航天飞机飞行的轨道高度大约在220~1000千米之间，这里的空气分子非常稀少，每立方厘米只有1010~1016个，按照物理学的定义，这已经是极端稀薄的空气状态了，如图1所示。但是，正是因为空气几乎不存在，太阳射线、重粒子宇宙线等有害射线才能无阻碍地照射到这里，形成了一种对生命极其危险的环境。为了应对这种极端环境，航天员必须穿戴特殊设计的航天服才能进入到这种环境中执行工作。

图1 宇宙航天飞机

航天服是航天员在太空中执行任务时必须穿戴的服装，它的功能类似于迷你航天器，具有维持宇航员生命系统、保护航天员的生命安全、保障航天员执行航天任务等众多功能。根据不同的功能，航天服可以分为三大类，即舱内宇航服（IVA spacesuit）、舱外宇航服（EVA spacesuit）和舱内舱外一体式航天服（IEVA spacesuit）。

因为太空中是真空环境，无氧气、无压力，而且具有强烈的太阳光、流星等辐射源，穿舱外航天服主要是为了防护真空、无氧、辐射等有害环境对人体的危害，确保航天员的生命安全，如图2所示。纺织技术在舱外宇航服的设计和制造中起着重要的作用，不仅影响着航天服的舒适性、灵活性和耐用性，还涉及到航天员的生命安全和健康。下面就简介一下与之相关的一些技术和材料。

图2 舱外航天服

航天服隔热材料技术。与普通服装一样，航天服也要具备防寒保暖功能。空间站轨道在地球的朝阳一面温度高达120℃，在阴影一面可低至-140℃，航天服的绝热防护设计至关重要。国内已经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、多孔织物、气凝胶合成物等，如图3所示。对于近地轨道出舱活动中使用的航天服，其被动热防护采用与多层隔热组件结构相同的多层反射隔热原理，由高反射率的反射屏和低热导率的间隔层交替叠合而成，多种形式的隔热材料，通过材料组合设计验证，能够实现有效的真空热环境被动热防护。气凝胶类材料不论在高真空和低真空下，都能较好满足服装隔热性能要求，是目前隔热性最好的材料。目前常见的气凝胶为无机硅气凝胶，是直径为1~10nm的小硅粒子通过稀松连接形成的高度多孔的网状结构，小孔直径约为20nm。气凝胶小孔或真空空隙占总体积的90%或更多，气凝胶的结构特点决定了其低密度和低传热特性。

图3 气凝胶隔热层宇航服

CO₂清除技术。CO₂是人体代谢产物，通过呼吸不断排出体外。航天员在舱外航天服密闭环境中等负荷下，呼吸熵为0.8，CO₂排出率一般为0.65L/min（标准状态）或1.29g/min，随着时间积累，CO₂的浓度逐渐升高，过高的CO₂浓度会对人体产生毒性。在舱外活动期间，为确保航天员安全、健康、高效完成任务，必须使用便携式生命保障系统，从而将CO₂浓度控制在对人体无害的范围内。从首次载人航天飞行开始，LiOH清除技术就得到应用，金属氧化技术是一种应用于舱外航天服的可再生式CO₂清除技术，2000年开始应用于国际空间站舱外航天服。这些技术都需要使用纺织材料作为载体。LiOH清除CO₂技术发展至今已非常成熟，采用非再生化学吸附剂，主要以氢氧化物为主，常用的有无水LiOH和碱石灰。无水LiOH首先吸收气流中的水汽，生成LiOH的水合物LiOH·H₂O；然后LiOH·H2O吸收气流中的CO₂，生成LiCO₃。该反应为放热反应，每吸收1kg CO₂释放2031.9kJ热量。