9月下旬，我国“神七”航天员将首次太空行走（执行舱外任务）。和杨利伟、费俊龙与聂海胜所穿的舱内航天服相比，即将发射升空的神舟七号载人飞船中，航天员所穿的舱外航天服要复杂得多。就其中一个小小的环节——航天服中的手套来说，就涉及材料、纺织、化学、人体力学、生物工程等诸多领域。航天员的手套可以称得上科技含量最高的手套。
效率高不高，手套很重要
“航天员进行太空行走的目的是为了维修、装卸、更换或回收航天器及航天器的外部设备。舱外航天服除了为航天员出舱进入宇宙空间活动提供保障和支持系统外，还须满足航天员在舱外工作的需要。”北京航空航天大学生物与医学工程学院副教授丁立博士向《科学时报》记者说，为起到良好的防护作用，航天服都较厚重。但手部不像其他部位，航天员要到舱外做事，要进行相对灵活的操作，笨重的服装会降低航天员的工作效率。
一位航天员曾有过一次亲身经历：仅一个将卫星系绳栓到飞船对接杆上的动作，他在地面、包括实验室中模拟失重环境下做过很多次试验，都很快完成了。但真正到了太空中，几十秒时间就能完成的一个简单动作，他整整用了30分钟才完成。
“这是一个较为极端的例子，航天员在太空中完成一个动作可能会比这快些，但也远非我们想像的那样简单。”丁立举例：比如，一个拿东西的动作，我们在正常条件下一两秒钟就能完成，但戴上厚厚的航天手套后，航天员在太空中花几分钟都难以完成。通常情况下有两三克的重量我们就能很容易感知到，但戴上厚厚的手套后，两三克的重量根本感知不出来。有时要20多克的重量才能感觉到握着东西了。
“一件东西你感觉不到自己摸着时，就不会去抓。而且在失重条件下，有时轻轻一碰，就将要抓握的东西碰飞了出去。”丁立说。
航天服中的手套不只有材料学的问题，还有力学的问题。因为太空是真空环境，航天员的手套中还要有压力。内外的压力差让航天员手指弯曲都很困难。同时手套的材料和结构对工作影响也很大，比如握力，在地面条件下你能握50公斤，戴上手套后可能只能握30公斤。
丁立说，几年前他们曾做过一个实验。他的一个学生在模拟太空环境条件——手套中增加压力的情况——下去拧一个螺丝。结果发现在压力作用下，连弯曲手指都很困难。力气较大的男生在手指半曲的条件下，一点点地拧了大半天，累得手指酸痛才拧了下来。丁立说，航天员的手套首先一定要有很好的保护作用，保证航天员不受太空环境的伤害，其次还要保证有不错的工效。
做了其中很小一部分工作
据丁立介绍，该领域有很多环节的问题要解决，也有很多人在作研究，他只是做了其中很小一部分的工作。他们做的主要工作是其中的热防护和工效评价。航天员的手套要求能抓握零上和零下130℃的温度的物体至少40秒，“神七”航天员所戴的手套已经达到这一要求了。
1998年，丁立就开始热防护方面的研究，2004年在国家自然科学基金的资助下，他的“舱外航天服手套的传热研究”项目对手套的热防护、工效、设计和制作等进行研究。在实验中，他们建立了人体、服装和手套的温度场物理模型，并进行数学模拟，再结合试验进行验证。在此基础上，他提出评价手动作业的工效学原则，提出防寒作业手套和舱外航天服手套的热防护设计的基本设计原则，并针对航天员的具体要求提出最佳主动热控制设计方案和工效评价方法。
丁立介绍说，中指指尖皮肤表面温度低于15.6℃时，工效受到的影响还不明显，在设计手套时，应保证中指指尖皮肤表面温度控制在15.6℃以上。指尖皮肤表面温度在10℃左右工效受到的影响较为明显，其中感知感觉指标受到的影响较大，然后依次为疲劳、力量和协调性。而指尖温度降到4℃时，手指就开始僵硬，而无法完成工作了。
同时，压力也对手套工效有显著的影响，形状结构使手套工效存在±50%的差别，好的材料能改善手套关节点的特性，因此，解决手套工效的关键在于处理好手套的形状和结构。丁立和他的合作者一起从舱外航天服手套的设计、制作和增加辅助装置等几个方面探讨了提高工效的方法，并从力量、疲劳、灵活性、触觉、活动范围和舒适性6个方面介绍了评价手套工效的方法。
“神七”航天员所戴的手套热防护方面主要用到两种材料，一是镀铝聚脂膜，二是美国杜邦公司发明的NOMEX材料。镀铝聚脂膜是一种类似人们常见的锡铂纸一样亮闪闪的材料，其厚度只有零点几毫米，主要用于防止热辐射。NOMEX也是一种抗高温、阻燃的材料，目前已经民用。
因为太空中空气稀薄或真空，这样就没有对流发生，热传递的主要方式就是辐射。这种亮闪闪的镀铝聚脂膜能把热量反射回去从而起到热防护的作用。航天员对手掌不同部位要求的功能不同，所以手套不同部位的厚度和所用材料也不同。手背位置因为不活动，大概有十几层，而在手掌和关节处就薄一些，所用材料耐磨性能也好些。
需要大量基础研究
手指部位血液循环差，散热面积大、汗腺分布密度大，因此，航天服中的手套要求具有良好的隔热保暖性能。处在加压状态的手套，其指端须尽可能地与航天员手指紧配，以保证手指灵活动作。
丁立说，美国设计的宇航员手套灵活到可以捡起地下的一枚硬币，而且还具有主动加热功能，能在极端寒冷时提高航天员手指的温度。但我们还做不到这些，目前很大程度上还处于模仿的阶段。航空航天研究处在科研金字塔的塔尖位置，美国在这方面投入相当大，美国现在用的宇航服是软体的，他们还研究了一种硬壳的，有点像古代的盔甲，虽然相关的研究和技术都很成熟，但他们从来没有用过。即使根本用不着，他们也肯投入相当多的人力物力去进行探索、研究。他们这方面的基础研究也相当多，有很多大学在进行这方面的实验研究。
“美国一套宇航服要几千万美元，而且也不是我们想买，人家就会卖你的，我们要自行研制。因为保密等原因，查证这一领域的相关文献十分困难。我们在这方面起步晚，能做到现在这样就相当不错了。”但丁立表示，和美、俄相比，我们还有不小的差距，尤其是在基础研究上，我们还有很多工作要做。在和航天方面研究所的科研人员的接触中，丁立发现他们有很多基础研究问题难以解决，这也迫切需要国家在这方面的支持力度更大些。