宇航员穿太空服能在太空活多久?大约6.5-8个小时!

作者:叶倾城来源:环球科学发布时间:2020-10-14

当前,宇航员普遍使用的舱外航天服(EMU)中的两个氧气罐和应急氧气补给系统可提供6.5-8个小时的氧气供应。	

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只要氧气罐能持久让宇航员保持呼吸,他们就能存活在太空服中。当前,宇航员普遍使用的舱外航天服(EMU)中的两个氧气罐和应急氧气补给系统可提供6.5-8个小时的氧气供应。


人类的思维被宇宙空间的错综复杂和神秘感所迷惑,并致力于揭晓其中的谜团,从相信以“地心说”为中心的扁平地球理论到现今拍摄到的黑洞阴影,以及幻想太空电梯和亲眼目睹商业公司执行载人轨道飞行,伴随着人类科技发展,我们在天文领域取得了巨大进步。


这些进步使得人类社会向太空扩张的梦想得以实现,尽管人类向太空殖民扩张的观点仍有争议,然而,在人类探索宇宙空间的过程中提出一个问题:人类能否永远在太空中存活下来?


我们都应该知道这个问题的答案是显而易见的——人类不可能持久地在太空中存活。但是我们在太空服的保护下会怎样呢?奥斯卡获奖影片《地心引力》剧中一名宇航员穿着太空服在宇宙空间漂浮挣扎着,并详细讲述了她是如何克服各种困难存活下来,真的有可能仅穿着太空服就能在空旷的太空中存活吗?如果是的话,会持续多久?


宇航员在空旷的太空中将面临哪些威胁?


在我们回答太空服如何保护宇航员多长时间之前,我们应当清楚宇宙空间中存在的各种威胁。


宇航员进入空旷的宇宙空间,将对身体带来致命的伤害。

宇航员进入空旷的宇宙空间,将对身体带来致命的伤害。


宇宙空间最明显的特征是没有任何可呼吸的氧气,这是人类在太空中无法生存的主要原因,人体血液中储存的氧气仅能让人保持清醒大约15秒,之后缺氧的血液被输送至大脑,人们就会逐渐失去知觉。然而,该状况下并不一定就是“被宣判死刑”,如果昏迷状态的宇航员在1-2分钟内被及时拉回充满氧气的呼吸空间,他们就有可能活下来。


同时,宇航员在太空中摒住呼吸实际上会导致更快速死亡,这听起来似乎违背常理。事实是这样的,当空气进入人体肺部,将对肺壁施加恒定压力,这个压力相当于地球上的大气压力,当我们需要吸气和呼气时,其波动非常小。太空中没有大气层,因此也就没有大气压,没有大气压平衡人体内部空气压力,我们的肺就会逐渐膨胀,最终破裂。膨胀的空气会冲入呼吸道循环系统,造成气体栓塞。如果你在空旷的宇宙空间摒住呼吸并阻止快速膨胀的空气离开身体,将很容易导致肺部破裂加速。所以,虽然这听起来很荒谬,但当某人漂浮在太空时,首先要做的是保持正常呼气。


体液沸腾(Ebullism),是体液中一种气泡形式,是人体由于缺乏大气压力而引起的另一种可能致命的现象。


液体沸点是指达到一定温度,液体蒸汽压等于其周围的压力。同样,在太空中没有外部压力的情况下,体液(唾液、眼泪、汗水等)的沸点大大降低,因此它们立即开始蒸发。幸运的是,血液不会沸腾,因为血液循环系统能维持血压稳定,防止血液沸腾。然而,溶解在血液中的氮分子可以汽化,导致血液循环组织膨胀,身体会膨胀至原来的两倍,导致一些器官组织严重受损。


幸运的是,我们的皮肤拥有足够的弹性,可使人体内部容纳蒸汽从而防止在太空环境下身体膨胀至一定程度。如果恢复至正常大气压,膨胀的身体就会恢复至正常。


此外,宇航员暴露在太空中还将承受未屏蔽的宇宙辐射和太阳风,人体除了导致一些致命晒伤,还会导致人体组织受损,DNA变异,增大癌症和白内障发生概率,并可能导致不育。此外,太空中还有非常快速的微流星体和太空碎片,能像子弹一样射穿人体。


太空探索主题的电影和书籍让我们普遍认为,当人体身处太空中会立即冻结,但事实并非如此。虽然宇宙空间确实很冷(具体温度取决于你所处的位置),但宇宙空间也缺乏任何形式的物质,热量离开身体的唯一途径是通过辐射(传导和对流需要一种介质传递热量)。考虑到热量通过辐射传递的速度,人体在太空中会在12-20小时内冻结。


综上所述,在空旷的宇宙空间中,没有穿太空服的宇航员可以保持意识15秒,存活1-2分钟,然后在上述情况下死亡,最终身体冻成冰棍。


太空服


当宇航员在太空旅行时穿着两种不同类型的太空服,第一种是压力服,在飞船升空和返回地球大气层时穿在里面,在发生减压紧急情况以及升空着陆时可能发生的任何事故时,宇航服可以起到保护宇航员的作用;除此之外,宇航员还需要携带氧气罐或者其他衬垫来抵御太空辐射,但意味着这些装置无法使宇航员在宇宙空间中存活下来,最多仅能阻止肺部爆炸和身体膨胀,但仍无法改变缺少氧气的状况,宇航员将在一两分钟内死亡。


压力服实际是人形服装,是由上躯干、下躯干、降温服和头盔四部分组成。

压力服实际是人形服装,是由上躯干、下躯干、降温服和头盔四部分组成。


第二种太空服是舱外航天服(EMU),顾名思义,这种太空服是在任何舱外活动中穿着的,因此它是用于保护宇航员免遭上述所有威胁。为了便于理解,舱外航天服可分为两个主要部分:压力服和生命维持系统。


压力服实际是人形服装,是由上躯干、下躯干、降温服和头盔四部分组成,从内而外,宇航员在进行随意的太空行走之前要首先穿一件降温服,这件降温服是由网眼氨纶材料制成,覆盖着100米长的微管,微管中大约有4.4-10摄氏度的水持续流过这些微管,帮助散热。


接下来由里而外的是坚硬的上躯干部分,是由多层轻质量玻璃纤维构成,一个尿烷涂层可充气尼龙衬底在最内层,起到调节身体压力的作用,可充气尼龙衬底向外分别是涤纶抑制层和抗撕裂尼龙层。接下来向外的5层是聚酯薄膜层,起到保持体温的作用,再向外是几层防水防火层,最外层是白色涂层,有助于反射阳光,它是由3种不同材料制成。此外,宇航员还需要穿上尿布,戴着具有加热功能的手套,有助于保持手指温暖,这样便于宇航员操作灵活。


生命维持系统、手臂、头盔、显示和控制模块等都安装在太空服上躯干部分,而安全系绳则连接在下躯干下端的D环,腰部轴承可使宇航员身体自由移动和旋转。


太空头盔是由坚固的塑料制成,与宇航服类似,它有助于提供一个加压空间,镀金护目镜和遮阳板保护宇航员免遭阳光直射,同时,头盔的通风系统从生命维持系统输送氧气,头盔侧面安装了摄像机和灯,用于记录和协助舱外活动,一种由耳机和麦克风组成的特殊装置可实现与宇航员同伴交流通讯。


对于生命维持系统,这个背包装置是太空飞行必不可少的物资,没有它太空服仅是化装舞会的一个套装,生命维持系统包括:氧气罐、二氧化碳过滤器、电池、压力调节器、无电线和其他通讯设备、水箱、泵、冷却系统、循环氧气扇等。生命维持系统中所有电子和机械组件都是通过安装在上躯干部分一个显示控制模块进行控制的。


压力服和生命维持系统结合在一起可充当“单人飞船”,允许宇航员进行地外勘测或者国际空间站必要的舱外维修工作。


那么,宇航员能在太空服中存活多久?


多层的上躯干和下躯干太空服部分可以保护宇航员免遭宇宙辐射和微流星体的伤害,并有助于保持体温和提供一个加压大气环境。就像在地球上一样,我们人类生存需要3种基本需求:食物、水和氧气,这也是太空生存的限制因素。


由于太空舱外活动需要持续几个小时,宇航员在进行舱外活动之前需要吃食物和喝水。为了谨慎起见,他们还需要将装饮料的袋子填满,并在太空服上附加一个水果棒。宇航员可以依据自己的需要选择0.6升或者0.9升的饮料袋,从饮料袋中伸出一根带有阀门装置的吸管,放置在头盔中嘴部旁边。当宇航员喝水时,吸管阀门会自动打开,水果棒使用可食用的米纸包裹起来,放在靠近颈部的袖子中,上端延伸至嘴部附近。每当宇航员咬一次水果棒,就会将水果棒拉近嘴部,饮料袋和水果棒都使用尼龙搭扣固定在上躯干太空服。


对于生命维持系统,这个背包装置是太空飞行必不可少的物资,没有它太空服仅是化装舞会的一个套装,生命维持系统包括:氧气罐、二氧化碳过滤器、电池、压力调节器、无电线和其他通讯设备、水箱、泵、冷却系统、循环氧气扇等。


生命维持系统背包中的两个氧气罐可维持宇航员舱外活动大约6.5-8个小时,具体时间因人而异,取决于个人的身体代谢率,因为每个人的氧气消耗量和产生的二氧化碳都不同。同时,舱外航天服的压力相当于地球大气压的三分之一,在该压力下,空气无法容纳足够的氧气。因此,氧气罐内充满100%的纯氧气,二氧化碳过滤系统也是必不可少的,因为它过滤人体呼出的气体,并帮助未吸收的氧气再次循环。一个应急氧气包附在生命维持系统的底座上,可提供额外大约30分钟的氧气供应。


因此,虽然太空在很多方面威胁着人类的生命,但是宇航员穿太空服的存活时间取决于太空服所含的氧气量。目前,太空服仅能提供6.5-8个小时的太空探索时间,如果宇航员希望继续飞行,则需要返回飞船更换氧气罐,目前最长的太空行走记录是吉姆·沃斯和苏珊·赫尔姆斯实现的,他们花了8小时56分钟维修国际空间站。


迄今为止,人类并未计划在空旷的宇宙空间建造未来派的太空房屋,因此,除非你是一位宇航员,否则你无需对太空服的细节和限制担心太多。近年来,科学家密切关注太阳系其他行星,如果某人决定未来有一天到外星球生活,应当先了解你能在这颗神秘星球上存活多久?看一下这些星球是否适宜人类生存!

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