航天服是载人航天飞行的基础之一。
《美国航天服》从航天服的工作环境入手,围绕航天服必须应对的诸多技术挑战,沿着美国载人航天计划的发展主轴,以极其生动的细节描述了航空压力服一步一步发展成为登月航天服、航天飞机航天服的艰难历程。它系统地讲述了航天服硬件及其实现的过程,以年表的方式描述并分析了美国的所有舱外活动,以及在此过程中航天服硬件的目的与作用。为了更生动地说明主题,书中收集了大量的原创照片,并且在技术细节之外,还加入了一些趣闻轶事,兼具实用性和可读性。
这是一部关于航天服、太空行走、生命保障系统以及逃生系统的巨著。它让我们认识到航天服的历史是一个渐进的过程,并着重阐述了这一过程中发挥了关键作用的选择和研发体系。专业读者可以将《美国航天服》当作教科书,参考其中的工程突破和经验教训,因此成为更棒的工程师。
20世纪60年代初,作为一名年轻的海军飞行员,最让我激动的事情莫过于穿着全压服驾驶F-4H鬼怪战斗机在天空飞行,那时它是海军最新型、最棒的2马赫战斗机。我们升空后,爬升到35000英尺(1英尺=0.3048m)的高空,启动加力燃烧室,加速到两倍的声速,然后使机头形成大约60°的角,继续向上拉升。在升至大约65000英尺的高空时,加力燃烧室静了下来(没有足够的氧气),飞到80000英尺时,我们已经到达想要达到的高度,战斗机从勉强超声速状态降到了200英里/小时,因此我们调转机头以避免发动机停机。在一个晴朗的日子,我们飞到距弗吉尼亚州诺福克东岸数英里处,向北我可以看到纽约,向南我可以看到佛罗里达,那真是令人心惊的时刻。
此时,我们故意地释放了座舱压力。古德里奇公司制造的MarkⅣ全压服立刻充气膨胀起来(谢天谢地!),当时我就坐在前弹射座椅内。压力服的活动性还行,我可以用手指来控制操纵杆,保持鬼怪战斗机的机翼平衡,直到我们再次降到35000英尺以下,稠密的空气涌入座舱内,压力服上的夹具逐渐松开。由于我们的燃料已经不多,于是立刻返回奥希安纳海军航空基地。
我觉得这次的压力服还不错。它发挥了自己的作用,保障了我们的生命,并且直到飞机降落之前都在持续运行。不过就是活动性和可视性不是太好,穿衣服的时候也有些痛苦,虽然温暖,但在座舱内仍显得庞大笨重。尽管如此,我们仍然珍视它提供的保护作用,确认这种飞行服采用了尖端的压力服技术。为了开发一种足以将人类送上月球的航天服,NASA的工程师和各家航空航天公司必须经历这一阶段。航天服是实现航天飞行的惊人创造之一。
载人航天器是一个小世界,这个小世界必须包含地球上人类赖以维持生存和工作的所有东西,例如适宜温度和压力下不合污染物的空气、水、食物,以及工作、睡眠和通信需要的全套配置。航天服也是一个小世界,虽然相对较小,但是几近完整。航天服必须能在数小时内起到保护和维持航天员的作用,同时允许航天员在太空的真空和极端温度环境里观察、行走以及活动。航天服必须非常可靠,能应对几乎每一次可能的故障情况。航天服还必须轻便紧凑,便于月球旅行中携带。此外,航天服甚至还要能携带少量的食物和水。对某些任务而言,这一点几乎是无法实现的;而对很多任务来说,这样做甚至还是危险的。我仍清楚地记得,NASA的一些管理者是不愿意让乘员穿上航天服进行舱外活动的,除非绝对必要。20世纪60年代初,因开发这些航天服而遭到责难的人们当然无法预料航天服会遇到什么问题,以及他们是否能获得成功。
本书描述了航天服和开发航天服的人们所取得的巨大成功。有关航天服的历史是本书最棒的部分之一,其中回顾了最早时期为了保护在高空飞行的飞机和热气球内的飞行员所付出的努力,唤起了人们对威利·波斯特和斯科特·克罗兹菲尔德这样一些旧日的名字的记忆和敬意。接着,本书以生动的细节描述了飞机压力服发展成为登月航天服,以及航天飞机航天服的艰难历程。
部分读者会和我一样从头到尾通读本书。另一些读者则会将本书当作教科书,参考其中的工程突破和经验教训,并会因此成为更棒的工程师。读者能从书中了解到材料磨损和破坏的速度有多快,还能知道航天服在肩部宽度(能保证3名乘员并排坐在阿波罗指令舱内)与活动性之间的优化权衡,如何冷却身穿航天服的人员体温,以及如果风扇发生故障或者航天服的压力层因微陨石体而破有小洞(不用考虑大洞),需要多少额外的氧气才能使航天员返回载人飞船等问题。读者还可以从书中知晓解决所有这些问题并最终制造出从未在工作时发生故障的航天服的工程师姓名(未提及的人当然还有很多)。
当我1965年加入NASA时,很幸运地被任命为一名监控航天服开发过程的航天员。我不仅因此获得了与NASA、汉密尔顿标准公司、国际橡胶公司、大卫·克拉克公司以及其他公司年轻有为的工程师相识的机会,还能看着他们工作,并能依次在实验室、高空模拟室以及最终在太空中测试他们的研发成果。在我一生中从未如此开心过。我还结识了那些才能、奉献精神以及研发成果至今都让我敬佩的人物。我希望我们能重新聚到一起,为开发出可漫游火星丘陵和山谷的航天服而共同奋斗。
第1章 引言
第2章 挺进太空
第3章 航天服基础知识
3.1 航天服种类
乘员逃生/救援/发射/返回舱内航天服
舱外航天服
舱内/舱外兼用航天服
3.2 航天服研发面临的挑战
太空真空环境vs人类对气压的需求
压力层的动力学特征及其对关节活动性的影响
压力选择和减压
友好的航天服环境
热与辐射防护及控制
太空阳光直射防护
空间碎片
太空硬件费用
第4章 发射/返回航天服:过去、现在和将来
4.1 美国国家航空咨询委员会(NACA)/美国国家航空航天局(NASA)X-15计划(1954-1968年)
4.2 水星计划(1959-1963年)
4.3 双子星、阿波罗以及美国空军的两用航天服
4.4 航天飞机乘员逃生系统研究与开发(1971-1979年)
4.5 航天飞机弹射逃生服(1981-1982年)
4.6 航天飞机发射/返回航天服(1987-1995年)
4.7 航天飞机先进乘员逃生航天服(1990年至今)
头盔组件
头戴通信组件(CCA)
套装组件
手套组件
抗荷服(AGS)组件
自动安全功能
4.8 航天飞机乘员逃生系统概述
4.9 满足未来舱内活动安全的要求
第5章 双子星计划:空间探索和太空作业的第一步
5.1 早期的安全警告
5.2 双子星压力服的演变和发展
5.3 双子星4号舱外系统的发展
5.4 双子星4号:美国第一次太空漫步
5.5 双子星5号~双子星7号的目标和航天服系统(1965-1966年)
双子星5号任务
双子星7号/6A号任务:目标和结果
5.6 双子星8号~双子星12号的航天服系统及其经验(1966年)
双子星8号的任务目标及系统说明
……
第6章 阿波罗:人类开始探月之旅
第7章 关于已取消的阿波罗任务的先进航天服研发
第8章 美国空军航天服
第9章 天空实验室和阿波罗联盟号试验项目航天服系统(1969-1975年)
第10章 航天飞机计划:轨道舱外活动发展成熟
第11章 未来舱外活动与行星探索计划
后记
附录A 美国航天服系统概览
附录B 美国舱外活动信息
参考文献