太空里行走的人,身上那件衣服可不便宜。一件衣服里塞進(jìn)微型生命保障系統(tǒng)、溫控、通信、輻射屏蔽,還要保住人在真空里的呼吸與體溫,價(jià)格自然往天上飄。把賬擺在桌面上看,中美兩國走的根本不是同一條思路:美國EMU單套估值高得嚇人,設(shè)計(jì)指標(biāo)號(hào)稱十五年;中國"飛天"艙外服每套約三千萬元人民幣,真到了用起來,故事開始變得有意思。
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先把數(shù)字落實(shí)。我國新一代飛天艙外服屬于軌道基艙外服,按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),使用壽命為"在軌貯存3年,期間出艙使用次數(shù)不小于15次"。這是寫進(jìn)研制任務(wù)書里的紅線。
紅線歸紅線,真實(shí)在軌表現(xiàn)是另一回事。截至2025年3月21日傍晚,神舟十九號(hào)航天員蔡旭哲和宋令東身著中國空間站艙外航天服,于21日晚圓滿完成第三次出艙活動(dòng)。至此,中國空間站艙外航天服已經(jīng)圓滿保障空間站任務(wù)以來的19次出艙活動(dòng),使用年限次數(shù)超出"3年15次"的壽命設(shè)計(jì)指標(biāo),首批在軌艙外服正延壽使用、性能穩(wěn)定。
到了同年八月,數(shù)字又往前邁了一步。8月15日,神舟二十號(hào)乘組圓滿完成第三次出艙活動(dòng)。此次任務(wù)中,航天員陳冬身著的空間站艙外服B已累計(jì)保障了20次出艙任務(wù),成為我國空間站首套實(shí)現(xiàn)"4年20次"延壽目標(biāo)的艙外服。從寫在紙面上的"3年15次"到真實(shí)跑出來的"4年20次",這中間多出來的次數(shù),可不是工程師憑一時(shí)興起拍板的。
中國航天員科研訓(xùn)練中心給出的解釋挺樸素。達(dá)到壽命指標(biāo)后,科研團(tuán)隊(duì)定期對(duì)空間站艙外航天服進(jìn)行壽命評(píng)估,構(gòu)建天地聯(lián)動(dòng)、科學(xué)合理的艙外航天服健康監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估方法體系;同時(shí)系統(tǒng)識(shí)別壽命短板,便于后續(xù)服裝壽命升級(jí),從而達(dá)到既風(fēng)險(xiǎn)可控又延長壽命的目的。
換句話講,延壽不是省錢小聰明,是把每一件在軌產(chǎn)品的壽命底座摸透了再?zèng)Q定能不能再用一次。二代艙外服是在使用壽命、安全可靠性、活動(dòng)工效和測(cè)試維修性等方面有一個(gè)全面提升。單次出艙活動(dòng)時(shí)間延長至8小時(shí)以上,活動(dòng)關(guān)節(jié)的壽命提升10余倍,活動(dòng)工效大幅提升,具備較好的測(cè)試性和維修性。關(guān)節(jié)壽命提升十幾倍,這件事不大不小,放在工程語境下卻是硬指標(biāo)的躍遷。
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EMU的初始設(shè)計(jì)需求并非一開始就是面向空間站出艙應(yīng)用。在航天飛機(jī)時(shí)代,EMU的設(shè)計(jì)要求是保證滿足100次航天飛機(jī)任務(wù)、15年的使用壽命,每次飛行任務(wù)結(jié)束后,將EMU帶回地面,進(jìn)行全面的檢查、維護(hù)和修理,供下次使用,屬于典型的地面基艙外服。注意這里的關(guān)鍵詞,地面基。這件衣服每用一次就得跟著飛船一塊兒回家,在NASA的實(shí)驗(yàn)室里大修一輪。
價(jià)格呢?舊賬本里的報(bào)價(jià)在通脹里早已變了味。每套EMU出廠時(shí)大約一千兩百萬美元,折算到今天的購買力已經(jīng)攀升到約一點(diǎn)五億美元。再看新一代項(xiàng)目花的錢,NASA在 2017 年報(bào)告中指出,在過去的 9 年期間,花了2億美元用于艙外宇航服開發(fā)。自2017年報(bào)告至今,又額外花費(fèi)了2.2 億美元,總計(jì) 4.2 億美元。
舊裝備硬撐場(chǎng)子的尷尬,NASA并不避諱。美國EMU是重復(fù)使用的,每出艙25次就帶回地面維修一次。看上去比"飛天"次數(shù)還多,可這里有個(gè)前提:每25次必須返廠,而不是在軌修。物流、拆裝、再適配,每一道工序都在燒美元。
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更關(guān)鍵的是新一代的接續(xù)不暢。EMU雖然在工作中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),但是在使用壽命、在軌維修性、環(huán)境適應(yīng)性等方面已不足以支撐未來深空探測(cè)等復(fù)雜的任務(wù)需求。因此,NASA 于21世紀(jì)初展開了新一代艙外航天服(Exploration Extravehicular Mobility Unit, XEMU) 的研發(fā)計(jì)劃。
項(xiàng)目立得早,落地卻一拖再拖。隨著 NASA "阿爾忒彌斯二號(hào)"載人繞月任務(wù)臨近,為后續(xù)登月計(jì)劃準(zhǔn)備的新一代宇航服研發(fā)取得重要進(jìn)展。Axiom Space 上周發(fā)布了一段視頻,展示其為 NASA "阿爾忒彌斯三號(hào)"任務(wù)研發(fā)的 AxEMU。也就是說,NASA最終把這件衣服的活兒外包給了私營公司,自家xEMU走到現(xiàn)在并未獨(dú)立量產(chǎn)。
舊裝備返廠、新裝備難產(chǎn),在軌那批EMU還得繼續(xù)頂著。設(shè)計(jì)壽命十五年的指標(biāo)早就在國際空間站上跑超了三十年,某種意義上,它已經(jīng)被使用環(huán)境硬生生拽到了"超期服役"的位置上。
回到中國這套衣服。三千萬的造價(jià)之所以能擠出更長的服役周期,真正的底氣不在材料噱頭,而在背后那一整套壽命評(píng)估方法。
劉東岳的話比較有說服力。"我們探索性地建立科學(xué)合理的壽命評(píng)估方法,深入挖掘在軌和地面試驗(yàn)數(shù)據(jù),開展了大量材料級(jí)和產(chǎn)品級(jí)驗(yàn)證試驗(yàn),評(píng)估壽命邊界。同時(shí),結(jié)合在軌服裝定期檢測(cè)和出艙前檢查,確認(rèn)服裝健康狀態(tài),保證航天員執(zhí)行出艙任務(wù)安全可靠。"
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延壽這事,目的也寫得明白。截至目前,空間站艙外航天服是我國首個(gè)在軌開展壽命評(píng)估工作的飛行產(chǎn)品。秉承集約高效的原則,延壽的目的是最大化發(fā)揮艙外航天服在軌應(yīng)用效能,節(jié)約工程成本。
家底正在擴(kuò)充。2025年7月15日,天舟九號(hào)貨運(yùn)飛船向中國空間站送上了新一批補(bǔ)給,其中包括兩套新艙外航天服D和E。目前,新艙外服D、E已完成解包檢測(cè),狀態(tài)良好,在未來出艙任務(wù)中,它們將逐步投入使用。原有的A、B、C三套之外再添兩員新將,意味著空間站艙外作業(yè)的彈性進(jìn)一步拉開。
新一代飛天的指標(biāo)也在更新。尹銳表示,現(xiàn)在的飛天艙外服的性能指標(biāo)已經(jīng)由原來的3年15次提升到了4年20次。更值得玩味的細(xì)節(jié)是,完成歷史使命的艙外服B并非燒毀了事,空間站艙外服也成為首個(gè)在軌開展壽命評(píng)估并延壽使用的飛行產(chǎn)品。退役的艙外服B將會(huì)回到地球,繼續(xù)完成它后續(xù)的使命。退役后回地球做后續(xù)研究,這才是真正閉環(huán)的工程思維。
再把視野推開一點(diǎn)。中國載人航天工程辦公室表示,當(dāng)前實(shí)際應(yīng)用于近地軌道出艙活動(dòng)任務(wù)的艙外航天服主體結(jié)構(gòu)均為半硬式構(gòu)型,具有較好的在軌維護(hù)維修能力和較長的使用壽命,但人機(jī)交互便捷性和工作效能尚顯不足。官方并未對(duì)自家裝備一味唱贊歌,把短板寫進(jìn)通稿,本身就是底氣的另一種呈現(xiàn)。
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整篇賬算下來,"美國航天服造價(jià)5億美元能用15年,中國航天服3000萬能用多久呢?"這個(gè)問題,如今已經(jīng)有了階段性的回答:三千萬一件的飛天,在軌保障的出艙次數(shù)已經(jīng)突破二十次,首批在軌服裝正按"4年20次"的新目標(biāo)延壽運(yùn)行;同期,五億美元的xEMU還在私營承包商手里磨合,舊EMU只能繼續(xù)披掛上陣。兩條路徑背后,是兩種工程哲學(xué)的差別。一邊把昂貴裝備打造成不可替代的"高定",離開地面工廠就玩不轉(zhuǎn);另一邊把模塊化、在軌可維護(hù)、壽命動(dòng)態(tài)評(píng)估寫進(jìn)設(shè)計(jì)源頭,讓一件衣服在天上越用越摸清底數(shù)。
衣服終歸是用來干活的。把每一克材料、每一道接口、每一次出艙后采集到的疲勞數(shù)據(jù),都擱在桌面上算明白,三千萬就能撐出二十次出艙的真本事。這件掛在中國空間站氣閘艙里的工作服,談不上多么花哨,可它寫下的那行數(shù)字,已經(jīng)把答案落在了實(shí)處。
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李國利、占康、劉藝. 中國空間站艙外航天服圓滿保障19次出艙任務(wù) 首批在軌艙外服延壽使用性能穩(wěn)定N. 新華社, 2025-03-21.
央視網(wǎng). "3年15次"→"4年20次"!第二代"飛天"艙外航天服家族有哪些成員?| 科普新款艙外服EB/OL. 中國日?qǐng)?bào)網(wǎng)轉(zhuǎn)載, 2025-08-20.
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