1872年,法国科幻作家儒勒·凡尔纳在他的科幻小说《从地球到月球》一书中提到,航天旅行者需要压力服作保护。20世纪60年代,凡尔纳的这一猜想得到了证实。舱内航天服是保障航天员太空飞行安全最重要的个人救生防护装备,这一装备为航天员提供了生命保障。
人类在认识舱内航天服重要性的过程中,曾经付出了惨痛的代价。苏联联盟11号飞船在返回地球再入大气层前,返回舱与轨道舱分离时,飞船压力阀被震开,导致舱内压力迅速下降,3位航天员因未穿航天服而全部遇难。这一惨痛的教训使人们认识到,在航天飞行的特殊阶段,如发射、再入返回和轨道飞行段应急时,航天服对保护舱内航天员的生命来说是多么必要和重要。
太空是近似真空的环境,因此载人航天器必须是加压密闭舱,而且必须有热控制系统及环境控制和生命保障系统,以便给航天员创造一个适合生存的环境。但是在航天飞行过程中,如果航天器被外来物体击穿,或者航天器发生某些故障,会造成舱内压力快速下降,这时航天员的生命就会受到威胁。航天服具有充气加压和应急供氧的重要功能,在舱内压力快速下降时,舱内航天服可以起到保护航天员生命安全的关键作用。
航天服分为舱内航天服和舱外航天服两大类。舱内航天服是在载人航天器舱内使用的航天服,这种航天服是在航空中的高空飞行密闭服(简称压力服)的基础上发展起来的。压力服充气加压时呈拟人状态,人穿着压力服,全身可以处于同一、均匀的大气压力环境中。
舱内航天服的结构和功能比较简单,通常是为每一位航天员“量身定做”的。舱外航天服结构复杂,具有更加全面的防护性能和功能。
在早期的载人航天计划中,美苏两国的航天服既可用于舱内,又可用于舱外,如苏联上升2号和联盟号航天员的航天服,美国航天飞机计划之前使用的航天服。早期的航天服都是软式的,即在压力服外加上一层软的外罩,除头盔可拆卸外,外罩的其他部分是一个整体。在舱内使用时,航天服与舱内环控生保系统连接使用,用于舱外活动时,与一个自持式生命保障背包组合成舱外航天服。
1977年,苏联航天员尤里·罗曼年科和奥尔吉·格列奇科,首次穿海鹰型半硬式航天服从礼炮号空间站出舱活动,从此以后,舱外航天服与舱内航天服才有了区分。在载人航天活动中,一般用半硬式航天服作为舱外活动航天服,而用比较轻的、软的航天服作为舱内航天服。
舱内航天服工作时与舱内通风供氧装置连接,其主要作用是为人体增压、供氧、通风、散热,带走二氧化碳和水汽等,在人体周围创造一个适宜人生存和工作的微小气候环境,用于防护低压缺氧环境(包括有害气体环境)对人体的危害。如有需要,也可增加对高温、低温环境的防护作用。如果应急救生时间较长,根据需要也可配置尿收集装置,使航天服具有收集和储存航天员尿液的功能。
舱内航天服一般由航天头盔、压力服、通风和供氧软管、可穿脱的手套、靴子及一些附件组成。航天头盔一般带有密闭的启闭机构和半球面形透明面窗。压力服是航天服的主体,一般为连体式,具有很好的气密性,能够在充气加压时保持拟人形态,并保证人体关节的活动。压力服主要由气密层和限制层组成,用特殊材料和加工工艺手工制成。航天手套有腕部断接器,既可以把航天手套戴在压力服的袖口上,保证航天服的气密性,也可以将手套脱掉。舱内航天服的靴子形式多样,有与压力服一体化的靴子,也有带断接器的、可穿脱的密封靴子,还有可穿在压力服限制层的套靴。通风供氧软管与舱内通风供氧装置相连,在正常情况下,能够给航天员提供全身通风,使航天员处于相对舒适的环境中。当座舱出现压力应急时,给航天服通风的风机会自动关闭,使航天服处于密封供氧状态,应急供氧装置通过供氧软管将氧气送入航天服内,一部分氧气进入头盔内供航天员呼吸及头部散热,然后由压力调节器排出。在座舱压力应急情况下,压力调节器能自动控制服装内的压力,同时具有安全阀的作用。在座舱常压情况下,调节器阀门为开启状态,可保证进入服装内的通风气体排出,当航天员返回地面处于昏迷状态时,可保证短时间内不窒息。
此外,压力服上还装有一些附件,主要有压力表、反光镜等。压力表安装在压力服左袖口上方,可显示压力服内腔压力。反光镜装在右袖口上方,呈长方形,航天员可借助它观看和检查头盔面窗关闭情况及压力调节器状态。
舱内航天服的穿脱相对来说不算复杂。在轨道飞行中,出现压力应急时,航天员应在几分钟之内迅速穿好航天服,这一要求通过地面训练完全可以达到。
载人航天器入轨后,航天员就可以脱掉航天服,换上工作服。在轨飞行时,航天员不用穿鞋,只需穿袜子即可。航天员的工作服一般根据飞行时间的长短来准备,一般是专门定做的。工作服没有固定的款式,最常见的是连身工作服,颜色可由航天员选定。除工作服外,还有长袖和短袖运动上衣、运动短裤、短袜和半长筒袜等服装,这些服装一般都是纯棉制品。
空间站上的航天员一般都是进行长期飞行的,所以工作服的种类和数量也比较多,有长袖连身工作服、无袖连身工作服、防寒连身工作服、马夹式连身工作服等,各类工作服每人一套。防寒工作服内层为纯棉,外层为化纤面料。内衣均为纯棉针织品,具有良好的吸汗和透气性能。运动内衣每4天可以换一套,工作和睡觉时穿的内衣每7天换一套。
航天飞机上的航天员,在入轨后一般会换上衬衣和短裤,每人共有3套衬衣和短裤。他们的裤腿上有带钩的尼龙条带,以便放置餐盘和活动手袋。活动手袋很大,钢笔、铅笔、记事簿、餐具、录音机等全装在里面。航天员穿过的脏衣服装在帆布袋里,和气闸舱中装压力服的网袋放在一起。