飛天艙外航天服

飛天艙外宇航服，是中國為載人太空飛行工程出艙活動設計的艙外宇航服。該艙外宇航服為太空人在太空提供生命保障、安全防護和通信保障，是太空人出艙活動的主要裝備。^[1]

2008年9月27日，在神舟七號任務中，太空人翟志剛穿着該宇航服，完成了中國首次空間出艙活動^[2]^[3]。自2021年中國空間站的建設開始後，已有多名中國航天員穿着改進後的第二代飛天艙外宇航服完成了多次出艙活動。

歷史

20世紀70年代，中國首次進行載人太空飛行嘗試，研製宇航服的嘗試以失敗告終，此後中國航天服研製停滯30多年^[4]。

2004年4月，中國和俄羅斯簽署了從俄羅斯「星辰」科研製造聯合體（英語：NPP Zvezda）引進「海鷹」艙外宇航服的合作合同。俄方為中方研製生產了供飛行用的「海鷹」艙外宇航服3套，供低壓訓練用的艙外宇航服2套、供水槽訓練用的艙外宇航服4套，以及艙載對接系統4套，其中飛行用和低壓訓練用的宇航服的供電和通信等設備由中方配套研製^[5]。

研製過程

2004年7月，中國為執行空間艙外活動任務，決定研製艙外宇航服^[6]。由責任總設計師李潭秋在中國航天員科研訓練中心領頭研製。

2005年3月，西安微電子技術研究所開始進行宇航服數管設備、生理信號放大器、報警信號放大器等設備研製生產任務^[7]。

2005年5月，鄭州航天電子技術有限公司開始進行宇航服電纜網研製生產。

2006年2月，宇航服軀幹殼體在運載火箭總裝廠開始研製生產^[4]。

2006年6月，宇航服第一套總裝產品完成^[8]。同年9月30日，宇航服完成初樣設計評審，正式轉初樣階段。

2007年，艙外宇航服轉正樣研製。2007年底到2008年初，中國第一套艙外宇航服及各項配套產品陸續交付^[4]。

2008年4月，宇航服通過接口匹配聯試；同年5月和6月，模擬太空人穿着艙外宇航服兩次在低壓艙通過了人——服裝，人——飛船——服裝驗證試驗。

2008年6月，第一代艙外宇航服完成通過驗收。

設計

第一代飛天艙外宇航服

第一代「飛天」艙外宇航服質量為120公斤，高2米，配有1.30米高的生命保障系統背包，可支持至少4小時的艙外活動，能重複使用5次以上，價值3000多萬人民幣^[9]，具有供氧、溫控、二氧化碳吸收等環境控制、生命保障與安全防護功能，具備資訊採集傳輸、通信能力。宇航服採用整體擬人形態半硬式密封結構，即從腰部以上的軀幹是硬式結構，四肢為軟式結構，採用後背鉸鏈門式穿脫機構。宇航服從上到下依次是頭盔、上肢、軀幹、下肢、壓力手套、靴子，適應身高為165至175厘米^[10]。

艙外宇航服頭盔面窗有4層，設計有兩層加壓結構，外面是防護層結構，鍍金濾光面窗起到視覺保障作用；頭盔設計有攝像頭，可拍攝太空人出艙操作；頭盔兩側各有一個照明燈，同時有泄露報警指示燈和語言報警。艙外宇航服整體從內到外分為6層，包括由防靜電棉布的舒適層、橡膠質地的備份氣密層、複合關節結構組成的主氣密層、滌綸面料的限制層、通過熱反射來實現隔熱的隔熱層、最外面的外防護層。軀幹達到7層，最厚的掛包有20層^[9]。

艙外宇航服軀幹殼體為鋁合金薄壁硬體結構，壁厚為1.5毫米，抗壓能力超過120千帕^[11]。服裝的氣液控制台，可自動控制氣體液體流動，使太空人得到適宜的空氣和溫度。宇航服最外層的防護材料耐受正負100攝氏度以上的溫差變化；服裝攜帶的氧氣瓶，採用複合壓力，既保證安全又能帶儘可能多的氧氣^[4]。宇航服溫度系統可以保證24-28攝氏度左右範圍。艙外宇航服在關節設計採用了「蝦」結構，相比其他宇航服依靠擠壓變形的波紋結構，更加保證了關節靈活和密封性^[8]。

生命保障系統背包作為宇航服穿脫口的密封門，其殼體內安裝艙外宇航服生保設備，殼體下端安裝有掛包、備用氧瓶等。背包關閉通過拉緊鋼索和操作關閉手柄完成。壓力手套外層為纖維織物，有2層氣密，使用特殊隔熱橡膠材料，可耐受100℃高溫；為保持觸覺指尖部分採用1層氣密層^[9]。

第一代「飛天」艙外宇航服無動力裝置。艙外宇航服胸甲右下側伸出了兩根一長一短橘黃色安全繫繩，其內部有彈簧，最長可拉至3米，能夠承受一噸的拉力。繩的另一端是兩個掛鈎，可以在艙外活動時在軌道艙壁的扶手上固定。宇航服腰部左側有一根與飛船相連的8米長的「電臍帶」，可用於傳輸太空人生理參數，也可作為安全繫繩的備份^[8]。穿脫時間在地面上可自行在2至3分鐘內穿脫。在太空中，從準備工作到完全穿好服裝，大約15個小時。

參數

工作壓力： 40 kPa（5.8 psi）
質量： 120公斤（260磅）
艙外生命保障時間： 至少4小時
可靠係數： 0.997
重複使用： 5次以上

參數

氣體泄漏率： 不大於2升/分鐘
應急供氧時間： 不小於30分鐘
平均散熱量： 300瓦
外層耐溫： 正負110 °C（230 °F）
抗壓能力： 120 kPa（17 psi）

第二代飛天艙外宇航服

改進後的飛天艙外宇航服在2021年7月4日的神舟十二號乘組首次出艙活動中第一次亮相。和初代相比，第二代飛天艙外宇航服的主要改進有：^[12]^[13]

適應身高由165-175厘米擴展至160-180厘米
自主工作時間從四小時提高至八小時
設計使用次數從兩年五次提高到三年十五次

艙外宇航服的軀幹外殼裝有電控台、氣液控制台、氣液組合插座、應急供氧管、電臍帶，其中電控台里有照明、數碼管控、機械式壓力表等9個開關，漢語詞典大小的氣液控制台里集成了20多種閥門。全部設備採用數碼訊號處理，顯示屏則採用最先進的有機發光顯示器技術，使顯示器更大、更薄、更省電、更能耐受高低溫，顯示色彩更艷麗。^[14]

第二代代飛天艙外服也是第一次考慮了兩性需求做出設計，中國航天員科研訓練中心指，天宮艙外服總共有ABC三套，其中一套是針對較纖瘦的體格就也可供女生使用，據太空人系統艙外服總裝主任設計師丁凌艷介紹，艙外服C在結構上進行了一些調節。除了外觀變化之外，艙外服C主要是對下肢進行了一些更適體性的版型優化。另外提到的顏色不一樣，是指艙外服A和艙外服B，一個是國旗紅、一個是太空藍，艙外服C是國旗黃，就是國旗上星星的顏色，主要是為了區分在艙外多名太空人的時候，有不同的標識，可以方便區分太空人^[15]。製作第二代飛天艙外宇航服的下肢限制層就需要260多個小時，頭盔面窗的製作需要經過47道工序，裝配一整套艙外宇航服則需要近四個月。^[16]

參數

工作壓力： 40 kPa（5.8 psi）
質量： 130公斤（290磅）
艙外生命保障時間： 至少8小時
可靠係數： 0.997
重複使用： 15次以上

參數

氣體泄漏率： 不大於2升/分鐘
應急供氧時間： 不小於30分鐘
平均散熱量： 300瓦
外層耐溫： 正負110 °C（230 °F）
抗壓能力： 120 kPa（17 psi）

任務

2008年9月27日16時34分，在神舟七號載人飛行任務出艙活動中，太空人翟志剛首次穿着該宇航服，完成了中國首次空間出艙活動，並向安裝在艙外的攝影機揮手和揮動五星紅旗^[17]。翟志剛其後取回艙外裝載的固體潤滑實驗試驗樣品，並開始太空漫步。16時58分，太空人成功完成艙外活動，返回軌道艙內，出艙活動持續時間25分23秒，「太空漫步」大約10分鐘^[18]。

2021年7月4日8時11分，神舟十二號乘組太空人劉伯明開啟天和核心艙節點艙出艙艙門，11時02分，太空人劉伯明、湯洪波身着新一代飛天艙外宇航服先後從天和核心艙節點艙出艙，完成在機械臂上安裝腳限位器和艙外工作枱^[19]，14時57分，經過約7小時的出艙活動，太空人劉伯明、湯洪波安全返回天和核心艙^[20]。

編號	出艙任務	日期	穿着太空人			在太空時間
編號	出艙任務	日期	艙外宇航服A （紅色飾帶）	艙外宇航服B （藍色飾帶）	艙外宇航服C （黃色飾帶）	在太空時間
1	神舟十二號第1次	2021年7月4日	劉伯明	湯洪波		6小時46分鐘
2	神舟十二號第2次	2021年8月20日	聶海勝	劉伯明		5小時55分鐘
3	神舟十三號第1次	2021年11月7日	翟志剛		王亞平	6小時25分鐘
4	神舟十三號第2次	2021年12月26日	翟志剛		葉光富	6小時11分鐘
5	神舟十四號第1次	2022年9月1日		陳冬	劉洋	6小時7分鐘
6	神舟十四號第2次	2022年9月17日		陳冬	蔡旭哲	4小時12分鐘
7	神舟十四號第3次	2022年11月17日		陳冬	蔡旭哲	5小時34分鐘