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第9章 衣食住行在太空生活在太空(5)

气密性可借助涂胶或涂聚合物取得。气密织物可以是单层的,也可以两三层复合在一起。两三层的气密织物、又可按其纱线方向细分为水平复合型和对角复合型。前者的经纱是平行的,而复合型的则是各层经纬纱线相互呈450角。双层平行复合织物单层加载时的强度比单层织物约大一倍,但抗撕阻力却有降低。

研制不透空气和水,但透水蒸气的材料对保障正常的生活条件有很大意义。这方面已经取得的成果使我们有根据预测,不要多久就可以制出透汽率50~100克/(米2·小时)范围内的气密织物。

宇航员服饰的用途和要求

为了阐明宇航员装备应满足的要求,就必须指出航天飞行器乘员所处的最为典型的条件:在±5℃之气密座舱条件下飞行;在20±50℃之不同的气候条件下降。

实际上不可能制造出一种能保证在上述条件下生存的万能服装。所以,提供给宇航员的是各种配套的服装,可以根据面临的客观情况选用:宇航员在飞行过程中自始至终使用的飞行服;舱内温度下降时和应急着陆(溅落)后所用的服装。

前苏联宇航员采用的配套飞行服装包括:飞行服、保暖服、内衣、鞋袜。

对飞行服的要求取决于它的用途。例如,贴身穿的内衣要柔软、吸水,具有良好的透汽性和透气性,而外衣则应坚固并可防止身体遭受机械损伤。必须根据服装的预定用途评价其主要的物理和卫生性能。对外衣的共同要求是:

防寒;防止在舱内受到损伤;与其他装备(全压服等)协调;轻便,不限制活动,便于穿脱;长时间穿用不引起疲劳,美观,方便;人体排出的水分及气态产物容易透过。

透汽性不足使衣下空气夹层内存留水蒸气,衣服潮湿积水。衣料的透汽性和透气性并非总是相容的。例如,皮革制品透气性小而透汽性尚可。

服装弄湿后,卫生性能要降低许多。潮湿的衣服使散热量显著增加,常常是伤风感冒的病因。

潮湿的织物贴在身上,对活动有些影响,使人感到不舒服。湿透的衣服使衣下空间的通风状况恶化。

月R装干燥时间的长短是其质量好坏的重要标志。织物挥发水分的速度首先与纤维的性能有关。例如,毛类吸湿性好,散湿性则不佳;棉花却干得相当快。

给宇航员选择服装时应考虑到下列因素:

1.在所有影响人体热平衡的因素中,最重要的是空气温度、相对湿度及运动速度。而且影响人体冷却程度的基本因素是空气温度,其他气候因素只能加强或削弱气温的作用。机体过冷导致体温调节系统高度紧张、周围血管痉挛、皮温降低、产热量上升,同时使一系列一般生理反应发生变化(脉率、动脉压等)。

2.衣料的导热系数是描述其保温性能的基本数值之一。调查研究结果表明,对于实际使用的材料来说,这个数值实际上与材料的结构、纤维组分及处理没什么关系,而可认为是常量,即0.05瓦/(米2·开)。

3.在挑选保温服装材料时,必须考虑它的透气量,因为透气量对热阻大小有相当大的影响。现代衣料的透气量范围极广——3.5~500分米73/(米2·秒),甚至更高。影响透气量的主要因素是衣料结构、湿度、厚度及层数。

已经确定,在吹风(风速为2-3米/秒)及低温条件下使用服装时,其透气量不得超过7分米3/(米2·秒)。

4.服装的隔热量为1.5克裸/厘米多层复合衣料厚度,或每1毫米厚度0.02(米2·开)/瓦。

复合衣料厚度接近4厘米即会降低活动范围。所以,实际上难以制造出6克裸以上的保温服装。

5.服装的必要隔热量通过两个要素(材料和空气夹层)的结合才能得到。

室内服装隔热量中之空气夹层热阻部分平均为30%,升温后为50%。

宇航员的内衣

内衣对皮肤的温度及活动有直接影响。因此,内衣材料的卫生要求特别高。寒冷条件下使用的内衣材料应具有低导热率,而在于、湿状况下的透气性又应很高。

为了身体不致急骤地冷下来,内衣材料在吸收水蒸气及滴状水分的同时,应于于燥的过程中缓慢地将其发散到环境中去。材料表面上不应有游离水分。吸水且水容量大的衣料符合上述要求,广泛地用于制造宇航员内衣的亚麻织物尤佳。

为了不妨碍皮肤发挥正常功能,为了不影响汗液分泌和蒸发,内衣材料在潮湿状态下不应贴在皮肤上。最符合这种要求的是那些表面膨胀的材料,例如绉纱织物。这种织物因膨松度提高而致导热性降低,弄湿之后能保持原有的性能。

为了避免刺激皮肤,内衣织物表面应柔软、滑爽而富有弹性。

适于做内衣的还有针织布——亚麻、棉、毛、丝、人造纤维(粘胶)。

保暖用的贴身内衣应密实,无皱褶和皱纹,贴身,能顺利地从体表吸收蒸发的汗液并将其发散到环境中去,尽量保持身体干燥。衣服应轻软膨松。丝织品最能满足这些要求。

吸水性差的合成材料不适于制做贴身内衣。但丝织品做的内衣有可能刺激皮肤,这个缺点会因穿著时间的增长而愈加显著,特别是在衣服弄湿了的时候。

为了改善保暖性可采用比较贵重的羊毛制造内衣。

醋酸纤维吸湿性最差。这种材料做的内衣穿在身上会产生一种不快的触感。它能贴在别的衣服上或因静电而引起疼痛。减轻静电作用的方法之一可用抗静电剂进行织物处理。

不能广泛利用粘胶纤维制作内衣的原因是它容易起褶,线性尺寸不稳定,强度也差。

一周时间内从人体表面分泌出100~300克皮脂、3~17升汗液(温度升高时可达35-40升),并产生40-90克皮肤角质表层鳞屑(俗称“皮肤”)。内衣能将皮肤上的这些东西清除掉。

要是内衣穿脏了,其透气性几乎可降低20%,质量增加12%,厚度增加28%,灰分增加到4~6倍,结果保暖性能降低,所以,至少也要7~8天换一次内衣。

我们知道,制作内衣的材料如有足够的吸吮力,就能吸收一定的皮肤分泌物。

降低皮肤上微生物繁殖率的可行方法之一就是制造防微生物内衣。在日常生活条件下对这种内衣进行了10~15昼夜的试验,没有发现皮肤的功能状况有不良的变化。

时下,固然可把贴身内衣归人一次用服装,穿二次之后即不再使用。但是,一个三人组成的机组在为时200昼夜的长时间航天飞行中约需90套内衣,重达45千克。所以,还是预计到内衣的洗涤和卫生处理为好。

前苏联宇航员的内衣系用棉一亚麻织物制做,由衬衫和衬裤组成。其重量取决于宇航员身高和胖瘦(平均500克)。

图2所示为连身形式的棉布内衣。连身内衣与连在其上的短袜一起制造出来。内衣上有衣兜,用以存放辐射剂量计;同时束以腰带,上面装有生物医学测量用的各种传感器。

与应急全压服配套时,内衣还必须备有收集生命活动产物的装罩。

宇航员的飞行服

飞行服供正常飞行条件下(座舱气温在18℃以上)日常穿用。选择飞行服热阻时,应注意使之能在约100瓦产热量条件下协助内衣保证宇航员舒适。

飞行服式样

a)1号,飞船指挥官用;b)2号,随机工程师用;c)3号,丝制套头衫。

考虑到飞行服的使用特点——每日穿用16小时,务必使之不限制身体活动。飞行服的穿用寿命受牢度(耐磨性)的限制,一般为60~90昼夜。飞行服上应在不同部位设置衣兜,以便存放各种物品。

前苏联宇航员穿的飞行服系用纯丝织物制作,由上衣、裤子和套头衫组成。一套飞行服质量约1250克。

宇航员的保温服

飞船座舱温度下降到15℃以下时,为了防寒必须使用保温服。保温服穿在飞行服或内衣外边。

保温服

保温服装由夹克、裤子、护帽和软帽组成,用拉绒纯丝织物制做,以提高保温性能。不起球(穿用过程中不从材料表面掉下纤维)是对一切衣料的基本要求。

材料厚度为5毫米时,服装热阻为0.11米2·开/瓦。对于由内衣、飞行服及保温服组成的全套服装来说,厚度为13毫米时(考虑到可能存在的空气夹层),其热阻约为0.29米2·开/瓦,或近2克裸。服装质量约1500克。软帽质量150克,护帽200克。

宇航员的鞋袜的使用性能

鞋袜的使用性能应保证方便、可靠,且能预防环境因素的不利影响。

使用是否方便的标志是其膨松程度,以及机械和卫生性能。

鞋袜要合适,防止足部变形,不压脚,也不破坏血液循环,不会磨破脚,不致磨出趼子。

机械性能包括质量、柔度和稳定性。鞋袜膨松部应最柔软,踝部应不影响活动,走动时要稳定,应便于穿脱和跟脚。

鞋袜应具有与预定用途适应的特定防护性能。例如,全压服鞋袜应经受得住其衣体造成的余压。

已知成人的双脚1小时可分泌约1~1.5克汗液,中等强度劳动汗量为2~2.4克,而重劳动则可达8-10克。其中的50%来自脚掌。

所以,对于足部是否能发挥正常功能来说,卫生要求具有很大的意义。鞋袜必须在其内部维持一微气候:温度、湿度和通风。

鞋袜的可靠性要求包括:耐久、结实、形状稳定、耐磨。鞋袜结构以等强度设计者为佳。其可靠性应保证它能执行所担负的职能,同时在整个保证寿命期中维持其使用性能。

宇航员的飞行鞋的结构

乘航天飞行器飞行过程中穿轻便皮鞋。也采用连裤鞋,它是全压服的组成部分。

飞行皮鞋于1964年首次在“上升”号上试用。这种鞋系用带铬素涂层的铬鞣革制造,皮底取粘接工艺连接。一双42码的皮鞋,喷量约400克。

1975年,经改进制成了供“礼炮4”号轨道站乘员用的皮鞋。鞋面仍用铬鞣革,鞋底先粘好,再以针线缝牢,包头及后跟是刚硬的。为了更加跟脚,鞋内加了橡胶套。鞋带由“闪电”拉链取代。

为了在失重状态下能把宇航员固定在某一地点,鞋底上粘有搭扣带的环套部分,而飞船上固定宇航员的部位则粘有搭扣的带钩部分。一双鞋质量约500克。

袜子对于在足部周围建立一定的小气候有很大意义。选择适当的袜子可以弥补鞋子的缺点,也可缩小鞋子选用不当之有害影响。

袜子应具有低导热率、高透汽量、高透气量以及良好的吸湿性。毛料能满足上述要求,因而常被推荐为制袜材料,它甚至在潮湿状态下仍有隔热的作用。

春、夏季节,建议穿棉织短袜。这类袜子有足够的吸湿性,不像毛制品那样刺激皮肤。

鞋垫对鞋子的保湿性能有很大的影响。毛毡鞋垫吸汗性能很好。鞋垫的特点是结构上与鞋子分开,故便于晾干及更换。

工业部门用各种兽毛与人造纤维或合成纤维混纺的材料制造短毛袜。判断短袜质量的典型指标有耐磨性、热阻和颜色相对汗液的稳定性。

长短袜类制品可据其耐洗性分为四类:第一类为加固型,可经受400转磨轮试验;第四类为坚固型,200~400转;第三类为超普通型,100~200;第四类为普通型,50~100转。

短袜类产品的尺码与以厘米计的足长对应——足跟至最突出脚趾的尺寸。工业生产23~33码短袜:

足长2324~2526~2728~2930~3132~33袜号232527293133纯羊毛线织成的短袜保温性能最好。短毛袜的质量因厚薄不同而在60~250克之间变化。

毛皮长勒袜由处理过的白色羊羔皮制造。

毛皮袜分4个尺码:40~41、42~43、44~45、46~47。袜高257~277毫米;其质量依尺码而定,但不大于0.3千克一双。

宇航员的手套

手套用天然羊皮制作,以粗呢及毛织品为隔热层。

手套人9号:7.5、8、9、9.5、10、10;5、11、11.5及12。

手套的号码按掌围尺寸判断,这个尺寸由姆指与食指间距的中点进行测量,将测得的掌围厘米值再除以尺码单位2.7即可。一付手套质量约0.2千克。

毛皮衬里手套用天然羊皮革制造,以整裁的羊羔毛皮做隔热层。毛高5~10毫米。每付的质量为0.2千克。

毛线手套由各种纤维纺成的毛线制作,包括全毛的和半毛的(含毛量不低于45%)。毛线手套分4号:9、10、11、12。

加载式防护服

加载式防护服用于给人体支撑组织及骨骼肌肉施加载荷。

在大、小腿处于平均生理夹角的状态下,加载服可给人体支撑-行走组织施加达体重50%的载荷。“企鹅”型加载式防护服由带有拉紧机构的连身衣和皮鞋组成。弹性元件选用橡皮绳(阻尼)。橡皮绳的松紧借助带子调整。

为了给小腿肚及足部肌肉加载,“企鹅”服配套皮鞋的头部套有马蹬。服装质量约2.5千克。

预先调整好的“企鹅”型加载服可自行穿脱。这种服装具有良好的卫生性能,可作为日常服装穿用。向肩部及腰部传输载荷的部位衬有垫子,有利于应力的均匀分布。擦伤和红肿可能已压缩至最低。专门设计了一种替代皮鞋的附件,睡觉时仍可使拉紧机构维持一定的张紧力。

对这类服装的基本要求之一就是弹性件的张紧程度要便于调节,也就是说机体支撑和肌肉组织的张紧度可依照宇航员的愿望以绝对值调节,也可按身体部位或肌肉群随意调节。

“企鹅”型加载式防护服

由于身体的上、下两部习惯的静载荷甚为不同,这种服装的腰部起着重要的作用。其上缘与躯干阻尼。器相连,而下缘与腿阻尼器接在一起。在腰部收紧的情况下,可分别调上、下两部的张紧度,甚至使躯干载荷为零而把下肢载荷调至最大。屈肢和伸肢的载荷也可在宽广的范围内调节。调节带部位要容易够着。

既然主阻尼器全是成双配对的,那么不管下肢的各个部分处于哪一种状态,也就是说不管盆一腿关节或膝部关节处于什么角度下,都可以达到力的平衡状态,而加于骨骼的载荷都是恒定的,与这些角度无关。

试验结果表明,“企鹅”型加载式防护服可使运动动能增长1-2倍。

负压式防护服

负压式防护服的用途是在人体下半部四周建立负压,并对其支撑一肌肉组织施以纵向载荷,以防其在长时间失重作用下发生障碍。

“联盟”号上用的负压式防护服为“风头麦鸡”型,做成气密裤的形式,裤腰部分具有刚性。

裤腿的波纹管式外壳系用不透气织物制作。外壳内的若干金属环用以防止裤腿在建立起负压时收缩。波纹管式的皱褶有助于外壳沿轴向收缩,同时给人体支撑-肌肉组织施加载荷。

裤腿与铝合金制的鞋子相连。

腰部装有气密“围腰”、编织带和仪表。围腰系用涂胶布制作,用腰带贴身地系在宇航员身上。仪表有真空度调节器(节流机构)、真空(安全)活门和真空度指示器。

衣内真空度(负压)借助一装有真空泵的便携式装置提供。真空泵由电机驱动。舱空气通过真空度调节器进入服装,再由衣内流人泵体,而后排队环境,从而在衣内建立真空度,同时实现通风换气。

“凤头麦鸡”型负压式防服全貌

1.波纹管式外壳;2.节流机构;3.真空度指示器;4.软管接头。

旋紧节流机构的帽盖可使服装耗气量减少,而衣内真空度增加。

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