新型宇航服能讓人類在月球上永久定居嗎？

趙天

人類的身體就像一臺機器，在地球上，我們能以最佳的狀態(tài)運轉；但在月球上，如果我們想長期生活甚至永久定居，就需要克服以下挑戰(zhàn)：

引力。月球的引力大約是地球的六分之一。這樣的低重力環(huán)境使氣體分子無法存在于月球表面附近。因此，月球缺乏與地球相當?shù)拇髿鈱?，大氣壓力極低，與地球相比幾乎就是真空。

真空。在真空中，液體的沸點急劇下降，這意味著液體會自發(fā)地形成氣體。此時，人體肺部的空氣會膨脹，體液也會膨脹，擠壓器官組織和血管，導致腹脹。長期暴露（90s）在真空中是致命的（參見1971年的聯(lián)盟11號飛船減壓事故）。

無氧。缺少大氣也就意味著缺少氧氣。由于缺少大氣壓，肺部原先存在的氧氣會迅速擴散出肺部。此外，氧氣缺乏還意味著人體不能通過呼吸向肺部輸送更多的氧氣。器官停止接收含氧血液，人體也會因為大腦停止工作而昏厥。持續(xù)缺氧無疑是致命的。

無磁場保護。缺乏強磁場和臭氧層意味著人體將暴露在外太空的有害電離輻射當中，這可能會導致一系列問題。

失重。在地球上，人類的肌肉骨骼系統(tǒng)已經適應了一定的重力。失重狀態(tài)會加速肌肉萎縮和骨骼系統(tǒng)衰弱，就像長期臥床的病人，將暫時失去行走的能力。

溫差。月球的溫度變化很大，白天可達120攝氏度，晚上卻低至零下130攝氏度?？芍^冰火兩重天。

隕石威脅。月球每年會遭受數(shù)以百萬計的隕石撞擊，高晝夜溫差和缺少空氣的環(huán)境，使月球表面聚集了非常細的、類似于玻璃碎片的顆粒。這些碎片會損壞儀器和宇航服。

在月球上建立適宜人類生存的永久性基地，需要將大量的有效載荷（食物、水、備件、氧氣和其他維持基地運行所需的必要物品）定期運送到月球。為了解決這一系列問題，美國國家航空航天局（NASA）開發(fā)了一些新的技術，其中最突出的有兩個項目，一是由獵戶座飛船、空間發(fā)射系統(tǒng)和地面勘探系統(tǒng)組成的深空運輸系統(tǒng)；二是艙外探索主動單元航天服。

想要長期定居月球，太空服必須具備以下功能：

首先要滿足基本的生存要求。

提供一個穩(wěn)定的模擬大氣壓，與地球上的大氣壓相當；提供可呼吸的氧氣并去除二氧化碳；保持舒適的溫度，可進行溫度調節(jié)；提供輻射防護；可防護宇宙塵埃和太空碎片的襲擊。

其次滿足以下要求的宇航服可以使宇航員在太空中保持生產力。

保證宇航員四肢活動自如；可清除并回收身體排泄物；提供通信系統(tǒng)；提供完成特定任務所需的配件，例如在太空行走期間，修理和安裝模塊所需要的專門工具，其中一些必須嵌入到太空服內部或放置在太空服上；提供必要食物和飲料。

自1982年以來，NASA宇航員進行艙外活動時所穿的宇航服被稱為“艙外活動單元”。最新的探月任務激勵了新一代宇航服，即艙外探索活動單元（xEMU）的開發(fā)。據(jù)估計，這款新型宇航服將于本世紀20年代中期交付使用。xEMU具備以下裝置：

探索便攜式生命支持系統(tǒng)

探索便攜式生命支持系統(tǒng)（xPLSS）是負責維持太空服內生存條件的系統(tǒng)。簡而言之，這是一個配備了生存必要系統(tǒng)的背包，該系統(tǒng)包括一個主氧氣供應裝置（主氧回路）和一個備用氧氣供應裝置（次級氧回路）。氣體主要儲存在氣瓶中（約20700 kPa），安裝在xPLSS背包上。

主氧回路執(zhí)行以下功能：為頭盔提供呼吸用的氧氣，并為整個宇航服提供氧氣以保證身體接受的壓力正常，并保持通風（將呼出的二氧化碳從頭盔中去除）。

呼吸氧氣供應裝置

頭盔中具有泡沫裝置，對頭部均勻施加20.7 kPa的壓力。氣瓶中的氧氣通過管道系統(tǒng)進入宇航服的上半身部分，最終進入頭盔的后部。氧氣的流速為每分鐘0.17立方米。當氧氣流到頭盔前部時，可以將人體呼出的二氧化碳置換到收集管中。

恒定壓力裝置

這套宇航服具有一個氣囊層，由xPLSS提供的氧氣充氣。該氣囊可以對人體軀干均勻施加20.7 kPa的壓力。

溫度調節(jié)裝置

溫度調節(jié)的設計包括兩個部分。第一個部分是可以適應不同體型的液體冷卻服，它可以從xPLSS接收冷水，并讓冷水圍繞整個衣服循環(huán)，保持約20攝氏度的溫度。當水吸收熱量后，會回到 xPLSS中的太空服水膜蒸發(fā)器（SWME）里，這是該系統(tǒng)的第二個部分。

SWME由微孔組成，外部保持低壓狀態(tài)。當溫水接觸到這些微孔時，由于另一側的壓力較低，水就蒸發(fā)并失去熱量。剩余的水通過SWME后冷卻下來，可以再次注入太空服。

食物和飲用水供應裝置

宇航服的上半身部分包含了用于攜帶食物棒和飲用水的袋子。這些補給品主要來源于“母艦”，即月球基地。宇航員在進行艙外活動之前需要做好膳食計劃。

國際空間站曾被認為是不可能的存在，如今卻已在軌多年。不被看好的月球基地，在不久的將來也一定會扎扎實實的佇立在月亮上，為穿著新型宇航服的航天員們提供一個可以永久生存的家。