一种液态金属宇航服

摘要

本发明涉及航天器材技术领域，尤其涉及一种液态金属宇航服，包括基础服装，还包括液态金属管路、控制装置、温度监控装置和对液态金属进行加热或冷却的调温装置；液态金属管路内装有液态金属，且固定于基础服装表面遍布全身；温度监控装置一端与液态金属管路连接，另一端与控制装置的第四端口连接，以将对液态金属管路检测的温度信息传送至控制装置；液态金属管路的管道出口与控制装置的第一端口连接，以供控制装置将流出液态金属管路的液态金属根据接收到的温度信息进行再次分配；控制装置的第二端口和第三端口分别与液态金属管路的管道入口和调温装置的一端连接，以使流出控制装置的液态金属形成温度不同的两通路送回液态金属管路。

权利要求

1.一种液态金属宇航服，包括基础服装，其特征在于：还包括液态金属管路、控制装置、温度监控装置和对液态金属进行加热或冷却的调温装置；所述液态金属管路内装有液态金属，且固定于所述基础服装表面遍布全身；所述温度监控装置一端与所述液态金属管路连接，另一端与所述控制装置的第四端口连接，以将对所述液态金属管路检测的温度信息传送至所述控制装置；所述液态金属管路的管道出口与所述控制装置的第一端口连接，以供所述控制装置将流出所述液态金属管路的液态金属根据接收到的温度信息进行再次分配；

所述控制装置的第二端口和第三端口分别与所述液态金属管路的管道入口和所述调温装置的一端连接，且所述调温装置的另一端与所述液态金属管路的管道入口连接，以使流出所述控制装置的液态金属形成温度不同的两通路送回所述液态金属管路。

2.根据权利要求1所述的液态金属宇航服，其特征在于：所述控制装置的第三端口通过液态金属泵与所述调温装置连接，以将流出所述控制装置的液态金属泵入调温装置，为整个所述液态金属管路中的液态金属提供流通动力。

3.根据权利要求2所述的液态金属宇航服，其特征在于：所述控制装置内设有调节阀，以调节液态金属在送回所述液态金属管路时，在温度不同的两通路的量。

4.根据权利要求3所述的液态金属宇航服，其特征在于：所述调温装置内设有用于加热或冷却液态金属的热交换器或半导体制冷片。

5.根据权利要求3所述的液态金属宇航服，其特征在于：所述液态金属管路的管道入口与管道出口分别位于所述液态金属管路上的左、右脚部位置。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的液态金属宇航服，其特征在于：所述液态金属为熔点小于30℃的金属材料。

7.根据权利要求6所述的液态金属宇航服，其特征在于：所述液态金属管路为直通式或网格式。

8.根据权利要求7所述的液态金属宇航服，其特征在于：所述液态金属管路的管道的外径为2mm-3.8cm，内径为2mm-3cm。

9.根据权利要求8所述的液态金属宇航服，其特征在于：所述液态金属管路的管道的材料为柔性ABS塑料或聚氯乙烯塑料。

10.根据权利要求9所述的液态金属宇航服，其特征在于：所述液态金属泵为蠕动泵、压电泵或电磁泵。

说明书

一种液态金属宇航服

技术领域

[0001] 本发明涉及航天器材技术领域，尤其涉及一种液态金属宇航服。

背景技术

[0002] 随着航天事业的发展，作为航天员必备的宇航服，也在不断的改进和多样化。宇航服是保障宇航员生命安全和正常工作的密闭微环境，按功能可分为舱内宇航服和舱外宇航服。相比舱内宇航服，舱外宇航服的结构更为复杂，功能要求更高，需要防护太空的真空、高低温、辐射、小陨石等对人体的侵害。宇航服的结构通常包含五层以上，第一层是与皮肤直接接触，具有保暖、生理监控等功能的内衣层，第二层是具有调控温度功能的液温调节层，第三层是密封的加压层，第四层是有过热或过冷保护的隔热层，第五层是可防辐射、抵御微陨星袭击的防护层。其中第二层需要解决航天员的散热问题，用于排出航天员舱外活动产生的大部分热量，目前采用的技术为热管液体调温，由于航天员出舱将面临-170-150℃的交变温度环境，因此宇航服的热防护和温度控制功能尤为重要。

[0003] 迄今，传统上每类材料仅具备单一功能，要么是电学性质优异，但机械性能坚硬，不适合作为柔软性要求很高的宇航服装布料；或者这些材料要么柔韧度很高，但热学、电磁屏蔽性能较弱，因此也不宜充分使用。总的说来，受到材料限制，现有宇航服研制主要采取如上所述的多种类材料叠加制造而成，这就会导致整套服装显得十分臃肿，灵活度很低。为此，本发明通过引入全新的航天材料概念，可实现高度紧凑的多功能宇航服。

[0004] 我们知道，低熔点金属尤其是液态金属在近年来得到了大量的研究，与水相比，这类金属流体材料有十分优越的导热性能，例如，镓 的热导率是水的49倍，部分液态金属与水的性能对比如下表。

[0005]

[0006] 这类液态金属具有较低的熔点、优良的导热性能和相变时的吸放热等性质，若作为传热工质用于航天服的液温调节层中，可取得良好的温度控制效果。

[0007] 此外，液态金属具有导电体的性能，其本身又具备优异的柔韧性，因而可作为宇航服内的导电连接管路；同时，由于本身是金属，因此，可充当理想的电磁屏蔽材料。

[0008] 值得一提的是，液态金属可主动或被动地发生固化相变，其刚度和强度显著增强，此时，变成固体的金属可作为宇航服的保护装置，防护空间外来物的撞击，从而保护宇航员的安全。

[0009] 可见，液态金属具备独特的多功能，若用于宇航服，可实现高度紧凑、灵活且功能全面的新一代航天服。

发明内容

[0010] (一)要解决的技术问题

[0011] 本发明要解决的技术问题是解决现有的能作为宇航服的制作材料大都只具备单一功能，不宜充分使用，因此为满足宇航服的性能要求，通常宇航服在研制上主要采取多种类材料叠加制造，这就会导致整套宇航服显得十分臃肿，灵活度很低，因多种材料特性不同，也造成制造复杂，使用受限，同时现有的宇航服在调节服内温度时采用热管液体调温，因此航天员在出舱面临的温差极大的交变温度环境，调节能 力不足，调节稳定性差的问题。

[0012] (二)技术方案

[0013] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种液态金属宇航服，包括基础服装，还包括液态金属管路、控制装置、温度监控装置和对液态金属进行加热或冷却的调温装置；所述液态金属管路内装有液态金属，且固定于所述基础服装表面遍布全身；所述温度监控装置一端与所述液态金属管路连接，另一端与所述控制装置的第四端口连接，以将对所述液态金属管路检测的温度信息传送至所述控制装置；所述液态金属管路的管道出口与所述控制装置的第一端口连接，以供所述控制装置将流出所述液态金属管路的液态金属根据接收到的温度信息进行再次分配；所述控制装置的第二端口和第三端口分别与所述液态金属管路的管道入口和所述调温装置的一端连接，且所述调温装置的另一端与所述液态金属管路的管道入口连接，以使流出所述控制装置的液态金属形成温度不同的两通路送回所述液态金属管路。

[0014] 其中，所述控制装置的第三端口通过液态金属泵与所述调温装置连接，以将流出所述控制装置的液态金属泵入调温装置，为整个所述液态金属管路中的液态金属提供流通动力。

[0015] 其中，所述控制装置内设有调节阀，以调节液态金属在送回所述液态金属管路时，在温度不同的两通路的量。

[0016] 其中，所述调温装置内设有用于加热或冷却液态金属的热交换器或半导体制冷片。

[0017] 其中，所述液态金属管路的管道入口与管道出口分别位于所述液态金属管路上的左、右脚部位置。

[0018] 其中，所述液态金属为熔点小于30℃的金属材料。

[0019] 其中，所述液态金属管路为直通式或网格式。

[0020] 其中，所述液态金属管路的管道的外径为2mm-3.8cm，内径为2mm-3cm。

[0021] 其中，所述液态金属管路的管道的材料为柔性ABS塑料或聚氯乙 烯塑料。

[0022] 其中，所述液态金属泵为蠕动泵、压电泵或电磁泵。

[0023] (三)有益效果

[0024] 本发明的上述技术方案具有如下优点：

[0025] 1、液态金属的热导率是水的49倍，具有防辐射、导电功能，本发明采用液态金属流通的液态金属管道作为液温调节层，固定于基础服装表面遍布全身，提高了宇航服的传热效率与温控效果，同时可减少宇宙射线对人体的伤害，还可用于宇航服的柔性电路连接单元和起到良好的电磁屏蔽作用，液态金属管道因此具有多重功能，节省材料，整体减小了宇航服的质量及体积，避免了因使用多种材料叠加导致宇航服臃肿，灵活度低的问题；

[0026] 2、本发明的温度监控装置采集液态金属管路上头、颈、臂、胸、腹、背、臀、腿、脚各部分的温度数据并将信息传送至控制装置中，达到能够及时根据宇航员体态温度调节宇航服内部温度，让宇航员所处的宇航服内部温度时刻处于舒适状态；

[0027] 3、本发明的控制装置调控流出液态金属管路的液态金属进入两个不同温度的通路再流回液态金属管路，其中一通路使液态金属保持流出时的温度再次流回，另一通路是经过调温装置加热或冷却后流回，使整个宇航服内液态金属循环流通，调节温度更迅速，两通路调节使温度状态更加稳定。

[0028] 除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。

附图说明

[0029] 图1是本发明实施例液态金属宇航服的结构示意图；

[0030] 图2是本发明实施例液态金属宇航服的液态金属管路的结构示意 图；

[0031] 图3是本发明实施例液态金属宇航服的液态金属管路的横截面图。

[0032] 图中：1：液态金属管路；2：控制装置；3：温度监控装置；4：调温装置；5：液态金属；6：液态金属泵；11：管道入口；12：管道出口。

具体实施方式

[0033] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0034] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0035] 此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。

[0036] 如图1和图3所示，本发明实施例提供的液态金属宇航服，包括基础服装，还包括液态金属管路1、控制装置2、温度监控装置3和对液态金属5进行加热或冷却的调温装置4；液态金属管路1内装有液态金属5，且液态金属管路1固定于基础服装表面遍布全身；温度监控装置3一端与液态金属管路1连接，另一端与控制装置2的第四端口连接，以对液态金属管路1检测的温度信息传送至控制装置2；液态金属 管路1的管道出口12与控制装置2的第一端口连接，以供控制装置2将流出液态金属管路1的液态金属5根据接收到的温度信息进行再次分配；控制装置2的第二端口和第三端口分别与液态金属管路1的管道入口11和调温装置
4的一端连接，且调温装置4的另一端与液态金属管路1的管道入口11连接，以使流出控制装置2的液态金属5形成温度不同的两通路送回液态金属管路1。

[0037] 液态金属的热导率是水的49倍，具有防辐射、导电功能，本发明采用液态金属流通的液态金属管道作为液温调节层，固定于基础服装表面遍布全身，提高了宇航服的传热效率与温控效果，同时可减少宇宙射线对人体的伤害，还可用于宇航服的柔性电路连接单元和起到良好的电磁屏蔽作用，液态金属管道因此具有多重功能，节省材料，整体减小了宇航服的质量及体积，避免了因使用多种材料叠加导致宇航服臃肿，灵活度低的问题；本发明的温度监控装置采集液态金属管路上头、颈、臂、胸、腹、背、臀、腿、脚各部分的温度数据并将信息传送至控制装置中，达到能够及时根据宇航员体态温度调节宇航服内部温度，让宇航员所处的宇航服内部温度时刻处于舒适状态；本发明的控制装置调控流出液态金属管路的液态金属进入两个不同温度的通路再流回液态金属管路，其中一通路使液态金属保持流出时的温度再次流回，另一通路是经过调温装置加热或冷却后流回，使整个宇航服内液态金属循环流通，调节温度更迅速，两通路调节使温度状态更加稳定。

[0038] 其中，控制装置2的第三端口通过液态金属泵6与调温装置4连接，以将流出控制装置2的液态金属5泵入调温装置4，为整个液态金属管路1中的液态金属5提供流通动力。液态金属泵6优选为蠕动泵、压电泵或电磁泵，泵送液态金属流体进入调温装置。

[0039] 进一步的，控制装置2内设有调节阀，以调节液态金属5在送回液态金属管路1时，在温度不同的两通路的量。若宇航员设置温度为25℃，当宇航服中液态金属管路的温度高于这一温度值时，温度监控 装置将这一信息传递给控制装置，控制装置通过调温阀调小第二端口的液态金属流量并同时调大第三端口的液态金属流量，使得液态金属管路的管道入口处的液态金属温度减小，从而降低液态金属管路的整体温度；当宇航服中液态金属管路的温度低于这一温度值时，温度监控装置将这一信息传递给控制装置，控制装置通过调温阀调大第二端口的液态金属流量并同时调小第三端口的液态金属流量，使得液态金属管路的管道入口处的液态金属温度升高，进而提高液态金属管路的整体温度，使宇航员重新感到舒适。

[0040] 其中，调温装置4内设有用于加热或冷却液态金属的热交换器或半导体制冷片。热交换器对流入调温装置的液态金属进行换热，实现对液态金属的加热或冷却，方案简单，易于实现。

[0041] 具体的，如图2所示，液态金属管路1的管道入口11与管道出口12分别位于液态金属管路1上的左、右脚部位置。液态金属由一只脚上的管道入口流入，沿液态金属管路流通全身进行温度调节，为宇航员保持适宜的温度环境，再由另一只脚的管道出口流出，进入后续的调温过程后，再一次进入管道入口，依此实现循环流通和温度调节。

[0042] 其中，液态金属5为熔点小于30℃的金属材料。液态金属优选为熔点为15.7℃的镓铟合金。液态金属的熔点通常小于30℃，因此当温度低于熔点时，液态金属将发生液-固相变，释放潜热，同时保持温度不变，这一特性有利于在温度骤降的情况下对宇航员起到保护和温度缓冲功能，而变为固体的液态金属使液态金属管路成为宇航服可起到抵御外来撞击作用保护层。

[0043] 其中，液态金属管路1为直通式或网格式。采用直通式或网格式，可以保证液态金属管路在宇航员全身良好的覆盖性和液态金属在液态金属管路中的流通性。

[0044] 其中，液态金属管路1的管道的外径为2mm-3.8cm，内径为2mm-3cm。优选的液态金属管路的管道外径为10mm，内径为8mm，在保证一定安全壁厚的同时，确保管道内部液态金属量充足。

[0045] 其中，液态金属管路1的管道的材料为柔性ABS塑料或聚氯乙烯塑料。柔性ABS塑料或聚氯乙烯塑料的质量轻、塑性好，作为液态金属管路的管道材料能够保证宇航服整体的轻便度与舒适度。

[0046] 综上所述，液态金属的热导率是水的49倍，具有防辐射、导电功能，本发明采用液态金属流通的液态金属管道作为液温调节层，固定于基础服装表面遍布全身，提高了宇航服的传热效率与温控效果，同时可减少宇宙射线对人体的伤害，还可用于宇航服的柔性电路连接单元和起到良好的电磁屏蔽作用，液态金属管道因此具有多重功能，节省材料，整体减小了宇航服的质量及体积，避免了因使用多种材料叠加导致宇航服臃肿，灵活度低的问题；本发明的温度监控装置采集液态金属管路上头、颈、臂、胸、腹、背、臀、腿、脚各部分的温度数据并将信息传送至控制装置中，达到能够及时根据宇航员体态温度调节宇航服内部温度，让宇航员所处的宇航服内部温度时刻处于舒适状态；本发明的控制装置调控流出液态金属管路的液态金属进入两个不同温度的通路再流回液态金属管路，其中一通路使液态金属保持流出时的温度再次流回，另一通路是经过调温装置加热或冷却后流回，使整个宇航服内液态金属循环流通，调节温度更迅速，两通路调节使温度状态更加稳定。

[0047] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。