速報：国際宇宙ステーションでの船外活動は完全に中止されました。宇宙服のヘルメットが漏れていたのが原因ですか？

メディアの報道によると、8月5日、国際宇宙ステーションの宇宙飛行士が船室外で任務を遂行中に、突然ヘルメット内に水が入ったという。安全上の理由から、NASA（アメリカ航空宇宙局）は国際宇宙ステーションでのすべての船外活動ミッションを中止した。

ここしばらく、中国では宇宙ステーションに関する良いニュースが次々と発表され、常に良いことが起こっているようだ。外国人はいつも不運ですが、一晩中雨が降りますし、国際宇宙ステーションにも抜け穴がたくさんあります。ある瞬間にはキャビンから水が漏れ、次の瞬間にはロシアが分裂すると脅し、そして今度はヘルメットから水が漏れている。

「敵は日々悪化し、我々は日々強くなる」という言葉は本当に真実だったのでしょうか？本当にもうすぐ世界をリードしそうな気がします、ハハ。これに多くのネットユーザーが興奮して歓声を上げ、感情はますます高まっていった。しかし、私は今日は楽しみに参加しません。代わりに、科学的な観点から宇宙服のヘルメットがなぜ漏れるのかについてお話ししたいと思います。

宇宙服のヘルメットはなぜ漏れるのでしょうか?水はどこから来るのですか？

船外宇宙服の複雑さは、ほとんどの人にとって想像を超えています。その機能には、宇宙飛行士を宇宙空間の減圧、放射線、真空、低温または高温状態から保護することが含まれます。宇宙飛行士の船外活動中に呼吸用の空気と、食事、飲水、排便、排尿などの生命維持システムを提供します。したがって、船外宇宙服は、実際には非常に高度な技術内容と高コストを備えた小型宇宙船です。

では、宇宙服は高価なのに、なぜ漏れるのでしょうか?宇宙の高真空環境には水が存在しないことは知られています。それで、水はどこから来るのでしょうか?

ここで誤解を解く必要があります。いわゆる水漏れというのは、ヘルメットに隙間ができて空間から水が漏れてくるということではありません。ヘルメットに隙間があれば、水漏れの問題ではなく、空気漏れと圧力損失の問題となり、宇宙飛行士はすぐに死んでしまいます。したがって、いわゆる水漏れは、宇宙服内部では依然として問題となっています。

実は、このような事故は一度や二度ではなく、何度も起こっています。まとめると、主な理由は 2 つあります。1 つ目は、機器の故障によりヘルメット内に結露が蓄積し、宇宙飛行士が呼吸した水蒸気を時間内に除去できなくなることです。 2つ目は、冷却水循環システムのパイプラインが破裂し、ヘルメット内に冷却水が漏れてしまうことです。

結果的に、後者の方がより危険です。冷却水が大量に漏れて、すぐに対処されなければ、ヘルメットが水没し、宇宙飛行士が窒息するからです。しかし、結露水の蓄積は無視できません。なぜなら、あまりに多くの水滴が集まると水滴となり、宇宙の無重力状態でヘルメット内に浮かんでしまうからです。宇宙飛行士がそれを吸い込むと、窒息したり、場合によっては窒息したりするおそれがあります。

さらに、凝縮水が過剰に蓄積すると、宇宙服の温度制御システムが故障する原因になります。宇宙の温度が氷点下100度以上、または太陽の下で100度以上になると、温度制御システムが故障すると非常に危険です。

ヘルメットの漏れによる典型的な事故には次のようなものがあります。

2013年7月、国際宇宙ステーションでの船外活動中に、イタリア人宇宙飛行士パルミターノのヘルメットに1.5リットルの水が入り、口から水が入り呼吸困難に陥った。彼は命を救うために、宇宙遊泳の任務を早めに終えてカプセルに戻らなければなりませんでした。この事故は今でもパルミターノを怖がらせている。

2015年にはヘルメットの漏れ事故が2件発生した。そのうちの1件では、宇宙飛行士のウィルツが宇宙を歩いているときにヘルメットの中に水滴が浮いているのを発見した。一度小屋から出るだけでも大変なことなので、大したことではないと考え、小屋に戻る前に任務を遂行することを主張した。関連情報によると、同じ年に別の宇宙飛行士のヘルメットも流出した。水位が非常に高かったため、水が目まで達し、彼は溺れそうになりました。しかし、宇宙飛行士の名前は見つからなかったため、ニュースの信憑性を確認することは困難です。

今年3月、米国の宇宙飛行士ラジャ・チャーリー氏と欧州宇宙機関のドイツの宇宙飛行士マティアス・マウラー氏が船外活動を行っていた際に、この種の事故が再び発生した。 NASAも生中継していたが、約6時間半の船外活動中に、宇宙飛行士の1人のヘルメットに漏れが発生した。幸いなことに、彼は深刻な状況にはなく、仲間とともに任務を終えて帰還した。 NASAはどの宇宙飛行士のヘルメットに漏れがあったかは明らかにしなかった。

8月5日、同じことが再び起こりました。しかし、NASAは漏洩の原因を明らかにしなかったが、深刻なものだったようで、全ての宇宙遊泳ミッションは中止された。

宇宙服の事故が相次いでいる理由は、宇宙服が古すぎるからだ。ロシアの宇宙飛行士が使用するシーホーク船外宇宙服の使用回数は12回までに制限されている。使用回数が過ぎると廃棄され、放棄された貨物宇宙船とともに大気圏で燃え尽きることになる。アメリカの第4世代船外宇宙服は40年以上使用されています。

宇宙服の過去と現在/

宇宙服の開発は4世代にわたる改良を経てきました。第一世代と第二世代は非常にシンプルでした。これらは、有人宇宙飛行が始まった1960年代後半から1970年代前半にかけて、低軌道宇宙船に搭乗する宇宙飛行士が着用したもので、客室から出ることはできませんでした。第3世代の宇宙服は質的な変化を遂げ、宇宙飛行士が客室外に移動できるようになり、アポロ有人月面着陸や月面での活動が実現しました。

第3世代宇宙服は、月の高真空と低圧、127度の高温とマイナス183度の低温、宇宙線、高強度の電磁放射線に耐えられるだけでなく、微小隕石の衝突にも耐えられる。

アメリカでは、各世代の宇宙服の開発に10億ドルを超える巨額の費用がかかっています。例えば、1974年に開発が始まった第4世代宇宙服は、主に船外活動に使用されます。このタイプの宇宙服の最終製品は18セットで、当時の1セットあたりのコストは1,500万～2,200万ドルで、今日の価格で1セットあたり1億2,400万ドルに相当します。

第4世代の米国宇宙服は、第3世代をベースに大幅に改良された。重さはわずか60キログラムで、10〜15分以内に装着できます。使用される生命維持システムにより、宇宙飛行士は最大 7 時間働くことができ、高エネルギー粒子や小さな隕石などの宇宙物質にも耐えることができます。同時に、宇宙服のヘルメット内にさらに多くの水と食料を保管することができます。

18着の宇宙服のうち、2着は試験中に損傷し、4着はスペースシャトルの事故で破壊され、1着はファルコン9ロケットの爆発で破壊された。残りの11台は40年以上使用されました。

宇宙の真空環境では、太陽に面した側の温度は摂氏121度（以下同じ）に達する一方、日陰側の温度はマイナス157度まで急激に下がります。放射線やその他のダメージも相まって、かろうじて使えるのは4セットだけ。数日前に別のセットが流出し、3セットしか使えないようです。

これまで人類は宇宙で440回以上の船外活動を行ってきましたが、この11着の宇宙服はそのうち少なくとも200回のミッションを担っており、その努力と多大な貢献と言えるでしょう。では、なぜ新しい宇宙服に着替えることができないのでしょうか?言うのは簡単ですが、行うのは難しいです。

実際、アメリカは2008年から新しい宇宙服の開発を行っており、2021年時点で研究開発に4億2000万ドルが費やされています。プロジェクトを完了するにはさらに6億2500万ドル、つまり10億ドル以上が必要だと言われています。プロジェクト完了後、完成品2セットが提供されます。この新しい宇宙服一式にかかるコストは5億ドルにも上ることがわかります。

2019年、NASAは非常に柔軟に見える宇宙服を披露した。 NASAは、新しい宇宙服「Xemu」は6日間の船外活動で生命維持が可能であり、アルテミス月面着陸ミッションに備えていると主張している。しかし同時に、NASAはこの宇宙服の完成品は2005年4月より前には生産できないと発表し、月への帰還時期に影響を与えた。

今年6月1日、NASAはXemu宇宙服の開発が大幅に遅れているため、新しい宇宙服を開発するために他の2社に35億ドルの研究開発費を支払う予定であると発表した。ゼロから始めているようで、研究開発費は莫大です。火星着陸用の宇宙服を開発するつもりですか？

これは間違いなく第 5 世代の宇宙服ですが、一方では、これらの宇宙服が国際宇宙ステーションの船外活動には適応できないことも示しています。

そのため、NASAは、時代遅れの第4世代宇宙服の耐用年数を2028年まで延長し、国際宇宙ステーションとともに生き残り、消滅できるようにしたいと考えています。アメリカの宇宙飛行士たちは今後も宇宙服の問題に耐え続けなければならないようだし、ヘルメットの漏れもさらに増えるかもしれないが、犠牲者が出ないことを祈るばかりだ。

関係筋によると、中国の宇宙服のコストはわずか3000万元、つまり450万ドルに過ぎない。非常に先進的で使いやすいです。たった5分で装着でき、安価で品質も良いと言われています。ただし、このコストに研究開発費全体が含まれているかどうかは不明です。

さらに読む: 宇宙服の紹介/

宇宙服は、宇宙でのミッションを遂行する際に宇宙飛行士が生命の安全を確保するために着用する防護服で、屋内用宇宙服や船外用宇宙服も含まれます。

客室内の宇宙服の保護レベルは、客室外の宇宙服の保護レベルよりも低くなります。宇宙船の打ち上げ準備、上昇、帰還、軌道変更、ランデブーおよびドッキング段階において事故防止を目的として着用され、圧力事故を防止します。船外宇宙服は、宇宙飛行士が船外活動時に使用する個人用保護具です。

ここで説明する必要があるのは、主に船外宇宙服についてです。宇宙飛行士は船室外で任務を遂行する際に非常に過酷な環境にさらされることが知られています。高真空、低圧、高温または低温、高放射線などの宇宙環境に耐える必要があります。時には、キャビンの外で7～8時間ミッションを遂行することもあります。

一般的に、宇宙服は、真空、圧力、放射線への耐性、高温および低温からの隔離、厳重な密閉などの機能を備えた保護部分の 3 つの主要部分で構成されています。生命維持システム部品。そして、優れた通信システム部分。

生命維持システムには、呼吸可能な酸素（空気）の供給、十分な飲料水と特別な食料の装備などが含まれており、宇宙飛行士は口を開けている限り食べたり飲んだりすることができます。宇宙服は汗や尿を処理することもできるため、宇宙飛行士は宇宙服の中でより快適かつ柔軟に動くことができ、複雑な船外ミッションを完了することができます。

引用：中国の宇宙服の紹介：

重量: 120 kg

メインカラー：白

費用：約3,000万人民元

構成: 素材はソフトとハードの組み合わせです。上から順に、ヘルメット、上肢、胴体、下肢、加圧手袋、ブーツです。

適用可能：手足には調整ストラップが装備されており、上腕、前腕、下肢の長さを調整することで、身長1.60メートルから1.80メートルの人が着用できます。

耐久性: 船外活動に4時間耐えられ、5回再利用できる

上肢関節: バイオニック構造を巧みに使用することで、関節の動きがより柔軟になります。

手首ミラー：手首に小さなミラーが取り付けられており、宇宙飛行士はこれを通していつでも体のさまざまなスイッチを確認することができます。

バックパック：高さ1.3メートル、宇宙服の着脱（出入り）用の密閉扉です。バックパックシェルの内側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吊り下げバッグや予備の酸素ボトルなど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バックパックを閉じます。

ヘルメット：科学的研究の結果、「飛天」宇宙服ヘルメットの視野は他の類似製品よりも広くなりました。

カメラ: ヘルメットには宇宙飛行士の船外活動を記録できるカメラも搭載されています。

照明: 両側に照明が付いており、宇宙服の胸部を照らすことができるため、宇宙飛行士は暗闇でも作業しやすくなります。

警報表示灯：両側に警報表示灯があり、衣類が漏れると警報灯が点滅します。言語アラームもあります。

窓: 窓は 4 層になっており、そのうち 2 層は加圧構造になっています。 2層の間には高純度窒素を充填し、曇りを防止します。外側は保護窓、外層は太陽光の屈折率が低いフィルター窓です。光に向かって引き下げることができます。

手袋: 各宇宙飛行士に合わせてオーダーメイドされており、ボクシンググローブのように非常に厚く見えます。

外側の保温手袋：外側は繊維織物で、2つの気密層があり、特殊な断熱ゴム素材を使用しており、100°Cまでの高温に耐えることができます。指先には触覚を維持するための気密層が 1 つだけあります。指の背面には2層の真空シールド断熱材が付いています。滑り止めのため手のひらに凸状のゴム粒子が付いています。手袋は 25 mm の鉛筆ほどの太さの物体を掴むことができます。

耐熱カバー：手の甲に折り畳み式の耐熱カバーが付いており、指を覆い、この部分の耐熱能力を高め、指の関節の可動性を確保します。

時計: 特殊な航空宇宙環境に適した素材で作られた、特別に設計された航空宇宙時計。普通の時計よりも文字盤が大きく、普通の時計よりも多くの機能が付いています。時間、分、秒を表す 3 つの小さなダイヤルがあります。北京時間と飛行時間を読み取ることができ、ダイヤルを回転させて時間を記録できます。目的: 宇宙時計により、宇宙飛行士は暗い宇宙空間でも地球の昼と夜の違いをはっきりと認識でき、宇宙飛行士の生活パターンが地球と同期し、体内時計が乱れないようにすることができます。

衣服: 宇宙服は真空シールドと断熱性を備えていなければならず、使用する生地は強度要件を満たすために複数の織り方を組み合わせる必要があります。

層：宇宙服は、特殊な帯電防止加工を施した綿布製の快適層、ゴム製のバックアップ気密層、複合ジョイント構造で構成されたメイン気密層、ポリエステル生地の制限層、熱反射により断熱効果を実現する断熱層、そして最外層の保護層の 6 層で構成されています。胴体は7層、最も厚い部分は袋部分で20層になっています。

我が国が開発した新世代の宇宙服は、従来の利点を維持しながら、放射線防護、高温・低温防護、高圧・低圧防護、独自の生命維持システムなどにおいて大きな進歩を遂げたと報告されています。キャビンの外で最大8時間「待機」でき、尿収集装置が追加され、身長1.6～1.8メートルの宇宙飛行士が装着でき、「ユニットデジタルスキャン」技術を実現し、25ミリの鉛筆ほどの太さの物体をつかむ能力がある。

これらの指標から判断すると、米国の第4世代宇宙服よりも優れていると言えます。つまり、宇宙服は宇宙という極限環境における宇宙飛行士の生命維持装置であり、さまざまな複雑な作業を完了するためのツールなのです。これらは世界トップクラスの技術の結晶であり、決して軽視できるものではありません。これについてどう思いますか？議論やコメントを歓迎します。

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