太空服與太空布引發(fā)的一場(chǎng)紡織革命

鄭成雁+蔡運(yùn)鋒

更智能化，質(zhì)量更高的太空服

國(guó)際空間站一名宇航員正在進(jìn)行日常維護(hù)。她需要手動(dòng)完成，對(duì)操作設(shè)備發(fā)出口頭指令，工作原理類似于蘋果手機(jī)的語(yǔ)音功能。這名宇航員通過下達(dá)一道指令，打開了一扇護(hù)墻板，檢查其中的細(xì)菌培養(yǎng)閥。檢查發(fā)現(xiàn)，安裝在警報(bào)裝置上的傳感器檢測(cè)到二氧化碳的濃度逐漸接近危險(xiǎn)值，這是因宇航員在空間呼吸所致。警報(bào)設(shè)備將這一信息傳送到操作設(shè)備。她隨即加速并及時(shí)完成了工作，避免了可能發(fā)生的不測(cè)。之后，她又使用監(jiān)控設(shè)備收集最新的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，該設(shè)備類似于一臺(tái)迷你平板電腦，安裝在她的大腿上。在宇航員完成任務(wù)的同時(shí)，太空服中的傳感器也在收集生物醫(yī)學(xué)信息，這些都將傳送給地面指揮中心，以供研究人員分析。

上述情形是虛構(gòu)的，但事實(shí)上，許多宇航員在太空使用的還是20世紀(jì)60年代的裝備。宇航員腕部的筆記本在阿波羅飛船時(shí)代就已啟用，而尋找替代品的難度之高，難以置信。

美國(guó)航天局工程設(shè)計(jì)與分析分部和熱力系統(tǒng)部羅伯特·特雷維諾認(rèn)為，事實(shí)上在腕部安裝層壓塑料電子備忘錄，在許多年以前就已嘗試。美國(guó)宇航員率先啟用LCD，也就是現(xiàn)在的液晶屏。但由于（對(duì)于太空行走來說）溫度太低，與科學(xué)家的預(yù)期差距很大，且低溫條件下，液晶屏效果差，畫面會(huì)逐漸消失。

地面上的電子設(shè)備越來越先進(jìn)，電路密度越來越大，而在太空飛行中其可用性卻反而越來越低。近年來，人們?cè)絹碓揭庾R(shí)到，宇航研究工程中需要把越來越多的電路集中到越來越小的電子元件上，由此研發(fā)出蘋果手機(jī)那樣的便攜式計(jì)算機(jī)。但在太空中，這些集成電路卻極易受宇宙射線等高能輻射的干擾，而太陽(yáng)系的這種射線可謂無處不在。在地球上不存在這個(gè)問題，因?yàn)檫@些射線都被地球的大氣層阻隔在外，但是在太空中電子元器件很難再受大氣層保護(hù)，因此電路密度越大就越易受干擾。

經(jīng)測(cè)試，美國(guó)宇航局發(fā)現(xiàn)某些處理器并不受輻射影響，因此這類物質(zhì)就成為首選。事實(shí)上，航天設(shè)施的設(shè)計(jì)使命與安全同等重要。正當(dāng)研究如火如荼地展開時(shí)，需要開發(fā)電子“超堅(jiān)固”器件的研發(fā)已開始，但進(jìn)展相當(dāng)緩慢，與現(xiàn)已成熟的空間科技相比還有相當(dāng)大的差距。

盡管如此，美國(guó)的一些穿戴品牌如LandsEnd網(wǎng)球衫、卡貝拉短褲，還有alma materT恤衫，宇航員穿上這些就像是夏天吃烤肉，而不是在近地軌道上工作生活。這些基本的服裝竟然達(dá)到美國(guó)航天局對(duì)阻燃性和實(shí)用性的要求。但若航天局想要實(shí)現(xiàn)其最遠(yuǎn)大的目標(biāo)——將人類送上火星——還是需要研究更好、更智能化、技術(shù)含量更高的太空服。

既抗輻射又能自潔的宇航服

自從1961年5月人類早期宇航員艾倫·謝波德、約翰·格倫和維吉爾·伊凡·格里森登上月球以來，美國(guó)太空服幾乎沒有什么變化，如綁在手腕上的筆記本之類的物件還在使用?，F(xiàn)在，空間站的工作人員均把自己衣櫥里所有的東西都清理掉。休閑裝——純棉和混紡棉服——已穿了3～6個(gè)月，而運(yùn)動(dòng)裝——更透氣的滌綸T恤衫和短褲——因考慮到出汗、細(xì)菌、異味和感染等問題，穿的時(shí)間不到兩周。全年都有無人駕駛航天器前往空間站，為宇航員帶去衣物，同時(shí)將其“換洗衣物”帶回地球，不過這些衣服通常都在返回途中就被燒掉了。

雖然這樣的安排可以給國(guó)際空間站輸送補(bǔ)給，國(guó)際空間站離地球不過200英里，航天飛機(jī)在空間站的停駐時(shí)間不到6小時(shí)，但這樣的設(shè)計(jì)遠(yuǎn)不能滿足往火星運(yùn)送物資?；鹦蔷嚯x我們最近也有3390萬(wàn)英里——這得走上一個(gè)月，還不算停駐和返回的時(shí)間，全部加起來也需要3年。不只是高昂的成本讓人無法接受，去火星的旅途上還要儲(chǔ)備足夠的設(shè)備、燃料、氧氣、水、食物以及其他必需的消耗品，以熬過漫長(zhǎng)的3年。

傳統(tǒng)的衣物洗滌方法完全不可行。在空間站，人類要盡可能使用循環(huán)水，現(xiàn)在的宇航員用水循環(huán)率約為85%。若去火星，就得提高為95%。廢水的比例應(yīng)減至5%，世界上任何一款洗衣機(jī)都無法在太空中使用，因此，美國(guó)宇航局一直在研發(fā)替代洗衣機(jī)的方法，如太空射線、臭氧、二氧化碳或真空洗滌等方法，又如利用紫外線和微波洗滌，甚至更有趣的是：他們認(rèn)為自潔式衣物最有研發(fā)前景。

宇航局與時(shí)裝學(xué)院的合作

事實(shí)上，美國(guó)宇航局從2013年起就開始研究未來的宇航服。他們與普拉特藝術(shù)學(xué)院開展合作。為此，該校專家教授利百加·佩爾斯·弗里德曼與西蒙WEAR中心合作，已開始為學(xué)生講授工業(yè)設(shè)計(jì)課程，其中就包括“可穿戴技術(shù)設(shè)計(jì)”。每年，西蒙都會(huì)介紹在宇航局指導(dǎo)下的最新研發(fā)方案。無獨(dú)有偶，世界上任何一件新型宇航服推出都很受歡迎，并立即成為最新時(shí)尚。

在之前的課程中，學(xué)生為把電子設(shè)備與纖維衣服鑲嵌在一起，使用了各種辦法，從傳統(tǒng)的縫紉技術(shù)到前沿3D打印，他們甚至求助于新罕布什爾大學(xué)工程學(xué)學(xué)生，因?yàn)樗麄兊膶I(yè)就涉及研究電子元件。迄今為止，他們嘗試了微控制器（小型單一電路計(jì)算機(jī)）、液晶輸入板（帶模擬輸入的數(shù)字顯示屏）、動(dòng)物標(biāo)識(shí)解碼器，標(biāo)識(shí)與聲光感應(yīng)器、藍(lán)牙模塊、激光標(biāo)線器、紅外相機(jī)、迷你USB接頭和LED燈。

僅在2013年，這些學(xué)生就開發(fā)出整套太空服原型——用于太空穿著的襯衫、背心、袖套以及綁腿和槍套等等——全部裝備電路，可操控一系列多變的電子模塊，并為之供電，這些電路經(jīng)美國(guó)宇航局進(jìn)一步開發(fā)，即可滿足宇航員的特殊需求，包括從通信到數(shù)據(jù)采集多種類型。隨之，該校又集中研發(fā)出束頭帶和安全帶的原型——這些可配備美國(guó)宇航局曾開發(fā)的距離感應(yīng)器、肌肉疲勞度測(cè)量?jī)x、追蹤工具以及輔助定位設(shè)備。

其實(shí)，學(xué)生往往給予宇航局很大的啟發(fā)，如怎樣把堅(jiān)硬的電子元件與柔軟的纖維結(jié)合；在衣物很少的環(huán)境下，如何開發(fā)男女皆宜的均碼；服裝自古就是為地球人生活所設(shè)計(jì)，現(xiàn)在又該如何為外太空生活設(shè)計(jì)？

普拉特學(xué)院的這些研究項(xiàng)目為學(xué)生帶來十分可貴又令人驚奇的眼界。在宇航局看來，樣式永遠(yuǎn)是次要的。學(xué)院設(shè)計(jì)師從最初就反復(fù)思考，如何自始至終就讓樣式服從于功能。比如，他們讓火箭專家意識(shí)到一個(gè)問題，即太空中的宇航員大部分時(shí)間都保持著類似胎兒的臥姿，那么他們衣服的后擺就要比前襟長(zhǎng)，這種臥姿同時(shí)也意味著，宇航員的大腿是放置平板電腦的理想位置。

宇航局與普拉特學(xué)院、新罕布什爾大學(xué)以及其他大學(xué)的合作只是與教育機(jī)構(gòu)的諸多合作研發(fā)中的一個(gè)案例，這些合作統(tǒng)一納入可穿戴技術(shù)合作群組中。宇航局也與美國(guó)其他大學(xué)，如明尼蘇達(dá)大學(xué)、佐治亞理工學(xué)院及弗吉尼亞理工學(xué)院開展多項(xiàng)研究合作，研究的領(lǐng)域各有不同，從整合感應(yīng)手套到有更好的感觸器，再到免手動(dòng)噴流控制器等等。

現(xiàn)在的概念未來的款式

目前，盡管所有設(shè)計(jì)原型都停留在概念階段，但其中一些已開始逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槊绹?guó)宇航局實(shí)際應(yīng)用的裝備。如，明尼蘇達(dá)大學(xué)研發(fā)的透氣快干太空服項(xiàng)目提出一系列紡織材料和排氣方案，專門應(yīng)對(duì)指甲脫落，這一情況是指宇航員的指甲會(huì)因手套中汗水累積過多而脫落。2015年夏，該項(xiàng)目在宇航減重培訓(xùn)飛行項(xiàng)目中得到驗(yàn)證。此外，宇航局還與私營(yíng)企業(yè)合作，如奧斯特豪特設(shè)計(jì)集團(tuán)，該集團(tuán)開發(fā)的智能玻璃已在約翰遜航天中心的一系列試驗(yàn)中投入使用。除此之外，宇航局還擁有研發(fā)中心，如未來服裝自帶的二氧化碳感應(yīng)器。

誠(chéng)然，實(shí)驗(yàn)室里設(shè)計(jì)出來的原型或許不會(huì)用到火星上。畢竟在那樣的環(huán)境中生存實(shí)在太艱難，周圍一切都暴露在宇宙射線下，一身太空服的兩面溫差可達(dá)華氏275度（135攝氏度），但是集合政界、學(xué)界以及商界的最強(qiáng)大腦，未來的宇航服還是有望讓宇航員丟掉現(xiàn)有的，穿上嶄新的多功能太空服。

太空布的革命

2016年9月15日，英國(guó)諾丁漢一位設(shè)計(jì)師兼研究者索尼婭·雷諾茲宣布，她首次研發(fā)出一種新型的輕薄無紡紗，號(hào)稱“太空布”。據(jù)稱，這種織物將會(huì)給世界紡織業(yè)帶來革命性影響。雷諾茲發(fā)明的“太空布”是首個(gè)由紗線制成的無紡材料。它作為一種智能無紡，擁有巨大的發(fā)展前景。該織物具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，原本屬于無紡材料，卻能自如地嵌入銅線、發(fā)光二極管（LED）和其他電子元件。

雷諾茲女士把這個(gè)想法帶到諾丁漢特倫特大學(xué)高級(jí)紡織研究小組，同時(shí)努力獲得該領(lǐng)域的博士學(xué)位，進(jìn)一步探索新型“太空布”的生產(chǎn)過程。其美其名曰索番雅書，科學(xué)學(xué)名為輕薄織物紗，它不像傳統(tǒng)的機(jī)織或針織材料的套結(jié)或織紗，而是采用了新發(fā)明的稱為紗面纏繞原理的技術(shù)。據(jù)稱，這是紡織業(yè)真正的突破。這是首個(gè)用紗線制成的無紡材料，將對(duì)未來服裝業(yè)產(chǎn)生影響深遠(yuǎn)。

由于這種材料的線型結(jié)構(gòu)，它作為一種智能紡織品，其使用的潛能是無限的。我們認(rèn)為，無論是貼身的特定部分還是研發(fā)抗菌和芳香的衣物，它都十分有益，它適合嵌入含有藥物或氣味的微膠囊。

由于各類材料在視覺上有一定差別，它有可能被用于除衣服外的其他方面，如內(nèi)墻裝飾。由于加工成本比針織物或紡織物更為低廉，所以它也是一種友好環(huán)保型材料。研究表明，雖然它也可從合成紗中提取，但從天然紗線，如純羊毛、頭發(fā)和羊毛/絲的混合物中提取時(shí)，太空布最堅(jiān)固高效。

據(jù)稱，這種“輕薄織物紗”是以不可想象的速度在紡織業(yè)中飛速發(fā)展?？茖W(xué)家確信，它與紡織技術(shù)如紡織品的加熱技術(shù)、嵌入LED技術(shù)結(jié)合。將在紡織品方面有很大潛力。不僅如此，這種輕薄織物紗作為面料，輕巧靈活；作為拉伸復(fù)原性能良好的材料，它又可拉長(zhǎng)，還能復(fù)原。因此英國(guó)的科學(xué)家寄予厚望，因?yàn)樗粌H解決了多年來一直無法解決的太空紡織物無法承受太空射線的難題，而且它有助于為人類提供更智能、更環(huán)保的未來服裝。

（據(jù)下列國(guó)際紡織媒體最新資料http：//www.textileworld.com/textile-world/nonwovens-technical-textiles/2016/09/space-cloth-to-revolutionize-textiles-industry/

http：//www.newsweek.com/2015/07/17/introducing-astronaut-clothing-future-349955.html）