成 它的作用是保持服装气密 限制服装膨胀 使各大关节具有一定的活动度 液冷通风服穿在气密限制层内 在服装的躯干和四肢部位有网状分布的塑料细管 液体流过时可将热量带走 此外还装有通风管 头盔有两种 均通过颈圈与服装连接 一种是面窗可随意启闭 在应急减压时可自动或手动关闭并自锁 另一种是由聚碳酸酯模压成头形壳体 平时不戴 必要时戴上 头盔外还有防护罩和护目遮阳装置 手套 靴子与服装通过断接器连接 袜子和气密限制层连成一体 通常有3种型号供选用 舱外宇航服 宇航服 材料与结构宇航服能构成适于宇航员生活的人体小气候 它在结构上分为6层 内衣舒适层 宇航员在长期飞行过程中不能洗换衣服 大量的皮脂 汗液等会污染内衣 故选用质地柔软 吸湿性和透气性良好的棉针织品制做 保暖层 在环境温度变化范围不大的情况下 保暖层用以保持舒适的温度环境 选用保暖性好 热阻大 柔软 重量轻的材料 如合成纤维絮片 羊毛和丝绵等 通风服和水冷服 液冷服 在宇航员体热过高的情况下 通风服和水冷服以不同的方式散发热量 若人体产热量超过350大卡 小时 如在舱外活动 通风服便不能满足散热要求 这时即由水冷服降温 通风服和水冷服多采用抗压 耐用 柔软的塑料管制成 如聚氯乙烯管或尼龙膜等 气密限制层 在真空环境中 只有保持宇航员身体周围有一定压力时才能保证宇航员的生命安全 因此气密层采用气密性好的涂氯丁尼龙胶布等材料制成 限制层选用强度高 伸长率低的织物 一般用涤纶织物制成 由于加压后活动困难 各关节部位采用各种结构形式 如网状织物形式 波纹管式 桔瓣式等 配合气密轴承转动结构以改善其活动性 隔热层 宇航员在舱外活动时 隔热层起过热或过冷保护作用 它用多层镀铝的聚酰亚胺薄膜或聚酯薄膜并在各层之间夹以无纺织布制成 外罩防护层 是宇航服最外的一层 要求防火 防热辐射和防宇宙空间各种因素 微流星 宇宙线等 对人体的危害 这一层大部分用镀铝织物制成 与宇航服配套的还有头盔 手套 靴子等 宇航服 材料与结构 宇航服 作用 宇航服 作用宇宙中的空气 温度 压力等都与地球不同 人是无法生存的 而一套宇航服等于提供给宇航员一个适合他生存的环境 宇航服是由一种又轻巧又结实的材料做成的 可以防护空间的真空 高低温 太阳辐射和微流星等环境因素对人体的危害 在空间的真空环境中 人体血液中含有的氮气会变成气体 使体积膨胀 如果人不穿加压气密的航天服 就会因体内外的压差悬殊而发生生命危险 它还能调节温度和保持空气压力 使宇航员像生活在地球上一样 它还能提供氧气 所以 宇航员在进入太空时必须穿宇航服 总结有以下几点作用 1 使位于太空的人体处于加压状态 2 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 3 防护宇航射线辐射 4 经得起微流星的冲击 5 应付太空意外事故的能力 宇航服 作用 宇航服 进化史第一代宇航服近代的航天服是1961年在美国问世的 当年5月阿仑 谢泼德第一个成功地进行了美国最早的载人航天飞船计划 水星计划的亚轨道飞行 飞行所用的航天服 是由当时美海军的高性能战斗机飞行员穿着的MK 4型压力服加以改进的 这种航天服由氯丁橡胶涂在布上的防护层和经过氧化铝处理的强化尼龙的内绝热层叠合而成 肘和膝关节部分缝入了金属链 容易弯曲 但是 当内压提高时 航天员难以活动身体 第二代航天服60年代中期在实施双子星座计划时 美国又开发了第二代航天服 这种航天服在封入空气压的压力囊外蒙上了一层用特氟纶混纺材料织成的网 即使空气压使航天服整体膨胀也容易弯曲 由于双子星座计划要求航天员进入太空在轨道上作会合或入坞的活动 所以这种航天服具有极佳的运动性 第三代航天服第三代航天服是实施阿波罗计划时使用的航天服 月面活动与浮游在太空活动的情形不同 必须一边步行在遍地皆是岩石的月球表面 一边弯下身体采取岩石标本 再者 要求保护航天员能经受强烈的太阳光辐射 以及使从天而降的微小陨石砸在身上也不致破损 这种航天服在关节周围制成伸缩自如的褶皱 大大提高了运动性能 但是 必须穿着特殊的 内衣 这种几乎盖住全身的网状内衣缝入了长达100米犹如意大利空心面条那么粗的盘成网状的管子 管内流过冷水 吸走航天员身上散发的热量 并排到宇宙空间 所以航天员穿上后感到十分舒适 穿在内衣外的航天服由内绝热层 压力层 限制层 抑制压力层的膨胀 几层重叠 最外面还蒙上聚四氟乙烯与玻璃纤维制成的保护层 再戴上强化树脂制成的盔帽 与航天服