来源丨创业邦（ID：ichuangyebang）

作者丨临风

编辑丨海腰

首图丨法新社

9 月 12 日，在距离地表 700 公里的地球轨道上，北极星黎明号（Polaris Dawn）指挥官 Jared Isaacman 成为第一位执行 EVA（舱外活动）的私人宇航员。

15 日，载人龙飞船溅落在墨西哥湾，结束了 5 天任务，标志着 " 北极星黎明 " 任务结束，SpaceX 第五次私人宇航员任务顺利完成。

图源：SpaceX，" 北极星黎明号 " 四名机组人员

Jared Isaacman 是一名亿万富翁，支付企业 Shift4 Payments 的创始人，此次北极星黎明号飞行是他委托 SpaceX 进行的私人载人航天飞行。画面显示，机组成员 Jared 和 Sarah Gillis 轮流从龙飞船的舱门中出现，分别花了约 10 分钟时间测试 SpaceX 的 EVA 套装。这次出舱是一次 " 站立 " 出舱，宇航员没有从航天器中飞出。

这次舱外行走中的 SpaceX 宇航服，是 SpaceX 历经 2 年多时间开发的新款宇航服，相较 NASA 传统宇航服更加轻便、合身。据报道，北极星黎明号中宇航员所着的宇航服几乎全是柔软材质，采用了从航天器中回收的热绝缘和防辐射纺织设计，更加易于制造，成本更低。

用上 3D 打印、航天器回收材料

首次商业太空行走是商业航天业的里程碑，没有政府资金参与，主打一个 " 平民有钱真能上天 "。这也是 Jared Isaacman 第二次上太空，在此之前，他发起了 Inspiration4 全平民航天任务，希望提高知名度，为圣裘德儿童医院募捐。那次飞行也是他与 SpaceX 合作，且完全由 Jared 出资，带一名癌症患者、一名医生和一名小学老师乘坐龙飞船上天，在轨道上停留了 3 天。

" 北极星黎明 " 是北极星计划的任务一，该计划是由 Jared Isaacman 与 SpaceX 签约进行的太空私人飞行计划，同样目的明确。计划分为 3 步，前两次将使用 Crew Dragon 完成，除第一次任务验证 SpaceX 舱外服的可靠性，还有 " 拯救 " 哈勃太空望远镜的任务，而第三次将是 SpaceX 星舰运载火箭的首次载人发射任务。

图源：维基百科

北极星计划官网显示，9 月 10 日进行的任务一，有高轨载人飞行、首次商业太空行走、基于 Starlink 的太空通信与健康影响研究四大目标。据 SpaceNews，猎鹰 9 号将龙飞船送入椭圆轨道，达到 1408.1 公里的高空，也达到了目前载人地球轨道任务的最高高度。

图源：北极星黎明官网

太空行走发生在 9 月 12 日，也就是龙飞船绕地飞行约 6 圈后，将距离降低至距离地表约 720 公里的地方，在澳大利亚和新西兰的上空时，Jared Isaacman 从舱门走出，随后是 SpaceX 工程师 Sarah Gillis。

此外，这次任务测试了新的通信技术，特别是 Starlink 的激光太空通信技术，计划为未来的月球、火星及更远的太空任务铺平道路。

据《华盛顿邮报》，龙飞船没有专门的气闸舱，因此采用 " 全舱减压 " 的办法，将整个飞船作为气闸舱，整个飞船的返回舱全部放气至真空状态，直至与太空环境压力平衡后打开飞船顶部舱门。Jared 和 Sarah 交替执行出舱活动，回到机舱后关闭舱口并开始用氧气和氮气重新加压。

从视频画面可以看出，在出舱时宇航服略微有膨胀，每位宇航员带有一根 " 脐带 " 在太空行走时控制冷却和氧气。这个过程中，宇航员的没有更换宇航服，做到舱内、舱外航天服一体化。

图源：YouTube

舱外活动是十分危险的活动，太空中没有空气供应，宇航员将暴露在太阳辐射和宇宙射线之中，并有极端冷或极端热的温度情况。并且，舱外宇航服还需具备关节灵活性和机动性，方便宇航员执行各类操作和任务。

今年 5 月，SpaceX 的首套舱外宇航服（EVA，extravehicular activity）首次亮相，是基于载人龙飞船的黑白舱内活动服（IVA，intravehicular activity）的演变，在关键区域进行了增强和改进，使其重量轻，同时能在严酷的外太空环境中保护宇航员。

这次行走，SpaceX 的舱外宇航服成为关注焦点，网友称其中暗藏 " 黑科技 "。" 它像一套用织物做成的盔甲 "，首席宇航服工程师 Erik Kraus 说。

首先是视觉上的直观感受，相较传统的舱外宇航服，SpaceX 的舱外服相当简洁、轻薄，就像穿了一套连体工装。因需携带生命支持系统应对太空中的极端条件，以前的宇航服往往被设计为肥大、沉重的外形，一套宇航服类似一台小型航天器，穿脱方式有 " 背入式 "、" 腰入式 " 和 " 双平面穿入式 " 等，需组装完成。

图源：网络，SpaceX IVA、SpaceX EVA

而 SpaceX 的舱外服将一套复杂的系统给做了集成化。据大刘科普频道，一套传统的宇航服有十几层结构，第一层内衣层直接与皮肤接触监测宇航员心率、体温和呼吸，第二层利用多个细管液温调节，相当于一个贴身的空调，第三层加压层填充气体提供压力，第四层约束层会将气体约束为符合人体工学的形状，第五层是由各类纤维组成的坚硬外壳，能抵御碎片撞击。

尤其是舱外宇航服更需满足保温、气压、防护和灵活性四大特点。大刘介绍：" 而 SpaceX 宇航服从简约、时尚的角度出发，要求工程师在逆向时尽可能简化传统的构造，把很多功能进行简并设计。" 在 EVA 宇航服中，SpaceX 通过 " 脐带 " 将纯氧替换内部的氮氧混合气，既能维持压力，也能维持呼吸，同时调节温度。简化设计，一服两用。

SpaceX 的舱外服与传统的舱外服相比，重量极大减轻。据资料，NASA 近地轨道出舱活动的航天服基本型重约 115KG（增强型重约 145KG），我国第二代 " 飞天 " 航天服重量增加至 130KG。尽管 SpaceX 的 EVA 舱外服重量还未可知，但有网友在 reddit 讨论帖中指出，SpaceX 龙飞船内 IVA 舱内服重约 10 公斤。因其舱外服不带有救生系统，重量很可能比航天飞机 ACES 或 NASA 的 EMU 轻得多。

不像传统舱外服有多层装备，这身航天服穿起来很方便。SpaceX 的舱外服腰部设计有螺旋拉链，前臂上的拉链在宇航员不戴手套的情况下可以打开并允许徒手操作，便于快速穿脱。且航天服设计可针对各种体型进行扩展，以适应不同宇航员的身材，确保每位宇航员能找到合适的尺寸，且各个部件可以相对容易地组装和拆卸。

从官网介绍来看，SpaceX 的舱外服的主色系是白黑，头戴特殊涂层头盔，脚踏一双长靴，更贴合人类身形。外层主体织物是 SpaceX 新开发的一类阻燃弹性材料，织物隔热保暖，便于制造且提高了宇航服的柔韧度。

那条连接宇航员与内部设备的 " 脐带 " 上有一个刻度盘，用于控制宇航服内温度，提供太空行走期间的额外氧气。

据介绍，该舱外服具有灵活机动性。手腕、肘部、腰部和腿部的弯曲关节处可提供加压的活动能力，创新的半刚性旋转接头在加压前保持柔软，同时允许手臂旋转。如 Sarah 探出舱门时，可以旋转手腕把住横杆。

宇航员的头盔是他们的护目镜。因为头盔带有铜 / 氧化锡涂层，能起到隔热、除雾和保护眼睛接受未经过滤的阳光直射的作用，有导电性可以起到电磁屏蔽作用。此外，这个护目镜的特殊涂层可以调节光的反射和折射，同时也是一个科技感较强的平视显示器（HUD）和摄像头。

它在太空行走时才会工作，根据实际情况显示宇航员所处环境的压力、温度和相对湿度指数。同时，它还将检测宇航员暴露在太空真空中的时间。这些系统为宇航员的太空行走提供关键信息和视觉辅助。

在舱外时，宇航服的密封性与宇航员的生命紧密关联。SpaceX 舱外服的冗余头盔密封、闭锁机构的锁定装置及增加的内部阀门用于容错的压力控制，确保在 5.1Psia 下运行的坚固性和安全性，可以兼顾舱内和舱外活动。

在太空的特殊环境内，宇航服的鞋子在失重条件下更需提供脚部的保护和支撑。值得一提的是，该宇航服的靴子由猎鹰 9 号和龙飞船的后备箱使用的热材料制成，能在太空中的高温和低温情况下都能提供热性能。

还有一个关键亮点，SpaceX 佩戴的头盔是 3D 打印制成，采用聚碳酸酯材料，重量更轻，并能实现快速生产，降低成本和时间。在这次测试中证实，3D 打印头盔能够经受深空极端条件的挑战。

北极星黎明计划的机组人员反馈，宇航服的效果很好。当 Sarah 出舱时，她感觉自己还能在航天器外多待一会儿。

从成本上来说，因使用了轻质、阻燃材料，集成了生命支持系统，重复利用热材料，可以合理推测，SpaceX 的舱外航天服显著低于过亿美元造价 NASA 的 EMU 航天服。

SpaceX 舱外航天服是否能支持长时间的太空行走还未可知，从实际的视频可以看出，身体探出舱外的宇航员行动缓慢，动作较僵硬。而航天飞机时代的 EMU 设计为服务 100 次航天飞机任务及 15 年的使用寿命。因此，两者的长期使用效益无法直接比较。

进度远超 NASA 新一代舱外宇航服

据报道，SpaceX 的宇航服是由好莱坞电影服装设计大师 Jose Fernandez 旗下的 Ironhead Studio 打造，Jose 本人提供了外观设计建议，再由 SpaceX 根据设计来实现宇航服的制作制造。该工作室曾负责《X 战警》《复仇者联盟》《蝙蝠侠》《神奇女侠》的服装设计。

此次用于舱外行走的 EVA 宇航服完全由 SpaceX 自研，2014 年，在其与 NASA 签订商业航天计划（Commercial Crew Program）合同后，开始为国际空间站的宇航员提供运输服务，在这一背景下，SpaceX 开启探索舱外宇航服。

太空行走是 " 北极星黎明 " 的任务关键，舱外太空服的研发进度随这场计划推进，历经 2 年多的研发时间。原计划在 2022 年底进行，后来被多次推迟。在今年 7 月，SpaceX 为 EVA 开发的新型宇航服完成验收测试。

"SpaceX 的舱外宇航服可能比 NASA 正在造的宇航服还要好 "，YouTube Tech Map 评价。有观点称，在 SpaceX 推动人类首次商业太空行走后，其舱外宇航服可能会成为替代方案。

NASA 早在 1981 年就展开了新一代舱外宇航服（Exploration Extravehicular Mobility Unit，xEMU）的研发，用于宇航员在月球表面行走时穿着。其外形与传统宇航服一致，由舱外压力服和生命维持系统组成。相较旧款，xEMU 在内嵌通信系统、增加支撑轴承和材料等方面采用了新的设计。

图源：网络，EMU、xEMU

2022 年 9 月，NASA 舱外活动服务（xEVAS）合同要求开发下一代宇航员太空服支持 Artemis 登月计划，选择了 "NASA 前员工含量极高 " 明星创企 Axiom 和老牌航天 Collins 两家公司，合同价值 12.6 亿美元。

Axiom 舱外机动装置（AxEMU）在 NASA 新一代宇航服 xEMU 原型的基础上进行改造。今年 3 月，Axiom 完成了初步的设计审查，相较原计划要晚一些。NASA 在德克萨斯州的活动上展示了首套原型宇航服。"Axiom 的下一代宇航服不仅将使第一位女性踏上月球，还将为更多人探索月球进行科学研究提供机会，"NASA 局长 Bill Nelson 表示。

因此外形上，Axiom 的舱外服与 xEMU 设计非常相似，多层保护、体型肥大，成本高。

图源：Axiom，AxEMU

据公开资料，NASA 与 Axiom 的合作方式是商务合同，即 NASA 从 Axiom 购买月球行走服务，后者可以主动寻找商业客户来支持月球行走。Axiom 对 xEMU 结合先进技术做了改进，适应 90% 的美国男性和女性，并将在生命支持系统、压力服和航空电子设备中应用现代技术创新。

而据 2024 年月美国政府问责署（GAO）发布的《NASA：重大项目评估》里显示了 NASA 的 EVA 开发进度。Axiom 相对较快，早在 2022 年 12 月就完成了任务概念审查，且建造了模拟太空环境的人体在真空环境测试的宇航服组件，同时也有进度延误风险。

此外，Axiom 还需要跟同时制造宇航服的公司竞争，要解决部分组件独家供应商的问题，他们所寻求的服装组件在全球范围内供应数量有限。Axiom 的代表人士提到，为其头盔提供涂层的公司倒闭了，需要寻找替代解决方案，也将延误进度。Axiom 的竞争者同样也包含同期的另一家公司，Collins。

Collins 在 2023 年 4 月完成了综合任务概念审查和认证基线审查，但因项目不符合 NASA 的质量和完整性的要求，还需完成国际空间站宇航服的机组人员能力评估，才能完成初步设计审查。由于文件审批的延误，进度大大推迟。而且在今年 6 月，因成本问题，Collins 退出了合同，这意味着新一代舱外航天服的进度会更滞后。

尽管进度慢，NASA 选择走稳妥的路，舱外活动和人类地面机动性项目经理 Lara Kearney 表示："NASA 利用行业能力和专业知识，尽可能安全、有效、高效地提供月球行走服务。"

有分析表示，尽管 SpaceX 的舱外宇航服简约设计，节省了类似阿波罗宇航服等宇航服上的安全和冗余设备，但会存在缺陷，即用料减少导致防破性能冗余下降，缺少修复工具包，一旦 " 脐带 " 断裂因 SpaceX 舱外服独立生存性能不足将带来隐患。并且，SpaceX 宇航服没有外显屏信息告知相邻宇航员宇航服状态，不能及时相互救援。

同时，NASA 也选择拥抱新的创新技术，探索利用 3D 打印技术改进宇航服设计。如前两年，NASA 选择了十多项早期研究支持未来的太空任务，由创新先进概念（NIAC）计划资助，其中就包括一项：为火星探索制定高性能太空服 4.0 项目，使用包括 3D 打印在内的技术制造宇航服。

本文为创业邦原创，未经授权不得转载，否则创业邦将保留向其追究法律责任的权利。如需转载或有任何疑问，请联系 editor@cyzone.cn。