《流浪地球》火了,让我们来扒一扒防护服材料吧!

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    近日,一部名叫《流浪地球》的国产科幻电影引爆贺岁档,成为了春节期间的热门话题。


    作为国内首部科幻电影,《流浪地球》片中的科幻元素,让大多数远离这一题材的国人耳目一新。
    拔地而起的地表发动机,冰封的城市,不间断运转的空间站,悬浮在空中的巨大木星……可以说是前所未有的视觉盛宴。 

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    除了这些极具未来感的特效镜头之外,还有一样装备,在本片中发挥了巨大作用——那就是配备透明头盔的防护服。
    无论是装备外骨骼装甲的军方,在地表进行运输作业的平民,还是太空中协助空间站引领地球“流浪”的领航员,无不穿着这一外观上非常相似的服装。 

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    不过,虽然所有的防护服都配备了一个像灯泡一样的头盔,他们的性能则各有不同。
    地表上行动的人们,无论是平民还是军人,所穿着的防护服主要是为了保护他们能够在地表严苛气候下行动。
    而领航员的服装则就是为了保护在太空环境下人类得以生存,适应太空环境作业的航天服啦。 

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    影片中的航天服既符合目前宇航员航天服的质感,同时还结合了未来的科技感。
    那么,真正的航天服又是由哪些材料组成的呢?为什么宇航员需要穿上这一身特制的航天服才能上天?
    一起来了解一下吧!
    航天服(spacesuit)     航天服是保障航天员的生命活动和工作能力的个人密闭装备。是在飞行员密闭服的基础上发展起来的多功能服装,可防护空间的真空、高低温、太阳辐射和微流星等环境因素对人体的危害。 

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    航天服能构成适于宇航员生活的人体小气候。在真空环境中,人体血液中含有的氮气会变成气体,使体积膨胀。
    如果人不穿加压气密的航天服,就会因体内外的压差悬殊而发生生命危险。 

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    它在结构上分为6层:
    ①内衣舒适层:宇航员在长期飞行过程中不能洗换衣服,大量的皮脂、汗液等会污染内衣,故选用质地柔软、吸湿性和透气性良好的棉针织品制做。
    ②保暖层:在环境温度变化范围不大的情况下,保暖层用以保持舒适的温度环境。选用保暖性好、热阻大、柔软、重量轻的材料,如合成纤维絮片、羊毛和丝绵等。
    ③通风服和水冷服(液冷服):在宇航员体热过高的情况下,通风服和水冷服以不同的方式散发热量。
    若人体产热量超过350大卡/小时(如在舱外活动),通风服便不能满足散热要求,这时即由水冷服降温。通风服和水冷服多采用抗压、耐用、柔软的塑料管制成,如聚氯乙烯管或尼龙膜等。
    ④气密限制层:在真空环境中,只有保持宇航员身体周围有一定压力时才能保证宇航员的生命安全。因此气密层采用气密性好的涂氯丁尼龙胶布等材料制成。限制层选用强度高、伸长率低的织物,一般用涤纶织物制成。
    由于加压后活动困难,各关节部位采用各种结构形式:如网状织物形式、波纹管式、桔瓣式等,配合气密轴承转动结构以改善其活动性。
    ⑤隔热层:也叫真空隔热层。宇航员在舱外活动时,隔热层起过热或过冷保护作用。它用多层镀铝的聚酰亚胺薄膜或聚酯薄膜并在各层之间夹以无纺织布制成。
    各膜之间用网络物隔开,贴在一起形成屏蔽。它有良好的隔热和防辐射作用,舱外航天服必须有这层。
    ⑥外罩防护层:是宇航服最外的一层,要求防火、防热辐射和防宇宙空间各种因素(微流星、宇宙线等)对人体的危害。这一层大部分用镀铝织物制成。
    这个外套要求防磨损力强、耐高温,除能防护内部各层不受损坏外,还要注意到颜色,一般用白色或金黄色为好。
    与宇航服配套的还有头盔、手套、靴子等。
    早期的航天服只能供航天员在飞船座舱内使用,后研制出舱外用航天服。现代新型的舱外用航天服有液冷降温结构,可供航天员出舱活动或登月考察。 

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舱外机动套装(EMU)     最为大众熟知的舱外航天服可能要属美国宇航局(NASA)的舱外机动套装(EMU),这一航天服就像一个私人迷你宇宙飞船。 

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随身生命维持系统(PLSS)     EMU有许多零件,在层层布料之外,还配备了包括氧气罐的随身生命维持系统(PLSS),这一随身生命维持系统像背包一样穿着,为航天员提供了在太空行走中生存的必备品。
    PLSS拥有液冷设备,用于循环氧气的风扇和双向无线电。随身生命维持系统中的警示和警告系统能够让宇航员了解这件衣服状态是否良好。该单元覆盖有保护布层。 

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上躯干组件及上身玻璃纤维硬壳     航天服的上躯干组件包括上身玻璃纤维硬壳(HUT)和手臂组件。
    上身玻璃纤维硬壳覆盖胸部和背部。它是一种由玻璃纤维制成的背心,这一材料通常应用于汽车及游泳池。
    显示和控制模块,以及随身生命维持系统会链接在这一部分。这部分的一个重要功能是它可以作为排水和氧气流管子的连接。 

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手臂组件及舱外活动(EVA)手套     手臂组件可根据宇航员提供不同尺寸。定径环可以使手臂部件更长或更短。
    由于宇航员必须能够在穿戴航天服的同时能使用和拾取物品,舱外活动(EVA)手套用于保护宇航员免受太空环境的伤害,并设计为便于宇航员尽可能轻松地移动他们的手指。
    由于手指位于身体的末端,这些手套在指尖有加热器。通过轴承部件,手套能够连接到套管,并允许手腕转动。 

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显示和控制模块     该模块是舱外航天服的控制面板。模块上有开关、控制器、仪表和电子显示屏。宇航员可以从该模块操作随身生命维持系统。 

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喝水包     使用魔术贴将塑料喝水包固定在上身玻璃纤维硬壳的内侧。塑料袋内带有阀门的塑料管,可从袋子中伸出,管和阀门可以调整到靠近宇航员的嘴边。
    宇航员可通过咬住阀门打开管子喝水,停止咬合即可关闭阀门。 

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下躯干组件下躯干组件     由航天服裤子,靴子和腰部下半部分组成。其中腰部轴承部件可以帮助宇航员移动和转动。金属体密封闭合将下躯干组件连接到坚硬的上躯干组件上。
    下躯干组件有D形环以连接系绳,从而将宇航员链连接到飞船上,保护宇航员不会飘走。 

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头盔     除了覆盖宇航员的头部,头盔还有一个通风垫。该垫将氧气从随身生命维持系统和上身玻璃纤维硬壳引导至头盔的前部。
    头盔使氧气保持在头部周围,并维持稳定的气压下。头盔的主要部分是透明的塑料泡沫。
    气泡型的头盔覆盖了舱外遮阳板组件,遮阳板上涂有一层薄薄的金,可以过滤掉太阳的有害射线。遮阳板还可以保护宇航员免受极端温度和可能存在潜在撞击危险的小物体危害。
    头盔上可安装电视摄像头和灯。 

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    通信头戴通信头戴起到对讲机的作用。提供宇航员穿着压力服时,在飞船发射、轨道压力应急和返回过程中的通话。同时,具有很好的保护宇航员听觉器官免受噪声危害的功能。
    通信头戴装置由防噪声耳罩、坚固耐用的送话器、网状结构的通信帽套以及保证可听声压级的语音放大器组成。 

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液冷通风服     大多数长内衣主要是用于保暖,而这款液冷通风内衣让宇航员在太空漫步时保持凉爽。它由弹性氨纶材料制成,配备91.5米的窄管。
    通过将水泵入宇航员皮肤附近的管道,使冷却水在机组人员的整个身体周围循环,从而消除宇航员运动产生的额外热量。服装上的通风口从宇航员身上抽出汗水,这些汗水在水冷系统中循环使用。
    此外,通过手腕和脚踝处吸入氧气,以帮助氧气在航天服内循环。
    因为舱外行动通常持续超过六个小时,宇航员需要穿着成人尿布,在他们的航天服下面有额外的吸收材料。
    舱外活动简便救援装置(SAFER)就像一件救生衣。在空间站工作的宇航员都会穿着SAFER。宇航员通常通过系绳连接到空间站。如果一名宇航员漂向太空,SAFER将帮助他/她飞回空间站。
    SAFER像背包一样穿着。它使用小型氮气喷射推进器让宇航员在太空中移动。宇航员可以用一个小操纵杆控制SAFER。 

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腕镜     穿着航天服时,宇航员无法看到显示和控制模块的正面。为了看到控制器,宇航员在袖子上佩戴一个腕镜,用于查看模块正面的设置。 

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航天服分层材料     NASA现有的舱外航天服有14层材料,近130公斤重,以保护宇航员在太空行走。
    液冷和通风服装构成前3层。第4层是囊层,它为身体创造了适当的压力,存在于呼吸氧气中。第5层使用与野营帐篷相同的材料制成,使囊层保持在宇航员身体周围的正确形状。第6层是防撕裂衬里的抗撕裂层。
    接下来的7层是聚酯薄膜绝缘层,使得航天服就像热水瓶一样。这些层可以防止温度在内部变化。它们还可以保护宇航员免受在空间飞行的小型高速物体的伤害。
    航天服最外层由3种织物的混合物制成,分别具有防水、防弹、防火特性。 

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袖口清单及安全绳索     袖口清单佩戴在宇航员的手腕上,宇航员会在太空漫步时穿上他们将要完成的任务的简短清单。
    安全系绳的一端连接着宇航员。另一端连接到飞船。安全系绳使宇航员不会漂进太空。
    接下来,再让我们八一八防护服上不可缺少的一种钢吧!
    美到爆的机甲骨骼防护服、超级科幻的星型发动机、横冲直撞的运载车,在极端环境下哪一个都离不开高端钢铁。 

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    不过今天我们要扒外观看不到的,论克卖的不锈钢箔。
    高能电池用不锈钢箔     在影片中,韩子昂(吴孟达饰)因氧气耗尽,取下防护头盔,瞬间冻僵,内外温差这么大,冷冻速度这么快,可见防护服需要一定能量来维持内部温度平衡。 

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    从携带方便及未来几十年的发展看,这种能量最有可能来自高容量、轻质、安全的充电电池,不锈钢箔就是制造这种电池的最佳材料之一。
    2013年新日铁宣布开发出了用于锂离子充电电池的不锈钢箔,该公司的不锈钢箔有两个产品群:
    分别是可用于电池及电容器外装材料、贴有树脂膜的复合不锈钢箔“LAMINELIGHT”(基材厚度为15μm,即0.015mm); 

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 采用不锈钢箔“LAMINELIGHT”的锂离子充电电池     可用于锂离子充电电池正负极集电体的“高强度极薄压延不锈钢箔”,(基材厚度为10μm,即0.01mm)。  

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用于集电体的“高强度极薄压延不锈钢箔”
    不锈钢箔是取代使用铝壳的方型电池单元以及使用铝箔的层压型电池单元的外装材料。不锈钢与铝合金相比强度和刚性更高,所以承受外部冲击的能力更强。而且还能使内压变化导致的电池膨胀降至以往使用铝箔时的1/3以下。 

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    影片中穿着防护服受到各种剧烈碰撞、进出温差100℃的各种环境,不用不锈钢箔怎么能行。
    此外,不锈钢还具有很高的电性能、化学稳定性,不会与电解液中的锂离子发生反应而变质,因此是一种密闭性出色的外装材料。这些出色特性将其用于车载电池。
柔性显示基材用不锈钢箔     不锈钢箔不仅仅是用于制作电池,在很多科幻片中出现的柔性显示屏、纸质电子读物也离不开不锈钢箔,而这种基于不锈钢箔(厚度为0.008mm)的柔性显示技术其实已经研究成功,只是进入广泛的民用阶段还需要点时间。 

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本文作者2019-3-4 17:44
镁途
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