宇宙で「防御を破る」ことをどうやって避けるか？宇宙飛行士の「第二の皮膚」が救世主となる

我が国の有人宇宙計画は継続的に進歩しており、人々は宇宙産業におけるエキサイティングなマイルストーンを次々と目撃してきました。宇宙ステーションの建設と保守から月探査プログラムまで、さまざまなミッションはさまざまな課題とリスクに直面しており、宇宙飛行士の命を守るためにさまざまな宇宙服が必要になります。これらは宇宙飛行士にとって第二の皮膚のようなもので、過酷な宇宙環境において最も強固な保護を提供し、人類の宇宙探査の新たな章を開きます。

中国の船外活動用宇宙服の宇宙への旅

2008年9月27日、中国の宇宙飛行士翟志剛が初の宇宙遊泳を実施した。地球から300キロ以上の高度で、中国初の船外活動用宇宙服「飛天」が衝撃的なデビューを果たし、中国が世界で3番目に船外活動の技術を自主的に習得した国となった。 2021年7月4日、中国が独自に開発した新世代「飛天」船外宇宙服を着用した宇宙飛行士の劉伯明氏と唐紅波氏は、天河コアモジュールノードモジュールからの脱出に成功した。中国の宇宙ステーションミッションを遂行するための重要な装備である「飛天」船外宇宙服は、独特な設計コンセプトを持っています。

宇宙飛行士の劉波明は、新世代の「飛天」船外宇宙服を着用して宇宙船から無事脱出した。

「飛天」船外宇宙服は、内側から外側に向かって、快適層、予備気密層、主気密層、制限層、断熱層、外側保護層の6層に分かれています。放射線防護、温度調節、圧力調節などの重要な機能を備えており、完全な生命維持システムも備えています。

「フェイティアン」船外宇宙服

「飛天」船外宇宙服のデザインは非常に独創的です。重量はありますがかさばらず、動きが柔軟で、バイオニック構造を巧みに利用して関節の動きをより柔軟にします。上肢・下肢の全ての関節に気密ベアリングを採用し、気密性を厳格に確保しながらも宇宙飛行士の手足が自由に動くことを実現しています。バックパックには宇宙服を着脱するための密閉扉が付いています。内部には船外宇宙服生命維持装置が搭載されており、バックパックシェルの下端には予備の酸素ボトルが搭載されています。ケーブルを締めて閉じハンドルを操作することでパックが閉じられます。

宇宙飛行士の生命の安全を確保する船外宇宙服「飛天」の主要技術

2021年7月4日、宇宙飛行士の劉伯明氏と唐紅波氏は宇宙船からの脱出に成功し、中国が独自に開発した新世代の「飛天」船外宇宙服を世界に披露した。宇宙飛行士の安全を確保する新世代の「飛天」船外宇宙服の主要技術が、今回の飛行ミッションで重要な役割を果たした。

「飛天」船外宇宙服は、宇宙の過酷な環境下で宇宙飛行士の安全を確保するための重要な装備です。その技術は複雑で、小型の有人宇宙船に相当します。これは、国の有人宇宙飛行能力を示す重要なものです。

衣類、ヘルメット、手袋、宇宙用ブーツで構成されています。衣服の最も内側の層は裏地と尿収集装置です。ライニングの外側には、熱を放散するための液体冷却通気層があります。さらに外側には、一定の圧力を発生させるための加圧気密層があります。次に、外側への拡張を防ぐための制限層があります。制限層の外側には大きな温度変化に対応するための断熱層があります。最外層は複数の機能を持つ保護層です。

飛天船外宇宙服のヘルメットは、非常に広い視野を持っています。フェイスウィンドウは4層あり、そのうち2層には曇りを防ぐために高純度の窒素が充填されています。フェイスウィンドウの外側は保護ミラーになっており、最外側は可動式の金メッキフィルターになっています。宇宙飛行士が太陽に向かって作業する場合、直射日光が目に入らないようにカバーを下げることができます。

新世代「飛天」船外宇宙服のヘルメットの概略図

手袋の外側は繊維生地で、その内側には特殊な絶縁ゴムでできた2層の気密層があり、100℃までの高温に耐えることができます。しかし、宇宙飛行士が触覚を維持できるように、手袋の指先には気密層が 1 つだけあります。ブーツは、宇宙飛行士の足を適切に保護するために、圧力ブーツと船外耐熱ブーツで構成されています。

「フェイティアン」の「コントロールパネル」は前胸部にあります。さまざまな機器を操作するために使用され、機器の「頭脳」が配置されている場所です。宇宙飛行士は船外活動用の宇宙服を着用した後、胸のスイッチを見ることが難しいため、フェイティアンには左手首に小さな鏡が装備されており、宇宙飛行士は鏡像の助けを借りて観察できる。

さらに、宇宙服の背面には、生命を維持するために必要な酸素やその他の条件を供給するための携帯型生命維持システムが搭載されています。宇宙遊泳時間が長い場合に備えて、水袋や食糧バーを置くための長い穴も装備されています。

我が国の宇宙ステーションで使用されている「飛天」船外活動服は、世界で最も先進的な宇宙服の一つであり、これは航空宇宙労働者の共同の努力と切り離せないものです。航空宇宙産業が月面探査の段階まで発展した現在、月の複雑な環境に対処するために、研究開発チームは新しい宇宙服、月面服を設計・開発しました。

月面探査のために生まれたルナスーツ

中国の月面スーツがデビュー

2024年9月28日、中国で初めて月面着陸服の姿が公開された。月面着陸用の宇宙服は船外宇宙服をベースに開発・設計されました。船外宇宙服と比較すると、月面服はより一体化しており、外部機器の部品も小型化・一体化されているため、より本物の「衣服」に近いものとなっています。船外宇宙服の先進技術や設計思想を多く継承しつつ、月面の特殊な環境に合わせた一連の革新と改良も施されています。

月の環境は非常に過酷で、月面では昼と夜の温度差が非常に大きいです。日中の気温は127℃に達し、夜間は-183℃まで下がります。月面服は、極度の気温下でも宇宙飛行士の安全を確保するために、高効率の断熱・保温素材を使用しています。これらの材料は通常、反射層、断熱層、保温層を含む多層構造になっています。月面の温度変化にさらに適応するために、月面スーツには高度な温度調節システムも装備されています。このシステムは、宇宙飛行士の体調や外部環境の温度変化に応じて、宇宙服内の温度を自動的に調整することができます。温度制御システムには通常、加熱要素、冷却要素、温度センサーが含まれます。

月の表面にはそれを保護する大気がなく、宇宙線と太陽放射線に直接さらされています。したがって、月面服の構造設計では、放射線防護の要件も考慮されます。例えば、月面服のマスクにはパノラマ防眩窓が採用されており、放射線の入射角を最小限に抑え、放射線防護を向上できます。

月の表面は塵で覆われており、その塵は非常に細かく、ある程度の粘着力を持っています。宇宙服に埃が入り込み、宇宙飛行士の身体に危害を与えるのを防ぐため、月面服の外層とマスクは耐摩耗性と付着防止性に優れた素材で作られており、埃の付着を効果的に防ぐことができます。同時に、月面服のジョイントとシールは、ほこりの侵入を防ぐために特別に設計されています。

改良されたルナスーツのジョイント構成

さらに、月面服が長期間にわたって宇宙飛行士の月面での活動をサポートできる理由は、その独自の機能特性と切り離せないものです。月面服は生命維持システムを通じて宇宙飛行士に必要な酸素を供給し、温度を調節し、二酸化炭素を除去し、宇宙飛行士の生命を効果的に守ります。同時に、圧力保護により適切な内部圧力を維持し、真空環境が宇宙飛行士に危害を及ぼすのを防ぎます。さらに、通信システムにより、宇宙飛行士は地上管制センターとの円滑な通信を維持でき、エネルギー供給により機器やシステムに継続的な電力サポートが提供されます。これが宇宙飛行士が長期間月面に滞在できる理由です。

今後、中国の宇宙計画は飛天船外宇宙服と月面服の設計と技術革新を継続的に改善し、宇宙ステーション建設と月面探査にさらに貢献し、人類の宇宙探査に強力なサポートを提供していく。

一部の情報は、CCTV.com、Science Popularization China、Guangming Online から提供されたものです。

（科学評論：中国宇宙学会科学普及教育委員会委員 李良）