奢侈品+登月計(jì)劃，這件太空內(nèi)衣有來(lái)頭

當(dāng)時(shí)尚品牌遇上航天工程，會(huì)碰撞出怎樣的火花？

近日，意大利奢侈品牌普拉達(dá)攜手美國(guó)公理航天公司，聯(lián)合推出新一代液冷通風(fēng)服。這款裝備是登月艙外航天服的核心內(nèi)層，計(jì)劃于2028年阿耳忒彌斯-4任務(wù)正式投入使用。這款特殊的“航天內(nèi)衣”暗藏哪些黑科技？又憑借哪些先進(jìn)設(shè)計(jì)守護(hù)航天員的太空作業(yè)安全呢？

▲ 新一代液冷通風(fēng)服（右）

溫差300℃，這件衣服來(lái)保命

理解液冷通風(fēng)服的功能，需要從人類在太空環(huán)境中面臨的熱管理問(wèn)題入手。

航天員在月表執(zhí)行艙外活動(dòng)時(shí)，身體的新陳代謝會(huì)產(chǎn)生大量熱量，但一件大尺寸、多層結(jié)構(gòu)的硬殼航天服會(huì)像移動(dòng)的保溫瓶一樣難以散熱。在真空環(huán)境下，空氣稀薄到幾乎不存在，人體無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)的空氣對(duì)流或汗液蒸發(fā)來(lái)降溫。

與此同時(shí)，月球表面白天溫度可高達(dá)100多攝氏度，夜晚則會(huì)驟降至零下180攝氏度以下，溫差可達(dá)300攝氏度。對(duì)于航天員來(lái)說(shuō)，在硬殼艙外服內(nèi)部悶上數(shù)小時(shí)，不僅要承受來(lái)自外太空的極端高溫和酷寒，更危險(xiǎn)的是很有可能會(huì)被自己身體不斷積累的熱量“從內(nèi)部烤熟”。因此，在航天員穿上外層航天服之前，必須再穿一層特制的內(nèi)衣來(lái)維持體溫恒定。

而液冷通風(fēng)服的核心熱控方案，正是通過(guò)遍布全身的細(xì)密冷卻管網(wǎng)輸送冷卻液體來(lái)實(shí)現(xiàn)降溫，這些管道如毛細(xì)血管般分布在航天服內(nèi)層與人體貼合的表面，通過(guò)持續(xù)的液體循環(huán)帶走熱量。

簡(jiǎn)而言之，當(dāng)冷卻水在管路中流過(guò)貼近人體皮膚的區(qū)域時(shí)，熱量會(huì)通過(guò)管道壁傳導(dǎo)給冷卻水，將熱量從航天員體表剝離。隨后，熱量會(huì)被傳送到航天服的便攜式生命維持系統(tǒng)中，最終排散至太空環(huán)境。

從微觀尺度看，當(dāng)冷卻水在直徑為幾毫米的管路中流過(guò)人體各節(jié)段時(shí)，通過(guò)冷卻管路與基礎(chǔ)服裝之間的換熱面積以及水與管壁的對(duì)流換熱，將大量代謝熱源源不斷地帶離航天員的體表。

這套換熱網(wǎng)絡(luò)近乎覆蓋了人體軀干、四肢的所有主要肌肉群，確保航天員在高負(fù)荷的月面作業(yè)（地質(zhì)采樣、設(shè)備搬運(yùn)等）中不會(huì)因?yàn)楹诵捏w溫過(guò)高而出現(xiàn)問(wèn)題。

▲ 液冷通風(fēng)服中的內(nèi)置冷卻液導(dǎo)管

人體控溫神器來(lái)襲

然而，僅靠基礎(chǔ)的熱交換模型仍不足以應(yīng)對(duì)外太空這種極致嚴(yán)苛的環(huán)境。相比于阿波羅時(shí)代的傳統(tǒng)液冷服，普拉達(dá)與公理航天公司聯(lián)合設(shè)計(jì)的新款服裝最大的進(jìn)化在于引入了“全冗余冷卻回路設(shè)計(jì)”。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這樣的設(shè)計(jì)意味著服裝內(nèi)部同時(shí)存在著主動(dòng)力回路和一套處于待命狀態(tài)的完整備份回路。

一旦主液冷回路因微隕石撞擊、管路疲勞斷裂或接頭泄漏等意外出現(xiàn)故障，備份回路將以零延遲或在極短的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)接管整個(gè)冷卻回路。冗余冷卻裝置的存在確保了即使遇到極端情況，航天員也擁有持續(xù)調(diào)節(jié)體溫的生命“雙保險(xiǎn)”。

值得一提的還有它的通風(fēng)系統(tǒng)，其目的是在封閉的環(huán)境中持續(xù)提供舒適的呼吸環(huán)境。這個(gè)系統(tǒng)會(huì)將新鮮氧氣輸送到航天員面部，同時(shí)實(shí)時(shí)收集呼出的二氧化碳。

這些二氧化碳會(huì)在生命維持裝置中被處理掉，之后氧氣又會(huì)重新循環(huán)回來(lái)。這兩種功能在整個(gè)長(zhǎng)達(dá)8小時(shí)的空間行走過(guò)程中無(wú)縫協(xié)作，共同為航天員提供適宜的活動(dòng)環(huán)境。

除此之外，普拉達(dá)團(tuán)隊(duì)利用3D數(shù)字建模技術(shù)，對(duì)服裝版型進(jìn)行了精確設(shè)計(jì)。管路的鋪設(shè)路徑繞開了肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)等活動(dòng)幅度較大的區(qū)域，改用彈性織物過(guò)渡，既保持了整體線條的流暢感，又提升了活動(dòng)自由度，同時(shí)也優(yōu)化了長(zhǎng)時(shí)間的穿戴體驗(yàn)。

在深空環(huán)境中，耐用性已成為設(shè)計(jì)理念的一部分，服裝不僅需要運(yùn)行無(wú)誤，還必須在多次部署中保持性能完好。打造一種能夠隨時(shí)間的推移保持性能的冷卻層，需要一種更常應(yīng)用于豪華性能服裝的材料，而非傳統(tǒng)的航空航天系統(tǒng)所使用的材料。普拉達(dá)挑選的特種合成纖維便具備多次重復(fù)使用能力，可在多次任務(wù)中反復(fù)使用。

總的來(lái)說(shuō)，這款看似簡(jiǎn)單的一件航天內(nèi)層服飾，卻是保障航天員生命安全、支撐其長(zhǎng)時(shí)間月面作業(yè)的關(guān)鍵一環(huán)。這件跨界合作的“航天內(nèi)衣”，不僅是航天裝備技術(shù)迭代的生動(dòng)體現(xiàn)，也將為人類持續(xù)探索月球、邁向深空筑牢堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

來(lái)源/《中國(guó)航天報(bào)·飛天科普周刊》

文/林胤之

編輯/馬驍

審核/楊建 楊蕾

監(jiān)制/黃希

本文轉(zhuǎn)載自公眾微信號(hào)：新聞聯(lián)播

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