鄭成雁+蔡運鋒

更智能化，質量更高的太空服

國際空間站一名宇航員正在進行日常維護。她需要手動完成，對操作設備發(fā)出口頭指令，工作原理類似于蘋果手機的語音功能。這名宇航員通過下達一道指令，打開了一扇護墻板，檢查其中的細菌培養(yǎng)閥。檢查發(fā)現(xiàn)，安裝在警報裝置上的傳感器檢測到二氧化碳的濃度逐漸接近危險值，這是因宇航員在空間呼吸所致。警報設備將這一信息傳送到操作設備。她隨即加速并及時完成了工作，避免了可能發(fā)生的不測。之后，她又使用監(jiān)控設備收集最新的試驗數(shù)據(jù)，該設備類似于一臺迷你平板電腦，安裝在她的大腿上。在宇航員完成任務的同時，太空服中的傳感器也在收集生物醫(yī)學信息，這些都將傳送給地面指揮中心，以供研究人員分析。

上述情形是虛構的，但事實上，許多宇航員在太空使用的還是20世紀60年代的裝備。宇航員腕部的筆記本在阿波羅飛船時代就已啟用，而尋找替代品的難度之高，難以置信。

美國航天局工程設計與分析分部和熱力系統(tǒng)部羅伯特·特雷維諾認為，事實上在腕部安裝層壓塑料電子備忘錄，在許多年以前就已嘗試。美國宇航員率先啟用LCD，也就是現(xiàn)在的液晶屏。但由于（對于太空行走來說）溫度太低，與科學家的預期差距很大，且低溫條件下，液晶屏效果差，畫面會逐漸消失。

地面上的電子設備越來越先進，電路密度越來越大，而在太空飛行中其可用性卻反而越來越低。近年來，人們越來越意識到，宇航研究工程中需要把越來越多的電路集中到越來越小的電子元件上，由此研發(fā)出蘋果手機那樣的便攜式計算機。但在太空中，這些集成電路卻極易受宇宙射線等高能輻射的干擾，而太陽系的這種射線可謂無處不在。在地球上不存在這個問題，因為這些射線都被地球的大氣層阻隔在外，但是在太空中電子元器件很難再受大氣層保護，因此電路密度越大就越易受干擾。

經(jīng)測試，美國宇航局發(fā)現(xiàn)某些處理器并不受輻射影響，因此這類物質就成為首選。事實上，航天設施的設計使命與安全同等重要。正當研究如火如荼地展開時，需要開發(fā)電子“超堅固”器件的研發(fā)已開始，但進展相當緩慢，與現(xiàn)已成熟的空間科技相比還有相當大的差距。

盡管如此，美國的一些穿戴品牌如LandsEnd網(wǎng)球衫、卡貝拉短褲，還有alma materT恤衫，宇航員穿上這些就像是夏天吃烤肉，而不是在近地軌道上工作生活。這些基本的服裝竟然達到美國航天局對阻燃性和實用性的要求。但若航天局想要實現(xiàn)其最遠大的目標——將人類送上火星——還是需要研究更好、更智能化、技術含量更高的太空服。

既抗輻射又能自潔的宇航服

自從1961年5月人類早期宇航員艾倫·謝波德、約翰·格倫和維吉爾·伊凡·格里森登上月球以來，美國太空服幾乎沒有什么變化，如綁在手腕上的筆記本之類的物件還在使用?，F(xiàn)在，空間站的工作人員均把自己衣櫥里所有的東西都清理掉。休閑裝——純棉和混紡棉服——已穿了3～6個月，而運動裝——更透氣的滌綸T恤衫和短褲——因考慮到出汗、細菌、異味和感染等問題，穿的時間不到兩周。全年都有無人駕駛航天器前往空間站，為宇航員帶去衣物，同時將其“換洗衣物”帶回地球，不過這些衣服通常都在返回途中就被燒掉了。

雖然這樣的安排可以給國際空間站輸送補給，國際空間站離地球不過200英里，航天飛機在空間站的停駐時間不到6小時，但這樣的設計遠不能滿足往火星運送物資?；鹦蔷嚯x我們最近也有3390萬英里——這得走上一個月，還不算停駐和返回的時間，全部加起來也需要3年。不只是高昂的成本讓人無法接受，去火星的旅途上還要儲備足夠的設備、燃料、氧氣、水、食物以及其他必需的消耗品，以熬過漫長的3年。

傳統(tǒng)的衣物洗滌方法完全不可行。在空間站，人類要盡可能使用循環(huán)水，現(xiàn)在的宇航員用水循環(huán)率約為85%。若去火星，就得提高為95%。廢水的比例應減至5%，世界上任何一款洗衣機都無法在太空中使用，因此，美國宇航局一直在研發(fā)替代洗衣機的方法，如太空射線、臭氧、二氧化碳或真空洗滌等方法，又如利用紫外線和微波洗滌，甚至更有趣的是：他們認為自潔式衣物最有研發(fā)前景。

宇航局與時裝學院的合作

事實上，美國宇航局從2013年起就開始研究未來的宇航服。他們與普拉特藝術學院開展合作。為此，該校專家教授利百加·佩爾斯·弗里德曼與西蒙WEAR中心合作，已開始為學生講授工業(yè)設計課程，其中就包括“可穿戴技術設計”。每年，西蒙都會介紹在宇航局指導下的最新研發(fā)方案。無獨有偶，世界上任何一件新型宇航服推出都很受歡迎，并立即成為最新時尚。

在之前的課程中，學生為把電子設備與纖維衣服鑲嵌在一起，使用了各種辦法，從傳統(tǒng)的縫紉技術到前沿3D打印，他們甚至求助于新罕布什爾大學工程學學生，因為他們的專業(yè)就涉及研究電子元件。迄今為止，他們嘗試了微控制器（小型單一電路計算機）、液晶輸入板（帶模擬輸入的數(shù)字顯示屏）、動物標識解碼器，標識與聲光感應器、藍牙模塊、激光標線器、紅外相機、迷你USB接頭和LED燈。

僅在2013年，這些學生就開發(fā)出整套太空服原型——用于太空穿著的襯衫、背心、袖套以及綁腿和槍套等等——全部裝備電路，可操控一系列多變的電子模塊，并為之供電，這些電路經(jīng)美國宇航局進一步開發(fā)，即可滿足宇航員的特殊需求，包括從通信到數(shù)據(jù)采集多種類型。隨之，該校又集中研發(fā)出束頭帶和安全帶的原型——這些可配備美國宇航局曾開發(fā)的距離感應器、肌肉疲勞度測量儀、追蹤工具以及輔助定位設備。

其實，學生往往給予宇航局很大的啟發(fā)，如怎樣把堅硬的電子元件與柔軟的纖維結合；在衣物很少的環(huán)境下，如何開發(fā)男女皆宜的均碼；服裝自古就是為地球人生活所設計，現(xiàn)在又該如何為外太空生活設計？

普拉特學院的這些研究項目為學生帶來十分可貴又令人驚奇的眼界。在宇航局看來，樣式永遠是次要的。學院設計師從最初就反復思考，如何自始至終就讓樣式服從于功能。比如，他們讓火箭專家意識到一個問題，即太空中的宇航員大部分時間都保持著類似胎兒的臥姿，那么他們衣服的后擺就要比前襟長，這種臥姿同時也意味著，宇航員的大腿是放置平板電腦的理想位置。

宇航局與普拉特學院、新罕布什爾大學以及其他大學的合作只是與教育機構的諸多合作研發(fā)中的一個案例，這些合作統(tǒng)一納入可穿戴技術合作群組中。宇航局也與美國其他大學，如明尼蘇達大學、佐治亞理工學院及弗吉尼亞理工學院開展多項研究合作，研究的領域各有不同，從整合感應手套到有更好的感觸器，再到免手動噴流控制器等等。

現(xiàn)在的概念未來的款式

目前，盡管所有設計原型都停留在概念階段，但其中一些已開始逐漸轉變?yōu)槊绹詈骄謱嶋H應用的裝備。如，明尼蘇達大學研發(fā)的透氣快干太空服項目提出一系列紡織材料和排氣方案，專門應對指甲脫落，這一情況是指宇航員的指甲會因手套中汗水累積過多而脫落。2015年夏，該項目在宇航減重培訓飛行項目中得到驗證。此外，宇航局還與私營企業(yè)合作，如奧斯特豪特設計集團，該集團開發(fā)的智能玻璃已在約翰遜航天中心的一系列試驗中投入使用。除此之外，宇航局還擁有研發(fā)中心，如未來服裝自帶的二氧化碳感應器。

誠然，實驗室里設計出來的原型或許不會用到火星上。畢竟在那樣的環(huán)境中生存實在太艱難，周圍一切都暴露在宇宙射線下，一身太空服的兩面溫差可達華氏275度（135攝氏度），但是集合政界、學界以及商界的最強大腦，未來的宇航服還是有望讓宇航員丟掉現(xiàn)有的，穿上嶄新的多功能太空服。

太空布的革命

2016年9月15日，英國諾丁漢一位設計師兼研究者索尼婭·雷諾茲宣布，她首次研發(fā)出一種新型的輕薄無紡紗，號稱“太空布”。據(jù)稱，這種織物將會給世界紡織業(yè)帶來革命性影響。雷諾茲發(fā)明的“太空布”是首個由紗線制成的無紡材料。它作為一種智能無紡，擁有巨大的發(fā)展前景。該織物具有獨特的結構，原本屬于無紡材料，卻能自如地嵌入銅線、發(fā)光二極管（LED）和其他電子元件。

雷諾茲女士把這個想法帶到諾丁漢特倫特大學高級紡織研究小組，同時努力獲得該領域的博士學位，進一步探索新型“太空布”的生產(chǎn)過程。其美其名曰索番雅書，科學學名為輕薄織物紗，它不像傳統(tǒng)的機織或針織材料的套結或織紗，而是采用了新發(fā)明的稱為紗面纏繞原理的技術。據(jù)稱，這是紡織業(yè)真正的突破。這是首個用紗線制成的無紡材料，將對未來服裝業(yè)產(chǎn)生影響深遠。

由于這種材料的線型結構，它作為一種智能紡織品，其使用的潛能是無限的。我們認為，無論是貼身的特定部分還是研發(fā)抗菌和芳香的衣物，它都十分有益，它適合嵌入含有藥物或氣味的微膠囊。

由于各類材料在視覺上有一定差別，它有可能被用于除衣服外的其他方面，如內墻裝飾。由于加工成本比針織物或紡織物更為低廉，所以它也是一種友好環(huán)保型材料。研究表明，雖然它也可從合成紗中提取，但從天然紗線，如純羊毛、頭發(fā)和羊毛/絲的混合物中提取時，太空布最堅固高效。

據(jù)稱，這種“輕薄織物紗”是以不可想象的速度在紡織業(yè)中飛速發(fā)展?？茖W家確信，它與紡織技術如紡織品的加熱技術、嵌入LED技術結合。將在紡織品方面有很大潛力。不僅如此，這種輕薄織物紗作為面料，輕巧靈活；作為拉伸復原性能良好的材料，它又可拉長，還能復原。因此英國的科學家寄予厚望，因為它不僅解決了多年來一直無法解決的太空紡織物無法承受太空射線的難題，而且它有助于為人類提供更智能、更環(huán)保的未來服裝。

（據(jù)下列國際紡織媒體最新資料http：//www.textileworld.com/textile-world/nonwovens-technical-textiles/2016/09/space-cloth-to-revolutionize-textiles-industry/

http：//www.newsweek.com/2015/07/17/introducing-astronaut-clothing-future-349955.html）