神舟二十號乘組航天員陳冬在艙外工作。新華社發
日前，神舟二十號乘組圓滿完成第三次出艙活動。航天員陳冬、王傑完成了空間站空間碎片防護裝置及艙外輔助設施安裝、艙外設備設施巡檢等任務。至此，陳冬已完成6次出艙活動，成為目前在艙外執行任務次數最多的中國航天員。
與陳冬一同創造“紀錄”的，還有他身上穿着的艙外航天服B——它已累計保障20次出艙任務，成為中國空間站首套實現“4年20次”延壽目標的艙外航天服。
首次在軌開展壽命評估
艙外航天服是航天員在太空出艙活動中的核心裝備，保障着航天員的生命安全和高效作業。中國空間站艙外航天服是第二代“飛天”艙外航天服，按照設計標準，使用壽命為“在軌貯存3年，其間出艙使用次數不小於15次”。
2021年7月4日，在神舟十二號任務中，航天員劉伯明、湯洪波首次身着“飛天”艙外航天服A和B出艙，並順利完成出艙任務。隨着時間的推移，至2024年初，在軌飛行的艙外航天服已經接近“3年15次”的壽命設計指標極限。
航天服還能不能繼續用？為了準確評估艙外服的剩餘壽命，科研團隊制定了科學合理的壽命評估、健康監測方案和在軌檢測方法。通過深入挖掘在軌和地面試驗數據，科研團隊開展了大量材料級和産品級的驗證試驗，實現了艙外航天服在軌健康與延壽的動態精準評估。經評估，艙外服B狀態穩定良好，從而成為中國首次在軌開展壽命評估並延壽使用的飛行産品。
目前，中國空間站艙外航天服B已由11名航天員在8次載人飛行任務中接力使用，為航天服工程應用質效提升和空間站常態化出艙活動任務提供了堅實支撐。
此前，中國空間站內共配備了3套艙外航天服，編號分別為A、B、C。今年7月，天舟九號貨運飛船向空間站運送了新一批補給，其中包括兩套新的第二代“飛天”艙外航天服。新款航天服的在軌工作壽命由原有型號的“3年15次”艙外活動，提升至“4年20次”艙外活動。目前，艙外服D、E已完成解包檢測，狀態良好，將在未來出艙任務中逐步投入使用。
突破多項關鍵技術
艙外航天服相當於一個微型載人航天器，代表着高科技領域的尖端技術，是一個國家載人航天實力的重要體現。
2008年，在神舟七號任務中，航天員翟志剛身着“飛天”艙外航天服，首次成功實現出艙活動。到了空間站階段，航天員要進行更長時間的艙外操作，這對艙外航天服性能提出了更高要求。為此，第二代“飛天”艙外航天服突破了長壽命、高安全可靠性、高效作業支持等關鍵技術，有力保障了中國空間站建造期及運營期的出艙活動任務。
艙外航天服對於真空、輻射和高低溫的超強防護作用，主要源自服裝的多層設計。航天服的最裏層是襯裏和尿收集裝置；襯裏外是用於散熱的液冷通風層，將水作為冷卻液來冷卻航天員身體散發的熱量；液冷通風層外是用於産生一定壓力的加壓氣密層；再外一層是限制加壓氣密層向外膨脹的限制層；限制層外是對付艙外大溫差變化的隔熱層；最外面則是保護層，由多種纖維複合。
艙外航天服的靈活性同樣離不開精巧的設計。中國艙外航天服採用頭盔和軀幹一體化設計。四肢可以調節，利用倣生結構，上下肢關節處使用了氣密軸承，使關節活動更自如。
由於空間站空間有限，研製成本和運輸成本極高，因此艙外航天服無需做到“一人一套”。“飛天”艙外航天服採用“一對多”的適體性原則，一套服裝可以供多人穿用。上軀幹為硬結構，採用單一參數的固定結構，根據目標着服人群身體參數，包絡最大範圍；下軀幹與上肢採用主動適體性設計，根據航天員人群身體參數確定參數範圍，通過調節結構實現局部尺寸調節；手套同樣採用被動與主動適體性耦合設計，根據航天員人群手部參數分型，着服航天員可根據自身手部參數選配，同時手掌圍度可調，以獲得更好的操作性。
登月服研製進展順利
去年9月，中國登月服外觀首次亮相。按照計劃，中國將在2030年前實現載人登陸月球並開展科學探索，其後將探索建造月球科研試驗站，開展系統、連續的月球探測和相關技術試驗驗證。
第二代“飛天”艙外航天服的相關技術，為登月服的研製打下了良好基礎。登月服自2020年啟動研製以來，聚焦複雜環境綜合防護、人服能力提升，以輕量化、小型化、高安全可靠為目標，突破了多項關鍵技術，確立了總體技術方案。
由於航天員月面作業和空間站出艙差異顯著，因此登月服在細節的設計上和第二代“飛天”艙外航天服也有所不同。在月面出艙活動時，航天員處於真空、極端溫差、月塵和輻射等惡劣環境下，登月服要對航天員提供綜合防護，還要支持其完成行走、攀爬、駕車、科考等多種任務，對整個服裝的工效、小型化和集成化提出了更高要求。
展望未來，中國艙外航天服的設計思路是模塊化、輕量化、多用途一體化設計。例如在實現複雜環境一體化防護、功能模塊化的互換性、外部接口的兼容性等基礎上，最大程度地減少艙外航天服的自身重量，提高其靈活性與機動性，以充分適應不同探測任務下，各種人機配套模式的適用需求。
從“4年20次”延壽紀錄，再到登月服的加緊研發，中國艙外航天服走過了從突破到逐步成熟的歷程。它不僅是航天員在太空中最信賴的夥伴，更是中國航天不斷攀登、邁向更遠深空的有力見證。（記者 劉峣）
