穿上新衣服，去月亮上撒欢吧

文/松堂

▲ 布里登斯汀与穿着“猎户座”起降航天服的男工程师互动

2019年10月15日，美国宇航局高调发布了新一代航天服，包括起降时穿的“猎户座飞船生存服”和出舱穿的“舱外探索机动装置”（xEMU）。美国宇航局局长布里登斯汀亲自主持发布会，穿着航天服出场的则是美国宇航局航天服部门的女工程师克里登斯汀·戴维斯。“猎户座飞船生存服”看上去和过去的航天飞机舱内服区别不大，但xEMU的看上去就完全不同了。这种新航天服会给我们带来星际时代的全新体验吗？

阿尔忒弥斯计划的产物

在讨论这两种新航天服之前，必须提到一个叫做阿尔忒弥斯的计划。这正是美国宇航局在2024年前载人重返月球计划的正式名称。“猎户座飞船生存服”和xEMU都是阿尔忒弥斯计划的一部分。

我们曾经讨论过特朗普提出的2024年重返月球计划。虽然这位大嘴巴总统已经好久没继续讨论他的激进时间表了，也没有为此而拨出更多经费，但是也并没有撤回这个目标。所以美国宇航局只能抱着宁可信其有的态度，来制定自己的相关时间表。而且在2024重返月球这个大目标下，还有很多小的分支目标，其中就包括了要让一位女性航天员参加，实现女性第一次登上外星。

2024年重返月球任务被美国宇航局命名为阿尔忒弥斯任务，这个词汇本身就有着强烈女性意味。阿尔忒弥斯不但是希腊神话中的狩猎女神，还身兼大自然女神、弓箭与射术的女神、接生与新生儿的女神、丰产与孕育的女神、战争女神、疫病与死亡的女神、康复女神、未婚时期的女神……等一系列头衔，在西方文化里，是非常女权主义的一个象征。因此，用她来给这次计划命名，不但突出了女性航天员的参与，也强烈地迎合了美国的女权主义者。

▲ 布里登斯汀与穿着xEMU 的女工程师互动

▲ 身穿xEMU和新型起降航天服的演示人员互动

阿尔忒弥斯计划并不是美国宇航局独自实施的，还召集了一众商业航天公司及欧空局作为合作方。它不仅仅要把女性航天员送到月球上，还要为建立长期运行的月球基地，为私营企业开发月球经济奠定基础，最终为载人登陆火星服务。

从某种程度上说，阿尔忒弥斯计划是美国宇航局过去几个大型载人探索计划的混合物，其中包括小布什政府时代的星座计划、奥巴马政府时代的小行星重新定向计划。阿尔忒弥斯计划从这两个计划中吸收了“猎户座”飞船、SLS运载火箭、商业月球货运服务，新提出了地月空间站以及新的载人着陆器。新航天服与载人着陆器是直接相关的。目前的着陆器方案有两个，首先是洛·马公司提出的可重复使用飞船计划，它自重22吨，载重1吨，载员4人。它脱离地月轨道空间站后可以独立运行两星期，然后回到空间站维护和补给。美国宇航局本身提出了一种先进探索着陆器方案，是一种三级着陆器，包括转运级、下降级和上升级。飞船从地月轨道空间站分离后，由转运级送往近月轨道。然后下降级与转运级分离，降落在月球上。4名航天员在月球表面活动两个星期，然后进入上升级，返回地月空间站。这三级的质量都控制在12～15吨，可以用商业火箭发射到地月空间站。转运级和上升级都可以重复使用，下降级遗弃在月球表面。

阿尔忒弥斯计划遭到一些人的反对，焦点集中在地月轨道空间站上。他们认为，完全可以直奔月球，何必要花大价钱搞个空间站呢？还有人提出，用猎鹰火箭和载人龙飞船就足够登月了，搞这么多新型号是没有必要的。在这些反对者当中，还包括阿波罗11号的航天员奥尔德林。

▲ 两种新航天服的演示现场

目前，阿尔忒弥斯计划确定下来的载人发射有3次，都采用SLS第一批次构型火箭。第一次将在2020-2021年间择机发射，飞行25天；第二次在2022-2023年间择机发射，飞行10天；第三次在2024年发射，飞行30天，这也就是载人着陆月球的那一次。

此外，美国宇航局还提出了5次发射意向，采用SLS火箭第一批次B型火箭，其中在2025-2027年每年发射一次，每次飞行30天。2028年发射两次，其中第一次飞行60天，第二次飞行30天。

用来走路的xEMU

xEMU是为了解决老航天服的一系列缺陷而研制的。这也是50多年来，美国再次正式启动外星探索航天服的研制。那么，它具有哪些特点呢？

高过头顶的背包

它给人的第一印象，是背包的位置更高了，彻底挡住了后脑勺。航天员都没法回头看了。难道美国宇航局不想让航天员看见背后有什么东西吗？其实仔细想一想，这样的设计完全是合理的。首先，人的脖子不可能转180°。即使在地球上，我们要想看看身后有什么，也要靠脖子、上身和腰一起转动才能实现。必要时的时候还得靠脚帮忙，彻底把自己转过来。考虑到这种生理特征，各种老款舱外航天服的后脑勺部分都是不透明的。航天员并不打算扭头看后面，想看就要转身。

▲ 打算用于猎户座飞船的起降航天服，依然采用南瓜色

那么，把背包移动到更高的位置有什么意义？这和航天员的腿有直接关系。

xEMU是打算让航天员穿着去月球上徒步的。既然是走路，就需要用腿。但熟悉航天的人们会想到，在今天的国际空间站舱外行走活动中，航天员们其实很少用腿。在一个没有重力的世界里，有腿也没法走路。航天员们的腿多数时候用来夹住或者挂住空间站外面的架子，把自己固定住，更多的时候根本就用不上。所以，舱外活动航天服的腿部没有太多要求，只要保证腿部有足够的防辐射、隔热等安全防护能力就行。至于腿部关节运动，要求几乎没有。

但要去月球上走路，还是需要用腿。所以，要在胯关节、膝关节、踝关节位置设计相应的机构，方便腿部正常运动。那么，这和背包有什么关系？舱外航天服的背包里当然不是行李，而是生命保障系统。但无论是什么，都需要航天员人力携带。所以我们不妨就称它为背包好了。

老款航天服的背包位置比较低，就影响了臀部的设计，进而限制航天员的腿部运动。关于阿波罗计划的影像中，可以看到航天员在月球表面都是蹦着走的，就像兔子一样，这不但是因为月球上引力小，也是因为腿部运动不方便。实际上这种蹦跳是很费体力的，哪怕重力只有六分之一也不行，好好走路才省力。

另外，熟悉徒步运动的人们都知道，背包的位置越高，走路才越省力。如果背包的重心基本在人的心脏高度，是最舒适的。因此，专业登山包都尽量把包身抬高。大容量登山包塞满物资背在身上，顶部同样会挡住后脑勺。那种带子很长、垂到臀部的双肩包虽然时尚，对长途跋涉是完全没好处的。

▲ NASA的女工程师身穿xEMU上台，以显示运动灵活性

▲ NASA局长布里登斯汀与xEMU演示员互动

双手过头和钻进去

xEMU还有一个重要的功能要求，就是航天员能把双手举过头顶。这种要求看起来匪夷所思，在地球上，除非得了肩周炎，怎么会不能把双手举过头顶呢。然而这对航天员来说是正在发生的现实。

▲ NASA特意展示xEMU可以把双手举过头顶

▲xEMU远没有生化航天服那么激进

老款航天服采用了均码的模式，分为大中小三个款型。对于轻薄或者有弹性的衣服来说，这样粗略的划分或许还能接受。但是航天服这样划分，并不是一件让人舒适的事情。需要知道的是，均码并不是指整件航天服，而是指构成航天服的具体部件，包括手臂、腿、躯干、手套、头盔，等等。模块化结构听起来不错，但对具体的航天员来说，要选择不同的模块来配成一件勉强适合自己的航天服，是相当具有挑战性的。而且模块化的结果是，当航天员转动手臂的时候，自己的肩膀和航天服的肩膀转动并不同步，所以航天员肩关节受伤的特别多。

2012年，美国宇航局就在研究中发现，凡是执行过5次以上太空行走的航天员，肩部受伤的概率比那些只行走过一次的航天员高一倍。即使穿着模拟航天服在中性浮力水池里训练也会遭遇这样的风险。如果在水池里训练90次以上，肩部受伤的概率就明显上升。

但是，即使付出这样的代价，无论阿波罗计划还是航天飞机、国际空间站，舱外航天服都是不能让航天员把双手举过头顶的。

为了解决登月问题，早在2017年9月，美国宇航局有关专家就提出，未来航天服要在腰部、膝部、踝部上设置柔性关节，要让航天员具备“全表面机动能力”，也就是能在月球上自由活动，能行走、下蹲、扭腰，万一摔倒能自己爬起来。总之，要让航天员能够在荒凉的外星球上方便地探索和劳动。所以，10月份的这次展示，其实是美国宇航局用两年时间制造了一套工程样机。从现场视频看来，xEMU基本上满足了上述需求。

xEMU在可维护性上采取了全新的理念，它的主要部分可以在天上拆下来更换。比如说面罩，如果面罩出现损坏、划伤或凹陷，可以拆下来换一个新的，不用把它送回地球修理再送上天。当然，发射的时候需要把易损备件预先送上空间站或者月球基地。同样的，xEMU的其他部分也可以模块化配置。比如下肢部分，用于月面行走的构型和用于空间活动的构型可以有所不同。

xEMU是怎么穿上身的呢？现在的舱外航天服是钻进去的，把后背上的生命维持系统打开，人钻进去，然后再关上。新的航天服改变了穿着方式，人要爬进去。据说这样可以让肩膀部分更加贴合，防止航天员的肩部受伤。这种穿着方式在空间站里的优势还不算明显，但是如果是在着陆器或者加压式漫游车上就非常明显了。可以把航天服直接对接在气闸舱上，航天员爬进去就可以直接跳下气闸舱开始外星行走了，不需要再经历一道开门关门的程序。这大大缩短了舱外活动的准备时间。

▲ NASA同时展示了两种新航天服，以表2024重返月球的决心

不存在的xEMU

美国宇航局的展示，意味着xEMU已经研制成功了吗？完全不是这么回事！美国宇航局让人穿着所谓的xEMU上台走秀，只不过是在说“我想要这样的航天服”，真正能穿着进入太空、登陆月球的航天服，还不存在呢。在很大程度上，演示者穿的不过是一个套头木偶而已。

就在展示会的同时，美国宇航局发布了一份“信息需求书”，实际上就是招标书的技术要求部分。其中详细阐述了xEMU的研制背景、硬件需求、类别、用途、采购数量、引用标准，等等。我们在前文中讨论的所有技术内容，差不多都来自这份文件。美国宇航局希望能够通过演示和招标，让美国的工业界理解自己的概念和需求，然后根据各自的专业能力来投标总体制造或者分系统制造，最终把这件航天服真正制造出来。

招标书里还给出了一项重要的技术内容，但是媒体报道都没有重视，那就是它的舱内支持系统。我们在前文中说过，航天服本身也是一个小小的飞船，它不能像普通外套那样打包塞进行李箱，需要的时候拿出来就能穿，需要在飞船上为它提供专门的收纳部位，充电、充气、充水，并且随时监控技术状态。然而，除了少数专业媒体之外，大多数新闻报道中却对这件事情只字不提。公众还是对穿在身上的东西更有兴趣。

男女平等？美国人落后了

如前文所述，阿尔忒弥斯计划的卖点是女航天员首次登月。因此，xEMU就必须充分考虑女性生理特点。然而在男女平等这个问题上，美国做得比苏联差远了。

我们知道男性和女性的身体结构是有巨大区别的，但早年，美国宇航局的航天服都是为男性航天员量身定做的，而且直到1978年，美国的所有航天员都是男性。今天国际空间站上的舱外航天服不分男女，这为女性航天员们带来了严重的不适。

美国宇航局在2019年组织的“首次全女性舱外活动”就因此而推迟了好久。这次行走本来打算在3月29日进行的。按照原计划，应当由克里斯蒂娜·科奇和安妮·麦克莱恩一起出舱。麦克莱恩是个老手了。她在地面上训练的时候，曾经使用过中号航天服和大号航天服。根据个人体会，她认为中号航天服上身最舒服。科奇也有同样的体验。这意味着需要两套中号航天服才能供她们两人的组合完成这次任务。然而问题来了，当时只有一件中号航天服能用，另外一套中号服的耗材还没有调试好，于是麦克莱恩只能退出。

直到xEMU发布之后的第三天，科奇才和另外一名女性航天员杰西卡·梅尔身穿不那么舒服的老款航天服，在国际空间站外面漂了5个小时，更换了一个失效电源控制器，完成了人类历史上第一次全女性舱外行走。难道3月份的时候，麦克莱恩就不能用大号航天服凑合一下吗？太空行走并不是去游乐，如果穿了不合身的航天服，就会影响舱外活动能力，不但可能导致任务失败，自己也有受伤的可能。所以，麦克莱恩的选择是正确的。

量身定制

航天服的市场非常小，因此传统上美国宇航局的供应商都是固定的，一个公司负责生产舱内航天服，另一个公司负责生产舱外航天服。舱内航天服的技术进步更慢，美国人最后一种参加过太空飞行的舱内航天服就是航天飞机乘员所用的那种橙色衣服，被戏称为“南瓜套装”。它的历史可以追溯到1959年X-15高超音速试验飞机的飞行员高空代偿服。当然，随着航天飞机的退役，“南瓜套装”也不再出现了，美国航天员们如今要穿俄罗斯的白底蓝条航天服进入国际空间站。

提姆·库帕拉曾经两次前往国际空间站，其中在2009年那次是乘坐航天飞机前往的。他当时就感觉到，美国宇航局的航天服穿在身上太肥大了，干什么工作都不方便。到了2015年12月，他又乘坐联盟飞船上天，穿着俄罗斯的“海鹰”航天服进了空间站。“海鹰”让提姆·库帕拉大为赞叹:“这衣服穿着合身，符合人体尺寸和人机功效学。”

因此，美国宇航局这次打算采取量身定做的方式，每一位航天员都要在约翰逊中心接受全身扫描，然后根据扫描结果定制一些相关的航天服组件，争取让他们既能最大幅度地运动，又能够感到舒适。这其中当然也要考虑到女性的身体特征。

▲ xEMU的主要功能

▲ xEMU的入口开在肩膀上

然而，要想让女性在太空探索中发挥更大作用，问题绝不只有航天服这一件事。如今在太空里使用的工具，基本上都是为男性研制或者选取的，很少考虑到女性使用的问题。或许有人说，地球上的工具也不考虑男女的问题，不是男女都能用吗？事实上并非如此。地球上的常用工具和工具设计方法，是在漫长的人类发展史中经过了反复尝试和选择的，最终形成了众多男女都能用的通用工具。但这一切都发生在地球上，在宇宙里，这些工具是不是还能男女通用，现在还不好说。例如阿波罗计划期间，美国德伟公司为航天员们设计了一系列电动工具，但那些航天员都是男性，女性登上月球之后，同样的工具是不是依然能用、好用、安全，不经过实地检验，是不能得到最终结论的。