一、研究背景

宇航服，又称航天服，是航天员进入太空必须穿的服装，一般由压力服、头盔、手套 和靴子等组成。宇航服是保障航天员生命安全的最重要的个人救生设备，宇航服按用途 可分为舱内宇航服和舱外宇航服两大类，分别有软式、硬式和软硬混合式结构。无论是 舱内宇航服还是舱外宇航服，都必须选用特殊的材料，采用特殊工艺，经过特殊的加工

, 制作和各种试验后才能够完成。

舱内宇航服是航天员在航天器内使内使用的宇航服。航天员在航天器发射、返回和 在轨道运行期间发生密闭舱失压等事故时，必须穿上舱内宇航服，宇航服因具有充压和

加压的重要功能，将起到保护航天员生命安全的关键作用。

舱内宇航服通常是为每一位航天员定做的，它是在高空飞行密闭服，简称压力服。 它的特点是：当它在充气加压时可呈拟人状态，人在其内全身可处于同一均匀的大气压 力环境中。当航天员在舱内使用宇航服时，必须将宇航服与舱内环控生保系统连接使用 。舱内宇航服工作时应与舱内通风供氧装置连接，它的主要作用是在人体周围创造适宜 人生存和工作的微小气候环境，用于防护低压环境对人体的危害，如有需要也可增加对

高温、低温或有害气体环境对人体危害的防护作用。如果应急救生时间较长，根据需要

也可配置尿收集装置，使航天服还具有收集和储存航天员尿液的功能。

航天服是航天出舱活动( Extra Vehicular Activity ，EVA) 生存和执行任务的基本装备， 而热防护系统是舱外航天服( 以下简称舱外服) 的重要功能组成，随着国内外载人航天领 域的不断拓展，与航天服热防护相关的技术也在不断发展。在我国完成的出舱活动任务 及当前国际空间站的出舱活动任务中，所使用航天服的热防护技术主要是针对近地轨道 热环境( Low Earth Orbit ，LEO) 的设计应用，而面向月球、火星的探索以及未来深空探

测将需要研制新的航天服和发展更加完善的热防护技术。

依据不同的任务目的地，相应的出舱活动热环境是舱外服热控系统设计的主要驱动  因素，决定了热防护中被动热控系统的设计，例如隔热材料选择、红外及太阳辐射防护 材料的选择; 同时也影响着航天服主动热控系统的设计，例如升华器、散热器、液冷系统 , 及执行出舱任务的乘组代谢消耗等作为航天服热控系统设计中的一个重要问题，隔热  设计的目的是使航天服从传热角度与外界环境相对隔绝，减少由空间多种辐射热源及极  端温度交变环境造成的大量得热与散热。如果隔热措施欠缺，由空间外环境漏入或漏出  服装的热流将大量增加，为了维持航天员的体热平衡，必将极大地增加航天服主动热控

系统的负担和设计难度。

在未来航天任务中，要求航天服隔热材料比当前轨道出舱活动所使用的材料具备更 加全面的功能和更好的耐用性。国际上已开展了这类先进航天服的隔热技术和材料技术 研究，各种无纺织物、纤维材料、多孔结构织物、气凝胶合成物等，是先进航天服提升

隔热能力的颇具潜力的材料。

二、 实验材料

面料类：羊绒布，高弹牛奶丝，无纺布，混纺布，涤纶布

溶液试剂类：乙二醇

仪器类：三个100ml量筒，三个50ml量筒，一个500ml烧杯，三个10ml烧杯，三个透

明封袋，电子秤，量角器，水泵，电源线，温湿度计，三个刷子，导管帽，橡皮筋，电 池，玻璃胶导管，软管转接

胶水类：白乳胶，氯丁胶

胶带类：电工胶带，聚酯薄膜胶带导管帽，橡皮筋，电池

三：研究过程、结果与分析

1 、课题一：贴身舒适衣物材料选择-不同面料的透气性和吸水性差异探究

实验目的：通过改变面料类型，探究其透气性吸水性

实验材料：棉布+涤纶+混纺+烧杯+橡皮筋+温湿度计+计时器+量筒+开水+ 自来水

实验步骤：

测量面料的透气性

（1）准备3种面积大小相同的面料（棉布、涤纶布、混纺布，10cm*10cm）各

3块；

（2）在1个100mL烧杯中倒入100mL开水；

（3）取1块面料(比如棉布）用猴皮筋固定在杯口出；

（4）将温湿度计的的探头紧贴棉布，同时打开计时器，记录湿度达到40%、

50% 、60% 、70% 、80%的时间；

（5）重复步骤 2-4 ，记录并分析数据，得出结果。

（二）测量面料的吸水性

（1）准备3种面积大小相同的面料（棉布、涤纶条、混纺布，10%* 10%）

（2）在1个100mL烧杯中倒入10mL开水；

（3）取1块面料浸泡在开水中，等待5分钟；

（4）5分钟后，拿出面料，用量筒测量烧杯内剩余的水量

（5）重复步骤 2-4 ，记录并分析数据，得出结果。

注意事项：

a .为避免误差，应保证温湿度计读数在开始测试时保持一致;

b .为避免误差，拿出的面料需要在烧杯口处抖动，直至拿出的面料没有水地滴

落为止（建议抖动10下）

实验数据记录与分析

实验结论：

通过以上实验，我们观察到：

棉布组湿度上升速度最快，透气性最好；

混纺布祖湿度上升速度适中，透气性适中；

涤纶组湿度上升速度最慢，透气性最差。

涤纶组的吸水性最差

所以在三种面料中，棉布更适合作为航天服的贴身舒适衣物材料。

2、课题二：保暖衣物材料-探究不同面料的保暖性

实验目的：通过改变面料类型，探究其保暖性差异

实验材料：羊绒布+牛奶丝+混纺布+温湿度计+冰袋+象皮筋+计时器

实验步骤：

（1）准备3种面积大小的面料（羊绒布、牛奶丝、混纺布，10cm*10cm)各3块 （2）选取其中1块面料，包裹温湿度计探头，用猴皮筋固定，再用冰袋包裹；

（3）记录温湿度计的每分钟的温度读数；

（4）5分钟后，移开冰袋，记录每分钟的温度读数；

（5）重复步骤（2）-(4) ，记录数据；

（6）分析数据，得出结论，分析结果。

注意事项：

a  .在做实验时，可将温湿度计连同面料放进冰柜冷冻层进行实验；

b  .冰袋可以自己制作。

实验数据记录与分析：

实验结论：

通过以上实验，我们观察到：

牛奶丝组的保暖性最差；

羊绒组的保暖性适中；

混纺布祖的保暖性最强。

所以在三种面料中，混纺布更适合作为航天服的保暖衣物材料。

3 、课题三：水冷服制作---不同浓度乙二醇溶液水冷效果探究

实验目的：通过改变乙二醇溶液浓度，探究其水冷效果差异

实验材料：

乙二醇+水泵+量筒+温湿度计+ 电源线+热缩管+插头+绝缘胶带+混纺布+水瓶+水平帽 +冰袋

+壶+烧杯+ 电压表+热水

实验步骤：

（1）制作夜冷服：将电源线连接水泵，并用热缩管包裹接口（也可用绝缘胶带代替）。使 用胶带将两根3mm*4mm导管分别黏在两块混纺布(15mm*15mm)上，使用胶带将两片水冷 服粘贴在一起。将两根5mm*8mm导管接在水泵进水/出水口上；将两根4mm*6mm导管接在 水瓶帽进水/出水口上；使用两个B1-032-040软管转接口将水冷服与水平帽端连接，使用两

个B1-032-048软管接口将水冷服与水泵段连接，制成简易液冷服；

（2)制备水冷液：使用50ml量筒精确称取不同体积的乙二醇溶液和自来水，制成不同浓度

的水冷液，并注入300ml饮料瓶。浓度分别为0 、10%,30%,50%,70%;

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（3）准备热水袋：讲500ml 、50℃热水注入8号塑料袋中并封紧，外层包裹8号塑料袋2个并

封紧，（防止漏水），将温度计探头放入2-3层塑封袋中；

（4）模拟穿上液冷服的人体：将液冷服放在热水袋上，此时热水袋相当于散发热量的人体

, 覆盖其上的液冷服相当于航天服的液冷服；

（5）启动冷却系统：将装有水冷液的塑料瓶浸泡于放置了冰袋与自来水的水盆中，为水冷 液进行降温，将瓶口放置略低于瓶底，方便导管中液体循环，打开水泵，使水冷液在液冷

服中开始循环；

（6）  记录起始温度，并每5min记录一次温度示数，分析数据，得出结论。

注意事项：

a.液冷服的起始温度尽量一致；

b.在实验中注意用电安全。

实验数据记录与分析：

实验结论：

通过以上实验，可以得出，降温效率最高的时50%浓度的乙二醇溶液，其次是70%的乙二醇 溶液，降温效率最低的是10%浓度的乙二醇溶液。所以在制作航天服的液冷层时，为达到较好的

散热功能，需要在水冷服中循环浓度为50%的乙二醇溶液。

4 、课题四：航天服气密层和限制层特性探究—不同胶水对织物的气密性和塑性

性探究

实验设计说明：

实验目的：通过改变胶水类型，探究其对织物的气密性和塑形性影响

实验材料：

刷子、 白乳胶、氯丁胶、玻璃胶、涤纶、半圆尺、烧杯、水龙头、电压表

实验步骤：

（1）准备面料与胶水：剪裁相同面积的6块涤纶(10cm*10cm），称量不同种类的胶水（白乳胶

，氯丁胶，玻璃胶）各6克;

（2 ）制作胶布：将6块涤纶布两两叠加，将称量好的三种不同类型胶水均匀涂抹在面料上的一

面，等其干透，即制作好了3块胶布：

（3）测胶布下垂角度：将干透的1块胶布一边固定，对边自然下垂，用量角器计算布料的下垂

角度；

（4）固定胶布：准备1个容量为100mL的烧杯，并在烧杯中装100mL的开水，将干透的胶布用猴

皮筋固定在烧杯口处；

（5）测湿度：将温湿度计探头放在胶布表面，记录每分钟的湿度数据；

（6）重复步骤（3）—（5），记录数据；

（7）分析数据，得出结果。

实验数据记录与分析：

实验结果：

通过以上实验，我们可以得到：玻璃胶的塑形性和气密性最好，氯丁胶的塑形性和气密性 适中， 白乳胶的塑形性和气密性最差；结合气密性和塑形性，玻璃胶是最佳的为航天服的气密

层和限制层选择的气密性胶水。

6.课题五：航天服隔热层材料探究--不同层数聚酯薄膜的保温效果探究

实验设计说明：

实验目的：通过改变聚酯薄膜的层数，探究其保温效果

自变量：不同层数的聚酯薄膜

因变量：保温效果

实验材料：

无纺布、冰袋、电压表、剪刀

实验步骤：

（1）准备面料：剪裁相同面积的5块无纺布（10cm*10cm）；

（2）贴聚酯薄膜胶带：分别在无纺布上黏贴1.2.3.4.5层的聚酯薄膜胶带，并将湿温度计探头包

裹在其上；

（3）用冰袋将探头覆盖，并记录1- 10分钟的温度变化；

（4）10分钟后，将冰袋移开，记录11- 12分钟的温度变化；

分析数据，得出结论。

实验结果

通过以上实验，我们可以得到，层数越多，保温效果越好。所以，航天服隔热层在满足重

量标准的情况下，聚酯薄膜越多，隔热效果越好。