如何保护宇航员不受太空辐射的伤害

时隔13年后，我国神舟十二号的三名航天员一起协作努力再次执行出舱任务。

航天员刘伯明、汤洪波，身着我国自主研制的新一代“飞天”舱外航天服 亮相外，这一次还有非常厉害的机械手臂协助航天员一起工作。

即使这样太空出舱任务依旧危机四伏、困难重重，航天员面临六大风险。

人一旦暴露在太空中将面临失压、缺氧、低温和辐射损伤这四大危险。

首先，我们都知道太空没有空气也没有压力。

其次，太空舱外 的温度变化迅速，反差很大。面向太阳时温度可达120摄氏度，背对太阳时温度则低至100摄氏度以下。

除此之外，还有来自太阳的辐射、紫外线辐射，另外在太空中飞驰的微小流星体也是潜在的危险。

因此，一件舱外航天服可以为航天员提供全方面的生命支持系统。

出舱意味着航天员至少要提前24小时就开始准备 ， 其中任何一个疏忽都会给航天员带来巨大的危险。

舱外航天服的工作原理

外太空是一个环境极其恶劣的地方。

假如人类在没有宇航服保护的情况下走出航天器，就会发生以下可怕的事情。

舱外航天服就是在衣服内创造一个类似地球的环境，同时还要考虑一些潜在的危险。

那么舱外航天服是如何做到的呢？航天员又会面临怎样的六大风险？

像轮胎一样，太空服本质上是一个充气的气球，它为里面的航天员提供了空气压力，防止他们的体液沸腾。

航天员所使用的舱外航天服是在0.29个大气压下运行的。

风险之一：减压病

减压病又叫潜水病，以前潜水艇的船员容易得这种疾病。

舱外航天服和太空舱之间也存在压力变化，如果减压不当，空气压力的迅速变化会使人体组织内的氮气释放，在血管中形成气栓，从而引起剧烈疼痛、抽筋甚至瘫痪或死亡。

我们呼吸的空气是由78%的氮气，21%的氧气和1%的其他气体组成的。

航天飞机和空间站都模拟地球上的大气，有正常的空气混合物。

而舱外航天服为航天员提供的是纯氧的呼吸环境。因此，太空行走的航天员必须在穿上太空服之前 “预吸”一段时间的纯氧。

风险之二：纯氧的预呼吸可以消除航天员血液和组织中的氮气，从而最大限度地减少了减压病的风险。

在航天服狭小的密闭空间里，航天员呼出的二氧化碳浓度很有可能会达到致命的水平。因此，宇航服必须随时去除空气中的二氧化碳。

目前航天服使用氢氧化锂罐来清除二氧化碳。

风险之三：二氧化碳浓度增加

为了应对太空中极端的温度，大多数航天服都用多层织物（如：氯丁橡胶、Gore-Tex、Dacron）进行隔热，并在外层覆盖反光层（多是白色织物）以反射阳光。

航天员进行出舱活动时身体会产生大量的热量，为了消除这种多余的热量，航天服都采用液冷服降温，但航天员依旧会严重脱水。

风险之四：脱水

宇航员尤金-塞尔南在双子星9号的太空行走中失去了几斤的重量。

为了保护宇航员不受微米级物体的碰撞，太空服有多层耐用织物织成。

太空辐射很强烈，但太空服仅能提供有限的辐射保护。

一些保护是由内置在太空服中的Mylar反射涂层提供的，但面对太阳耀斑航天服并不能提供更多的技术保护。

风险之五：太阳耀斑辐射

因此，航天员执行出舱活动都会选择在太阳活动较少的时期进行。

在失重状态下，人们很难四处移动。

假如你在太空推动某个东西，根据牛顿第三定律你就会向相反的方向飞去。

因此，航天器配备了脚踏板和手约束装置，以帮助航天员在微重力下工作。这次我国的航天员更是在机械手臂的帮助下开展出舱任务。

风险之六：意外飘走坠入黑暗的宇宙深渊

舱外航天服提供这么多全面的保护，它就像是一个微型载人航天器。

一个舱外航天服至少由14层组成，以提供加热、冷却和加压系统。

“航天英雄”杨利伟曾在电视节目中展示过舱内和舱外用的两套航天服。

舱内的航天服价值几百万，舱外的航天服价值3000万。

造价如此昂贵的宇航服如果航天员在外面想要上厕所该怎么办呢？

航天员穿上的第一件衣服是一个成人版的尿不湿，MAG内裤中添加了 一种叫做聚丙烯酸钠的粉状化学吸收剂，它可以吸收大约自己300倍重量的水份。

经过数次改良MAG内裤一次最大可吸收两升的尿液。 假设航天员排尿的话，只需要每隔八到十小时更换一次即可。

曾经的太空服还在航天员的脖子附近安装水果棒，在今天大多数出舱活动的航天员都会在离开航天器之前吃东西。

如果宇航员在太空行走中感到口渴，航空服还配备了一个装入饮料的袋子。这是一个装满水的塑料袋，有一个饮水管，用尼龙搭扣连接在太空服的前部内部。

宇航员只需把头转向管子就可以喝上一口。

如果一个航天员在5分钟内简单地穿上舱外航天服并迅速离开气闸，他就会出现减压病。

这会导致血液中膨胀的氮气泡迅速逸出，关节疼痛、头晕、痉挛、瘫痪甚至死亡都会随之而来。

为了给航天员提供最大的保护，避免太空中的压力不足，舱外航天服在太空行走期间的压力为29.6千帕，大约是航天员在舱内压力的三分之一。

在太空行走开始前至少24小时，整个舱内都要进行减压，从正常的101千帕降到70.3千帕，并稍微增加氧气。

航天员还必须呼吸纯氧，因为在如此低的压力下，空气中的氧气量是不够的。

在太空行走前一小时，宇航员戴上面罩，预吸纯氧，好让他们为呼吸100%的氧气做好准备。

航天员聂海胜接受心肺功能检查。

这项检查是为测试航天员心肺功能，同时通过大运动量刺激，和呼吸机对肺部的强化，确保航天员出舱时良好的身体状态。

历史 上第一个进行太空行走的人是前苏联宇航员列昂诺夫。

不幸的是这一 历史 性事件几乎以灾难告终，当他在舱外时，他的太空服充气，使他无法重新进入气闸。

列昂诺夫打开一个阀门，冒着减压病的危险，尽可能多地释放了太空服中的空气，好在他最终有惊无险地回到了舱内。

载人机动装置是附加在太空服上的较大的推进器，可以获得额外的机动性，可以完成更复杂的任务。

我国空间站宇航员刘伯明和汤洪波出舱执行任务，另外一名航天员聂海胜留在舱内进行配合。

出舱的两名航天员，一人为机械臂安装上臂支架，包括脚限位器、工具台等，然后借助机械臂进行移动。另一名航天员借助舱壁上安装的扶手，爬行一段距离到作业点进行辅助工作。

其间他们还会进行一次应急返回验证。

我国的航天员此次在太空停留了大约7个小时之久。

这次出舱任务中，空间站舱外的机械臂首次配合航天员共同完成。机械臂负责运送航天员到作业点。

机械臂是我国目前智能程度最高、技术难度最大、系统最复杂的空间智能制造系统。

它能真实模拟人类手臂的运动能力， 具有七个自由度的活动能力。 它通 过旋转结构，能在前后左右的任何角度和部位抓取物体，抓取能力可以达25吨，

时隔13年后，中国航天员再次出舱活动。

三名航天员冒着极大的生命危险为后续的航天员们提供了一系列的宝贵经验。

航天员的出舱能力、应急能力、舱外工作时长、人机结合等一系列的活动都得到了有效的验证和实施。

#中国空间站航天员首次出舱# #130公斤航天服 穿上只用5分钟# #刘伯明出舱感叹蓝色地球太美# #太空出舱三位航天员有哪些任务# #舱外航天服是这样设计出来的#

自20世纪五六十年代，人类进行太空探索以来，距今已经大半个世纪。目前仅踏上月球。人类对太空的渴望，岂能止步月球。如何保障在太空中的安全,就是当前摆在人类面前一个非常大的问题。

美国钢铁侠伊隆.马斯克开启的火星计划， NASA计划在2030年以后，人类将登上火星。也都临着这样的困绕。而实际上，他们的计划时间还是有些紧张，因为还有许多问题需要解决。

最基本的问题就是太空辐射。自然界中的一切物体，只要温度在绝对温度零度（-273.15摄氏度）以上，都以电磁波和粒子的形式时刻不停地向外传送热量。其中，如光,是电磁辐射的一种形式。中央供暖系统散发出来的热也是辐射的一种等，这些对我们人类是有益的。另一些辐射则是人类，特别是太空中宇航员的致命杀手。它能够破坏人体的DNA，使得他们的行为异常，有时可能导致癌症。太空辐射粒子像极其微小的炸弹将分子炸碎。深层宇宙射线比地球附近的太空辐射更具有破坏性。这就是高能宇宙射线。它的能量以电磁波或粒子（如阿尔法粒子、贝塔粒子等）的形式向外扩散。

太阳系中危险的辐射就是太阳。它不断发出许多不同频率的光，并持续地输出太阳能。太阳风吹出高能质子，电子和α粒子。这些粒子和波长可能会对人类构成危险。由其是太阳风、太阳耀斑和日冕等。由于多种因素影响，它们每次爆发都可以将几十亿吨的等离子抛进行星际空间。如果宇航员在没有保护的情况下，很容易受到严重的太空辐射，造成器官受损，基因变异等。

来自银河系的高能宇宙射线。这些高能粒子，像数百万年前的超新星爆发一样发生。它们的范围从氢原子一直到重金属元素，例如铀。它们的电子被剥离掉，这意味着仅原子核保留了下来。这些粒子以接近光速的速度运动，它们可以轻易穿过宇宙飞船，并且，在穿过的任何原子的同时，都会被电离。

人类只所以能够安全地生活在地球上，要归功于地球磁场对我们的保护。它会偏转日冕物质和周围的一些太空辐射。这些物质受地球磁场的影响，便沿着地球磁力线高速进入到南北磁极附近的高层大气中，与氧原子、氮分子等质点碰撞后，就产生了地球上美丽的极光。地球磁场还可以保护大气层不被太阳风剥离。正是地球的这种自然机制,才使我们免受各种宇宙辐射的伤害。

诸如火星之旅。宇航员至少需要100天才能从地球到达火星，这只是开始，人类还要踏上更远的宇宙征程。这意味着他们将长时间暴露在太空辐射中。因此，人类要离开地球，就必须找到避免辐射的方法。即使是使用特殊材料的飞船可以阻挡太阳耀斑和日冕物质产生的粒子，但是却阻挡不了来自宇宙的高能波和宇宙辐射。

所以，科学家首先考虑到，发明出能够吸收宇宙射线的屏蔽装置。

能够屏蔽高能宇宙射线辐射的最佳物质是氢。但是科学家指出，不能利用纯氢进行屏蔽，必须寻找包含大量氢的物质，例如包含一个碳原子和两个氢原子的聚丙烯即通常的塑料。水含有一个氧原子两个氢原子，也是很好的屏蔽物质。但是水太重难以携带，飞船的发射太昂贵，着陆的难度和复杂性更大。要完全屏蔽射线，氢屏蔽装置的厚度需要2米，这样装置的重量和体积都是不可行的。科学实验却表明一个奇怪的结果，屏蔽30-35%的射线的装置只需要5-7厘米的厚度即可，这是目前可以考虑的最佳选择。对于其余70%射线的屏蔽，科学家将另辟蹊径，寻找其他解决方案。其中，维生素A和C这样的抗氧化剂能够在射线产生危害以前，也可以吸收射线产生的粒子。另外，科学家还在寻找一些途径，能够在人体遭到伤害以后，使得受损害的异常细胞自行消灭。

一种由氮化硼纳米管的材料制成的太空服，即使在火星表面上也很有用。这种物质很坚固，但也含有氢原子，可以保护宇航员被辐射。这种材料甚至可以用来制造航天器的材料，因为它也能承受极高的温度。但，这个项目仍然需要进行测试没问题后才能进行配备。这也是科学家正在研究的另一种方法。

还有一个项目也正在试验的一个项目是飞船内建立一个磁力场，有点像地球磁场的复制品。科学家表示，虽然可以建造类似的东西，但它的能源效率还不足以用在宇宙飞船上。也许到2030年，这项技术能成功运用到飞船上去。

等等，随着人类科技发展，相信人类能克服宇宙辐射。宇航员可以在2030年代安全抵达火星，自由穿梭于宇宙深空。

1971年6月30日，苏联3名宇航员计划返回地球，他们在礼炮号空间站停留了23天，已经顺利完成各种实验任务，地面已经准备好迎接他们回归。

然而当返回舱着陆时，地面人员打开舱门，却发现3名宇航员全部死亡，而且死状十分凄惨。

事后调查发现，返回舱阀门的螺栓存在松动，在和轨道舱分离时产生震动，加上内外强大的压力差，导致阀门发生漏气现象，里面的空气迅速流失。

三名宇航员当时没有穿航天服，直接暴露在真空环境下，最后因减压和窒息而死亡，整个过程不到1分钟。

和大多数人想象的不一样，人体暴露在太空会被迅速冻结，甚至不会感觉到冷，因为温度的本质是粒子运动程度。运动速度越快温度也就越高，速度越慢温度也就越低。

当粒子彻底静止时，就会产生一个绝对零度，即零下273.15摄氏度，不过这个温度没办法达到，因为运动是物质的固有属性。

而太空接近真空状态，只有很少的粒子在运动或者导热，所以人的体感温度没有明显变化。我们平常用的保温杯，也是利用真空不能导热的原理。

而真空状态也意味着没有氧气，人缺氧几分钟就会窒息死亡，不过在此之前，人首先会因体液沸腾而死亡，但不会像小说里描述的那样炸开。

水在太空的沸点只有40多度，而宇航员的体温在37度左右，他们身体里的水分开始气化，尤其是血液里会产生大量气泡，气泡堵塞血管并造成破裂。

全身各部位开始出血，宇航员会在15秒内失去听觉和视觉，这时他们的肺部已经爆裂，并在20秒后彻底失去意识，血管的静脉压开始膨胀超过动脉压，血液会在40秒后停止循环。

这时宇航员的体积会增大一倍，看起来像个300斤的胖子，随着体内的气体慢慢排出，又会像气球一样瘪下来。水分气化会慢慢带走热量，这时候人体就会被冻成冰块。

所以宇航员是个伟大的职业，他们工作的环境堪比刀山火海，全靠航天服为他们保驾护航。

航天服分为舱内和舱外两种

舱内航天服顾名思义，就是在航天器内部使用的，也叫高空飞行压力服，它由航天头盔、压力服、供氧通风软管、以及手套、靴子和其它配件组成。

它一般在飞船起飞和降落时使用，一旦返回舱发生漏气情况，只要接通舱内的供氧供气系统，服装内就会立即加压充气，还能提供氧气、温度和通信功能，保证宇航员安全返回地球。

那苏联宇航员为什么没穿航天服呢？这是因为返回舱超载导致空间狭小，三名宇航员根本无法穿下航天服，以至于三名宇航员不幸牺牲。

自此之后，宇航员在起飞和降落时，必须穿上舱内航天服。

早期的航天服只能在舱内使用，随着航天事业的发展，宇航员需要到舱外作业，科学家又在舱内航天服的基础上，设计出了舱外航天服。

它和舱内航天服的最大不同，就是多了一个便携式生命保障系统，看起来像一个背包装置，由供氧供气系统、水冷却循环装置、空气净化组件、通信系统等组成。

主要提供以下五大功能，保持宇航员的体温、保持压力平衡、阻挡太阳辐射、处理宇航员的排泄物，以及供氧和排出二氧化碳。

说简单点，舱外航天服就是一个人型太空舱，宇航员穿上它可进行舱外活动，既有安全性也有灵活性，不过它的造价也同样不便宜。

比如美国登月时采用的航天服，每件成本在1800万美元左右，考虑到通货膨胀等因素，也就相当于现在的1.5亿美元，这价格买一艘军舰都不在话下。

航天服第二层叫密封气囊层和约束层，这两层是向人体施加压力的，要保证宇航员处于标准的大气压下，所以对材料的强度和密封性要求很高。

据说这种材料的制造工艺，之前只有美国和苏联掌握，所以别的国家无法制造航天服，只能从美苏手里租或者买。

好在我国成功突破了技术封锁，虽然技术离美俄还有些差距，但完全能保证我国宇航员的安全， 而且这个世界上，只有中美俄能制造舱外航天服。

曾经我国宇航员在太空进行舱外活动时，韩国媒体曾酸溜溜地报道，认为我国航天服是美国淘汰的二手货。

这种言论实在让人好气又好笑，西方国家一直对我国实施技术封锁，哪里肯给我国提供航天服呢？

那么话说回来，航天服的加压层覆盖了尼龙布，它添加了氯丁二烯橡胶，是加压层的一道防护罩，能抵御太空的高速粒子，不要小看这些细微粒子，它们能击穿几毫米厚的铝板。

航天服的最外面是热防护层，主要作用是防辐射和隔热，它也是多种复合材料组成，里面是镀铝PET薄膜和无纺布，外层是高强的芳纶编织布，让宇航员既不怕300多度的温差。

最后再辟个谣，舱外航天服是可以多次使用的，一般情况下可以使用15次以上，美国的4套航天服已经服役15年，不得不说鹰酱的技术还是可以的。

但是我国不用妄自菲薄，美苏在太空争霸的时候，我国在努力建设小康 社会 ，后来又面临西方 社会 的技术封锁，能走到今天实属不易，是无数前辈们用汗水换来的。

在航天员的服装、飞 船和装 备中，应尽可能增加辐射防护功能，以保护宇宙中的航天员，并能随时发现“掩体”，避免即将到来的致命辐射。

当宇航员在月球上，或在太空环境 中，太阳耀斑或其他剧烈的太阳活动可能会对宇航员产生严重影响。太阳风暴促进了人们对 空间安全和宇航员安全的关注。空间天气预报可能成为人类探索宇宙的重要参考：避免在恒星 不稳定时离开地球。

空间不是一个安全的“空间”。恒星 的高能粒子可能对人体造成不可逆转的损害。他们是使太空变得危险的重要成员。对太阳系来说，最危险的是太阳。除了太阳耀斑、日冕等太阳现象外，高能粒子也将被抛入太空。这些 高能粒子很容易通过皮肤，在通过人体时释放出能量，可能会损伤细胞甚至人体DNA。

这种损害可能导致癌症和其他疾病。如果 辐射太强，可能在短时间内导致急性放射病。在宇宙环境中，它无疑是致命的。在地球上，稳定的磁场使大部分高能粒子发生偏转，鱼将受到地球大气层的抵制。当它们到达人体时，辐射 非常微弱。为了解决辐射问题，宇航员的设备是最好的解决办法。

在各国的航天中心，基本上都有24小时的人员监视太空情况，观察宇宙中的潜在危险，观察宇宙辐射的升降，护送宇宙中的宇航员。