我國空間站航天員出艙，身穿的3000萬元衣服，為何無法帶回地球？

太空行走無疑是航天任務裡最危險的活動之一，宇航員需要脫離太空艙的保護，只靠一件宇航服維持自己的生命。正因為難度非常高，所以到現在為止，也只有中美俄三國掌握核心技術。為了能支援艙外活動，艙外宇航服的材料和設計要求非常高，我國一件艙外宇航服的造價就高達3000萬人民幣。

Tips：太空Space，漢語字典解釋是極高的天空。位於瑞士日內瓦的國際航空聯合會定義了大氣層與太空的界線：以離地球海平面100千米（約62英里）的高度為分界線，稱為卡門線。

但儘管如此，太空行走也沒有辦法像電影中那樣瀟灑，宇航員出艙活動就像穿衣服出門一樣簡單。更讓人難以相信的是，這麼昂貴的衣服，居然沒有辦法帶回地球，最終的命運只有墜入大氣層燒燬這一條路。那麼問題來了，出倉活動到底有多麻煩，宇航服又為什麼無法帶回地球呢？

艙外宇航服科技含量有多高？

太空是一個完全不適合生命存在的地方，這裡沒有空氣，不僅沒有辦法呼吸，也沒有維持人體內外壓平衡的大氣壓。雖然處於太空之中，人的血液不會直接沸騰，但是減壓病和肺部氣體瘋狂的外洩，會讓人在短短15秒內失去意識。

Tips：減壓病是由於高壓環境作業後減壓不當，體內原已溶解的氣體超過了過飽和界限，在血管內外及組織中形成氣泡所致的全身性疾病。

更可怕的是，太空中的溫度也非常極端，在太陽照射的時候可以高達121度，陽光照射不到就會迅速跌至零下157度，正負溫差高達300度，任何生物都無法應對這樣誇張的變化。而且宇宙空間中還充滿了致命輻射以及微型流星，只要稍有差池，宇航員就會死亡。但是，空間站的維護維修，以及一些實驗都只能靠宇航員出艙親手操作。於是，可以保證宇航員可以在太空短暫活動的艙外宇航服便應運而生。

Tips：輻射的能量從輻射源向外所有方向直線放射。物體透過輻射所放出的能量稱為輻射能。輻射按倫琴 /小時(R)計算。輻射有一個重要特點，就是它是“對等的”。

作為生命維持系統，艙外宇航服的要求非常苛刻，它需要為宇航員提供足夠的大氣壓，並且供應水和氧氣，同時也要吸收二氧化碳、水蒸氣和其他有害氣體。而在材料上，艙外宇航服需要隔絕外部溫度的變化，並且維持宇航員的正常體溫，同時也要有一定的防彈功能，還能抵抗宇宙射線。而最重要的是，在滿足以上所有條件的同時，宇航服還要足夠輕便靈活，可以讓宇航員在太空中完成複雜的操作任務。如此高的要求，也在情理之中了。

Tips：宇宙線亦稱為宇宙射線，是來自外太空的帶電高能次原子粒子。它們可能會產生二次粒子穿透地球的大氣層和表面。射線這個名詞源自於曾被認為是電磁輻射的歷史。

現在我國的艙外宇航服的成本大概是3000萬人民幣左右，而美國1980年設計出的艙外宇航服造價大概在1500萬美元左右，折算一下相當於如今的1.5億美元，而這些都只是宇航服的價格，背後最關鍵的生命維持系統揹包並沒有算在裡面。

生命維持系統揹包是艙外宇航服最核心的裝備，也是區別艙內宇航服和艙外宇航服的關鍵。這個大揹包裡包含壓力調節系統、供氧系統、廢氣過濾以及迴圈通風等裝置。雖然美國沒有公開價格，但有學者推測，這一套衣服的總價值大概在2200萬美元左右，相當於現在的14億多人民幣。雖然現在科技水平提高，材料費用在相應減少，但估計我國的艙外宇航服的整套費用也是一個天文數字。

Tips：生命維持系統是一套複雜的機械裝置，它需要考慮到宇航員穿著它之後具備一定時間的獨立執行能力，包括持續供氧、散熱、水分補充等功能。

我國的艙外宇航服由6層結構，最內層是特殊防靜電處理過的棉布織成的舒適層，它可以緊密貼合在宇航員的身上，同時帶有空調系統，保證宇航員體溫正常，並且吸收汗液。接下來是橡膠質地的備份氣密層，它的作用就是為宇航員提供足夠的大氣壓維持生命。再下來是滌綸面料的限制層，保證宇航服在充氣的同時不會過度膨脹，影響出艙後的關節靈活度。最後是用來隔熱的隔熱層。

Tips：靜電static electricity，是一種處於靜止狀態的電荷。在乾燥和多風的秋天，在日常生活中，人們常常會碰到早上起來梳頭時，頭髮會經常“飄”起來，越理越亂。

艙外宇航服有這麼多層結構，還要在充氣加壓之後依舊保證靈活，這一點一直都是艙外宇航服的設計難點。比如說我國的艙外宇航服，為了保證手肘的靈活度，仿照了龍蝦蝦尾的仿生結構，而這還不是最難的部件，真正考驗技術的是手套的設計。

宇航員在維修空間站的時候，常常要進行幾個小時的複雜操作，所以要求這個厚厚的手套可以進行長時間的精細操作。為此，手套內部還有滑輪和絃系統以增加靈活性，最外層的面料還要求可以承受反覆彎折和硬物穿刺。所以直到現在，各國的艙外宇航中，手套部分一直是需要專門定製的消耗品。而其他的部件都可以多人共用。

Tips：手套是手部保暖或勞動保護用品，也有裝飾用的。手套是個很特別的東西，當初它的產生並不是為了實用，只是到近代，它才成了寒冷地區保溫必備之物，或是醫療防菌、工業防護用品。

在太空中，任何不起眼的小事，都比在地球上麻煩的多。比如說在太空中產生的各種廢物，都沒有帶回地球的價值，命運只有扔進大氣層裡燒燬這一個結局。我們現在甚至連一套艙外宇航服都帶不回來。

比如說國際空間站上的幾套美國宇航服已經用了15年了，儘管已經有了安全隱患，但在沒有新宇航服替代的情況下，他們還是在用這4套破舊的衣服進行艙外維護工作的。

宇航員出艙一點也不輕鬆

在一些科幻電影裡，宇航員在太空行走簡直像穿套衣服出門一樣簡單。實際上，想要完成一次太空行走非常麻煩，我們以神舟7號太空行走為例，來看看宇航員到底要做哪些事情。宇航員出艙過程可以分為四個階段，分別是在軌組裝、檢查與訓練段，出艙準備與過閘段，艙外活動段以及返回過閘段。其中最麻煩的準備階段，都需要操作將近15個小時。在這4個階段裡，航天員必須經歷上百個步驟，其中有8個任務最為重要。

Tips：神舟七號，簡稱“神七”，為中國載人航天工程發射的第七艘飛船，是中國的第三次載人航天飛行任務，也是中國“三步走”空間發展戰略的第二階段。

第一，組裝艙外宇航服：在飛船發射時，為了節省空間，艙外服是打包固定在軌道艙內的。所以宇航員第一步需要啟封包裹，把各個元件組裝在一起，之後穿上它檢測各部件是否工作正常。這是最耗費時間的一項任務。　

第二，在軌訓練：在穿好宇航服之後，宇航員還要現在艙內進行預演，把所有出艙活動的關鍵步驟都熟悉一遍。因為神7的宇航員並沒有經過過真正的太空行走，在地面訓練都是在水中模擬出艙環境的，和真實情況有很大的差別。其實，不管經驗多豐富的宇航員，在出艙前預演都是非常重要的環節。

Tips：艙外航天服是一個微型的航天器，是航天員走出航天器到艙外作業時必須穿戴的防護裝備，以便把航天員的身體與太空惡劣環境隔離開來，並向航天員提供一個相當於地面的環境。

第三，清空軌道艙：訓練完成並充分休息之後，宇航員就要清理軌道艙，為軌道艙減壓做準備了。現代的宇航服還沒有能力做到在保證靈活的條件下，加壓到1個大氣壓的強度。比如美國的現役艙外宇航服，大氣壓只有29.6千帕，而我國和俄羅斯都是40千帕標準。雖然比美國高，但是還需要做緩慢的減壓適應，才能出艙活動。這時軌道艙的壓力會和艙外宇航服一起減壓，所以軌道艙裡承受不了減壓的器材都需要搬到返回艙裡鎖閉艙門。比如說食品、供水器、尿液儲箱管路、手持攝像機、醫學檢查用的血液乳酸儀，等等都要搬出軌道艙。

Tips：軌道艙的主要任務是為航天員空間生活和工作提供一個暫時的空間，隨著飛船任務結束軌道艙就失去了繼續存在的價值，繼續留著，可能會失去動力以後變成太空垃圾，危及地面的安全。

第四，洩壓準備：宇航員再次穿好艙外宇航服，隨同軌道艙一起緩慢洩壓。艙外宇航服會洩壓到40千帕時停止，而軌道艙要一直降到兩千帕左右。在這之後，宇航員才能開啟艙門，進行太空行走等一系列活動。在活動完成之後，宇航員回到軌道艙，還需要經歷緩慢的增壓適應，才能脫下宇航服休息。看了這些步驟，相信大家已經明白太空行走到底是一件多麻煩的事情了。

Tips：在廠房內發生爆炸時，為了避免廠房主體結構遭到破壞，採取的最有效措施是洩壓。就是使爆炸瞬間產生的巨大壓力，由建築物的內部，透過洩壓設施向外排放。

為什麼艙外宇航服無法帶回地球？

2008年9月27日的神舟七號飛行任務中，我國宇航員翟志剛穿著中國“飛天”艙外航天服完成出艙任務，劉伯明穿俄羅斯“海鷹”航天服輔助，太空行走總時長不到20分鐘。講道理，他們身上的艙外宇航服還可以繼續服役很長時間。一般情況下，它可以在三年內被反覆使用15次以上。所以這兩套價值不菲的艙外宇航服講道理可以帶回來，換副手套之後就可以接著用了。但可惜的是，這兩套衣服最後都留在了軌道艙裡，隨著軌道艙墜入大氣層中燒燬了。

Tips：大氣層atmosphere，是因重力關係而圍繞著地球的一層混合氣體，是地球最外部的氣體圈層，包圍著海洋和陸地，大氣層的厚度大約在1000千米以上，但沒有明顯的界限。

這個防熱盾的面積和整個返回艙的重量是精密匹配的。什麼東西會帶上返回艙跟著宇航員回來，什麼東西應該拋棄，在當初設計飛船時就已經定好了。

為什麼這麼浪費呢？究其原因，還是神舟飛船的返回機艙沒有辦法承受更多的負荷了。雖然只是一套衣服，但是艙外宇航服的總重量已經超過了100公斤，也就是說，想把它帶回來就相當於返回艙要多上一個人的負荷。

對於返回艙來說，它的技術難點就在於減速和放熱。一般情況下，無人返回艙要求在落地前減速到12米每秒以下，而載人返回艙要求在落地前減速到6到9米每秒以內。這對全靠氣動減速的返回艙來說是個不小的挑戰。為了獲得足夠的空氣阻力，返回艙都被設計成了圓錐形，最底部的防熱盾是返回艙抵抗高熱和空氣阻力的關鍵。

Tips：空氣阻力，指空氣對運動物體的阻礙力，是運動物體受到空氣的彈力而產生的。在現實生活中，自由落體也受空氣阻力的影響，其速度，接觸面積，空氣密度等都會影響空氣阻力的大小。

返回艙的重量越大，需要的阻力就越大，也就需要更大的底面積。不僅如此，到了降落的最後階段，返回艙還要開啟巨大的降落傘進一步減速，才能達到安全返回的要求。需要回收的重量越大，需要的降落傘和防護盾就越大，整個返回艙的製造成本就會大幅上升。

Tips：防熱盾是航天技術中航天器在進入大氣層時保護航天器不被熱量破壞的保護層。一些飛機也需要防熱盾

尤其是返回艙的隔熱盾。在返回途中，隔熱盾需要承受上千度的高溫。在這樣的溫度下，任何金屬都會失去結構強度，所以隔熱盾只有隔熱功能，對人物來說是應該儘量減小的廢重。所以想把艙外宇航服帶回來，就意味著要設計更大的返回艙，用更多的燃料和更大的發動機，才能把它送上太空。從這個角度來看，把宇航服帶回來代價太高了。

而且最重要的是，返回艙如果太大，相應的結構強度就會減弱，很有可能發生危險。人命才是真正無價的東西，相比之下，讓宇航員為了節省3000萬去冒風險，可不是我們的風格。宇航員才是我們的無價之寶，和他們比起來，一套宇航服又算什麼呢？而且我國的艙外宇航服經過神舟7號的測試，已經驗證了國產宇航服的質量，所以它已經完成了自己的任務。