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宇航員穿太空服能在太空活多久?大約6.5-8個小時!

http://finance.sina.com   2020年10月11日 18:33   北京新浪網

宇航員能在太空服中存活多久?當前,宇航員普遍使用的艙外航天服(EMU)中的兩個氧氣罐和應急氧氣補給系統可提供6.5-8個小時的氧氣供應。宇航員能在太空服中存活多久?當前,宇航員普遍使用的艙外航天服(EMU)中的兩個氧氣罐和應急氧氣補給系統可提供6.5-8個小時的氧氣供應。

  新浪科技訊 北京時間10月12日消息,據國外媒體報道,只要氧氣罐能持久讓宇航員保持呼吸,他們就能存活在太空服中。當前,宇航員普遍使用的艙外航天服(EMU)中的兩個氧氣罐和應急氧氣補給系統可提供6.5-8個小時的氧氣供應。

  人類的思維被宇宙空間的錯綜複雜和神祕感所迷惑,並致力於揭曉其中的謎團,從相信以“地心說”爲中心的扁平地球理論到現今拍攝到的黑洞陰影,以及幻想太空電梯和親眼目睹商業公司執行載人軌道飛行,伴隨着人類科技發展,我們在天文領域取得了巨大進步。

  這些進步使得人類社會向太空擴張的夢想得以實現,儘管人類向太空殖民擴張的觀點仍有爭議,然而,在人類探索宇宙空間的過程中提出一個問題:人類能否永遠在太空中存活下來?

  我們都應該知道這個問題的答案是顯而易見的——人類不可能持久地在太空中存活。但是我們在太空服的保護下會怎樣呢?奧斯卡獲獎影片《地心引力》劇中一名宇航員穿着太空服在宇宙空間漂浮掙扎着,並詳細講述了她是如何克服各種困難存活下來,真的有可能僅穿着太空服就能在空曠的太空中存活嗎?如果是的話,會持續多久?

  宇航員在空曠的太空中將面臨哪些威脅?

  在我們回答太空服如何保護宇航員多長時間之前,我們應當清楚宇宙空間中存在的各種威脅。

宇航員進入空曠的宇宙空間,將對身體帶來致命的傷害。宇航員進入空曠的宇宙空間,將對身體帶來致命的傷害。

  宇宙空間最明顯的特徵是沒有任何可呼吸的氧氣,這是人類在太空中無法生存的主要原因,人體血液中儲存的氧氣僅能讓人保持清醒大約15秒,之後缺氧的血液被輸送至大腦,人們就會逐漸失去知覺。然而,該狀況下並不一定就是“被宣判死刑”,如果昏迷狀態的宇航員在1-2分鐘內被及時拉回充滿氧氣的呼吸空間,他們就有可能活下來。

  同時,宇航員在太空中摒住呼吸實際上會導致更快速死亡,這聽起來似乎違背常理。事實是這樣的,當空氣進入人體肺部,將對肺壁施加恆定壓力,這個壓力相當於地球上的大氣壓力,當我們需要吸氣和呼氣時,其波動非常小。太空中沒有大氣層,因此也就沒有大氣壓,沒有大氣壓平衡人體內部空氣壓力,我們的肺就會逐漸膨脹,最終破裂。膨脹的空氣會衝入呼吸道循環系統,造成氣體栓塞。如果你在空曠的宇宙空間摒住呼吸並阻止快速膨脹的空氣離開身體,將很容易導致肺部破裂加速。所以,雖然這聽起來很荒謬,但當某人漂浮在太空時,首先要做的是保持正常呼氣。

  體液沸騰(Ebullism),是體液中一種氣泡形式,是人體由於缺乏大氣壓力而引起的另一種可能致命的現象。

  液體沸點是指達到一定溫度,液體蒸汽壓等於其周圍的壓力。同樣,在太空中沒有外部壓力的情況下,體液(唾液、眼淚、汗水等)的沸點大大降低,因此它們立即開始蒸發。幸運的是,血液不會沸騰,因爲血液循環系統能維持血壓穩定,防止血液沸騰。然而,溶解在血液中的氮分子可以汽化,導致血液循環組織膨脹,身體會膨脹至原來的兩倍,導致一些器官組織嚴重受損。

  幸運的是,我們的皮膚擁有足夠的彈性,可使人體內部容納蒸汽從而防止在太空環境下身體膨脹至一定程度。如果恢復至正常大氣壓,膨脹的身體就會恢復至正常。

  此外,宇航員暴露在太空中還將承受未屏蔽的宇宙輻射和太陽風,人體除了導致一些致命曬傷,還會導致人體組織受損,DNA變異,增大癌症和白內障發生概率,並可能導致不育。此外,太空中還有非常快速的微流星體和太空碎片,能像子彈一樣射穿人體。

  太空探索主題的電影和書籍讓我們普遍認爲,當人體身處太空中會立即凍結,但事實並非如此。雖然宇宙空間確實很冷(具體溫度取決於你所處的位置),但宇宙空間也缺乏任何形式的物質,熱量離開身體的唯一途徑是通過輻射(傳導和對流需要一種介質傳遞熱量)。考慮到熱量通過輻射傳遞的速度,人體在太空中會在12-20小時內凍結。

  綜上所述,在空曠的宇宙空間中,沒有穿太空服的宇航員可以保持意識15秒,存活1-2分鐘,然後在上述情況下死亡,最終身體凍成冰棍。

  太空服

  當宇航員在太空旅行時穿着兩種不同類型的太空服,第一種是壓力服,在飛船升空和返回地球大氣層時穿在裏面,在發生減壓緊急情況以及升空着陸時可能發生的任何事故時,宇航服可以起到保護宇航員的作用;除此之外,宇航員還需要攜帶氧氣罐或者其他襯墊來抵禦太空輻射,但意味着這些裝置無法使宇航員在宇宙空間中存活下來,最多僅能阻止肺部爆炸和身體膨脹,但仍無法改變缺少氧氣的狀況,宇航員將在一兩分鐘內死亡。

壓力服實際是人形服裝,是由上軀幹、下軀幹、降溫服和頭盔四部分組成。壓力服實際是人形服裝,是由上軀幹、下軀幹、降溫服和頭盔四部分組成。

  第二種太空服是艙外航天服(EMU),顧名思義,這種太空服是在任何艙外活動中穿着的,因此它是用於保護宇航員免遭上述所有威脅。爲了便於理解,艙外航天服可分爲兩個主要部分:壓力服和生命維持系統。

  壓力服實際是人形服裝,是由上軀幹、下軀幹、降溫服和頭盔四部分組成,從內而外,宇航員在進行隨意的太空行走之前要首先穿一件降溫服,這件降溫服是由網眼氨綸材料製成,覆蓋着100米長的微管,微管中大約有4.4-10攝氏度的水持續流過這些微管,幫助散熱。

  接下來由裏而外的是堅硬的上軀幹部分,是由多層輕質量玻璃纖維構成,一個尿烷塗層可充氣尼龍襯底在最內層,起到調節身體壓力的作用,可充氣尼龍襯底向外分別是滌綸抑制層和抗撕裂尼龍層。接下來向外的5層是聚酯薄膜層,起到保持體溫的作用,再向外是幾層防水防火層,最外層是白色塗層,有助於反射陽光,它是由3種不同材料製成。此外,宇航員還需要穿上尿布,戴着具有加熱功能的手套,有助於保持手指溫暖,這樣便於宇航員操作靈活。

  生命維持系統、手臂、頭盔、顯示和控制模塊等都安裝在太空服上軀幹部分,而安全繫繩則連接在下軀幹下端的D環,腰部軸承可使宇航員身體自由移動和旋轉。

  太空頭盔是由堅固的塑料製成,與宇航服類似,它有助於提供一個加壓空間,鍍金護目鏡和遮陽板保護宇航員免遭陽光直射,同時,頭盔的通風系統從生命維持系統輸送氧氣,頭盔側面安裝了攝像機和燈,用於記錄和協助艙外活動,一種由耳機和麥克風組成的特殊裝置可實現與宇航員同伴交流通訊。

  對於生命維持系統,這個揹包裝置是太空飛行必不可少的物資,沒有它太空服僅是化裝舞會的一個套裝,生命維持系統包括:氧氣罐、二氧化碳過濾器、電池、壓力調節器、無電線和其他通訊設備、水箱、泵、冷卻系統、循環氧氣扇等。生命維持系統中所有電子和機械組件都是通過安裝在上軀幹部分一個顯示控制模塊進行控制的。

  壓力服和生命維持系統結合在一起可充當“單人飛船”,允許宇航員進行地外勘測或者國際空間站必要的艙外維修工作。

  那麼,宇航員能在太空服中存活多久?

  多層的上軀幹和下軀幹太空服部分可以保護宇航員免遭宇宙輻射和微流星體的傷害,並有助於保持體溫和提供一個加壓大氣環境。就像在地球上一樣,我們人類生存需要3種基本需求:食物、水和氧氣,這也是太空生存的限制因素。

  由於太空艙外活動需要持續幾個小時,宇航員在進行艙外活動之前需要吃食物和喝水。爲了謹慎起見,他們還需要將裝飲料的袋子填滿,並在太空服上附加一個水果棒。宇航員可以依據自己的需要選擇0.6升或者0.9升的飲料袋,從飲料袋中伸出一根帶有閥門裝置的吸管,放置在頭盔中嘴部旁邊。當宇航員喝水時,吸管閥門會自動打開,水果棒使用可食用的米紙包裹起來,放在靠近頸部的袖子中,上端延伸至嘴部附近。每當宇航員咬一次水果棒,就會將水果棒拉近嘴部,飲料袋和水果棒都使用尼龍搭扣固定在上軀幹太空服。

對於生命維持系統,這個揹包裝置是太空飛行必不可少的物資,沒有它太空服僅是化裝舞會的一個套裝,生命維持系統包括:氧氣罐、二氧化碳過濾器、電池、壓力調節器、無電線和其他通訊設備、水箱、泵、冷卻系統、循環氧氣扇等。對於生命維持系統,這個揹包裝置是太空飛行必不可少的物資,沒有它太空服僅是化裝舞會的一個套裝,生命維持系統包括:氧氣罐、二氧化碳過濾器、電池、壓力調節器、無電線和其他通訊設備、水箱、泵、冷卻系統、循環氧氣扇等。

  生命維持系統揹包中的兩個氧氣罐可維持宇航員艙外活動大約6.5-8個小時,具體時間因人而異,取決於個人的身體代謝率,因爲每個人的氧氣消耗量和產生的二氧化碳都不同。同時,艙外航天服的壓力相當於地球大氣壓的三分之一,在該壓力下,空氣無法容納足夠的氧氣。因此,氧氣罐內充滿100%的純氧氣,二氧化碳過濾系統也是必不可少的,因爲它過濾人體呼出的氣體,並幫助未吸收的氧氣再次循環。一個應急氧氣包附在生命維持系統的底座上,可提供額外大約30分鐘的氧氣供應。

  因此,雖然太空在很多方面威脅着人類的生命,但是宇航員穿太空服的存活時間取決於太空服所含的氧氣量。目前,太空服僅能提供6.5-8個小時的太空探索時間,如果宇航員希望繼續飛行,則需要返回飛船更換氧氣罐,目前最長的太空行走記錄是吉姆·沃斯和蘇珊·赫爾姆斯實現的,他們花了8小時56分鐘維修國際空間站。

  迄今爲止,人類並未計劃在空曠的宇宙空間建造未來派的太空房屋,因此,除非你是一位宇航員,否則你無需對太空服的細節和限制擔心太多。近年來,科學家密切關注太陽系其他行星,如果某人決定未來有一天到外星球生活,應當先了解你能在這顆神祕星球上存活多久?看一下這些星球是否適宜人類生存!(葉傾城)

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