摘 要：以登月服为代表的重大航天装备，不仅是建设航天强国的重要支撑，也是展示国家形象和传播中国文化的重要载体。《“巡天”登月服系统组件设计》展现了作者对于未来载人登月的美好憧憬和深入研究，通过概念创意设计、外观造型设计和结构创新设计，实现了传统文化与现代科技的融合创新，形成了先进的设计理念、独到的设计思想、系统的设计方法，完成了将艺术设计与重大装备深度融合的突破性探索，代表了中国重大航天装备工业设计的未来发展方向。
关键词：登月服；工业设计；服装设计；艺科融合
千年以来，月亮都是中国文人的精神寄托，在中国文化与精神体系中占有特殊地位。从上古以来“嫦娥奔月”的神话传说，到屈原“夜光何德，死则又育”的天问；从家喻户晓的“举头望明月，低头思故乡”，到孤篇横绝的“江畔何人初见月？江月何年初照人”；从万户飞天的“航天首试”，到嫦娥六号月背采样的伟大壮举，无不表现了中国人对月亮的美好憧憬、孜孜探索与不懈追求。
在2030年前，中国即将实施载人登月，实现千百年来的奔月梦想。中国未来还要在月球表面建设科考站，逐步实现月球资源的开发与利用。登月服是支撑载人登月的重大航天装备，是展示国家和民族形象的重要载体。作者以我国载人登月和载人月球探测任务需求为出发点，提出具有中国特色的登月服系统组件创意设计方案——“巡天”。
登月服作为一类特殊的工业产品，其工业设计具有两个显著的难点。第一，登月服既有工业产品属性，又有服装属性，其表面既有金属和非金属的硬质材料，也有织物软质材料。因此，设计团队既融合了工业产品的设计理念和方法，又融合了服装设计的理念和方法。第二，登月服是典型的“结构即外观”产品，其头盔、屏蔽服等功能结构直接构成产品外观。登月服设计需要在对功能结构深入研究的基础上，通过对结构的形态、材质、工艺等全面创新，以达到整体的设计效果。
作品总体遵循“以人为本、以美为媒、融合创新”的设计理念。“以人为本”是指以航天员为设计中心，围绕航天员的形象展示、场景使用以及生命安全开展系统化设计，将外观造型、人机工效、安全防护三方面的设计全面融合，让登月服更好看、更好用、更安全。“以美为媒”是指以全球瞩目的载人登月伟大壮举为契机，通过艺术设计的手法展示国家和民族形象，将具有代表性的中国文化传统元素和传统智慧巧妙地融入系统设计中，传播航天精神，展现文化自信，彰显中国气派、中国风格和中国风采。“融合创新”是指坚持科技、艺术、文化三者相互融合、相互促进，以艺术促进科技突破，以科技进步推动艺术创新，三者融合实现跨越领先。
“巡天”登月服设计演化历程
“巡天”登月服设计构思
以设计理念为出发点，进一步确立作品的设计指向，通过作品设计集中展现五千年来中华民族悠久历史文化的“底气”，根植于历代中华儿女血脉中人定胜天、突破创新的“胆气”，中国航天事业自力更生、蓬勃发展、巡天揽月的“豪气”。作品冠以“巡天”之名，寓示着与我国首创的“飞天”舱外服的一脉相承。从“飞天”到“巡天”，实现了从一穷二白到遥遥领先的伟大突破，对于激发民族自豪感和凝聚力具有重要意义。
围绕设计理念和设计目标，作品重点从“饰”“色”“形”“质”“构”“工”六个方面开展系统化设计，从中国传统文化提取转化的“饰”“色”“形”与凝聚未来科技创新的“质”“构”“工”有机结合，构建“创新成体，意蕴为魂”的作品形象，兼具传统意蕴和未来美感。
“巡天”登月服系统组件设计构思灵感主要源自甲胄形、凌风带、玉璧纹、天穹意、五行色等具有代表性的中国传统文化元素，将这些元素与登月服功能结构有机融合。登月是一场人类的伟大出征，因此登月服整体造型设计来源于中国传统甲胄的形象，将甲胄的凤翅兜鍪、双层披膊、胸甲、腹甲、膝裙等结构造型进行提取转化，结合登月服各部分的结构特点和功能需求开展创意设计，使整体表现出庄重威严的视觉感受。“凌风带”元素取自敦煌壁画中的飞天飘带，通过提取演绎融入登月服躯干的装饰带设计，使整体庄重中带有一抹灵动。玉璧在中国历史文物中占有重要地位，“玉璧纹”是中国传统纹样的集中体现，在部分细节造型和装饰中，融入玉璧形态及玉璧纹样，成为传播中华悠久传统文化的承载。“天穹意”象征着对于浩瀚太空的向往和求索，作品在手臂、靴子及背包等线条设计中参考天穹意象，融入“天人合一”的浪漫哲思。“五行色”是对我国古代哲学思想在色彩上的集中体现，蕴含着对宇宙万物生成变化的思考。作品通过以上传统文化元素的融入，确保其功能性、艺术性及文化特色的完美结合，实现传统文化与现代科技的融合创新，线块交错的表面结构与软硬结合的表面材质浑然一体，庄重威严又不失飘逸灵动，呈现出新时代中国特色的航天新形象。
除了外观造型设计，围绕载人登月任务场景还开展了“巡天”登月服的总体结构概念设计，包含屏蔽服、压力服、液冷服以及其他附件，每部分都经过精心设计以满足特定的功能需求。
由于月面为真空环境，人体一旦暴露在这样的环境中，体内水分的沸点会下降到体温以下，使得体液剧烈沸腾，危害航天员生命。因此，登月服必须具有压力防护功能，起到密闭承压的效果，保证航天员处于一定的压力环境中。登月服压力防护主要由压力服完成，包括躯干、头盔、上肢、下肢和手套等组件。躯干结构组件与头盔连为一体，通过锁闭机构同背包结构组件密封连接，构成硬体结构。四肢和腰部承压结构为软体结构，通过法兰盘与躯干壳体组件相连接，整体上具有气密、承压、结构形态控制等压力防护功能。为保证活动性能，登月服设计有肩轴承、上臂轴承、肘关节、腕部轴承、腰部结构、髋轴承、腿轴承、膝关节、踝轴承等结构，使其能够在充压条件下仍然能够跟随航天员完成复杂的作业动作。
登月服视觉防护与保障功能主要由头盔面窗组件实现。头盔面窗组件由压力面窗、热防护面窗、滤光面窗等多层面窗组成，还包含面窗开合机构、防护头盔以及盔内通风管、供氧管道。控制与显示系统是“巡天”登月服的智能核心，集成了信息采集处理装置、显示器、控制器、报警装置等，具备全面的操纵控制、状态转换、信息处理与显示功能。显示器位于手臂位置，便于航天员观看，能够清晰展示服装压力、氧瓶压力和设备工作状态等关键参数。操作台置于胸部，由各种电控开关、保护装置、执行装置和调节器组成，在非常有限的结构尺寸内集成主备切换、应急控制、排气控制、供水控制、液温调节等多项功能。由航天员手动进行压力调节、通风净化、主动温控等操作。
针对月面场景特点和登月服的实际应用需求，作品提出了可拆卸式负重增强外骨骼、集成下翻便携式生命维持系统（Portable Life Support System，简写PLSS）背包、智能人机交互界面等系列概念创意，增强了作品的适用性和创新性。
胡永攀 袁侨伟 冯寄候 赖轩 孙元明 周敦颐
文华祥 李林熙《“巡天”登月服系统组件设计》
艺术设计 90cm×90cm×200cm 2024年
作品选自第十四届全国美术作品展览，
获第四届“中国美术奖”金奖
月面的重力加速度约为地球表面的1/6。登月服自身质量较大，即使在1/6重力作用下，其重量也是不可忽视的，长期作用于航天员身上将给航天员带来极大的负担。针对这一问题，作品创新设计了可拆卸式负重增强外骨骼，辅助航天员支撑登月服重量，大幅减轻航天员压力，同时起到增强力量和稳定性效果。外骨骼采用模块化可拆装设计，航天员可根据具体任务需求快速调整，提高装备的适用性和灵活性。
登月服背包具有生成压力、供给氧气、输出能量等功能，是一套高度集成的便携式生命维持系统。背包同时也是航天员进入登月服的通道。目前，舱外服背包一般为侧开模式，可广泛适用于微重力环境。在月面有重力条件下，航天员进入登月服更加困难，需要有支撑攀爬进入的结构。基于此，作品进行了大胆创新，设计了集成下翻式PLSS背包，当背包下翻打开后，背包内面同时具有支撑航天员攀爬进入的功能，解决航天员在有重力条件下进入登月服的难题。
在登月服使用过程中，航天员需要通过人机交互方式控制登月服的内部压力、氧气浓度、电器开关等参数。为了增强人机工效，提高使用效能，作品设计了胸前集成式控制台、手臂嵌入式显示与控制器等多种交互方式。控制台上按钮、旋钮等设计均满足航天员穿戴压力手套后的操作要求，并配有镜像反写的文字提示。航天员在操作时可以通过左臂上安装的反射镜观察提示文字及操作按钮、旋钮，提高人机交互的便捷性和可靠性。
本作品设计者面向国家重大需求和科技前沿，以设计赋能中国载人航天工程、中国载人月球探测工程等国家重大工程，先后参与了系列航天产品工业设计的任务。参与设计的航天员服饰产品成功应用于神舟十五号以来的载人发射任务中；参与设计的载人月球车方案，入围中国载人航天工程办公室组织的载人月球车研制方案征集活动，并获工程立项支持；指导学生设计作品，被选定为神舟十七号载人飞行任务标志，跟随航天员进入太空；设计的着陆场医监医保人员个体装备，在神舟十七号以来的载人返回任务中成功应用；开展系列具有重大社会影响的航天文化传播活动。在以上设计创作过程中，设计团队与中国载人航天工程办公室、中国航天员科研训练中心等建立了合作关系，对航天装备国内外发展现状及前沿趋势具有深刻的认识，这些都为本作品的创作奠定了基础。
中国实现载人登月将是全球关注的伟大壮举，是实现中华民族伟大复兴进程中的重要里程碑。创作团队研读了大量文献资料，分析了国内外各种航天服的设计特点，深入研究登月服的应用场景和任务需求，经历了从概念创意、草图推演、数字模型到软件仿真、模型实验反复迭代的漫长历程，最终完成“巡天”登月服系统组件设计的作品创作，为我国登月服研制贡献设计智慧。
通过作品创作，设计团队深刻认识到工业设计的实质是以人为中心，以科技为核心进行创新的设计方法，能够为航天装备研发提供新的思考和创新途径。我国航天事业从无到有，工业设计在航天装备设计领域的作用从弱到强，国家对航天装备设计越来越重视。从最开始只从技术功能出发进行航天装备设计，再到工业设计深度参与，我国的航天装备设计要求不只是达到各项技术指标要求，还要具备“中国特色”。从原封不动地引入，到基于传统文化体系下的设计，彰显了中国设计师的家国情怀与使命担当。在未来的航天探索中，工业设计将继续发挥作用，通过中国传统文化元素的融入，依照造型设计与功能密切结合，造型设计考虑人机工学及可实现性，使用具有普遍认同性、精确适用性中国传统文化元素的原则，为我国的太空探索提供更安全、更可靠和更有中国特色的航天装备。
通过作品创作，设计团队围绕艺术与科技的融合，凝练出一些航天装备创新设计思想。一是“以需求为导向”的思想，即航天装备设计应紧扣任务要求，明确应用场景、功能需求；二是“以航天员为中心”的思想，航天装备设计应提高操作安全保障和效率，优化人机交互界面，增强用户操作体验；三是“以文化为源动力”的思想，运用中国思维方式，体现中国文化内涵，彰显中国大国形象；四是“以可持续为目标”的思想，采用标准化和模块化，实现可重复和可重构，促进可持续利用。
“巡天”登月服内外结构示意
通过作品创作，设计团队还提出了一些航天装备创新设计方法。一是“文化驱动创新设计”方法，文化内驱创新，赋予航天装备文化内涵，有助于体现中国特色，彰显中国形象；二是“跨学科协同创新设计”方法，多学科交叉协同有助于知识整合和提升创新能力，凝聚中国力量；三是“数字智能创新设计”方法，新技术的应用为航天装备设计研制提供了新的可能，展现中国智慧。
航天装备是科技创新的物质载体，应当不断吸收和应用最新的科技成果，使其在功能和性能上达到新的高度。航天装备又是文化象征的符号媒介，应具备文化表征价值、媒介叙事价值和精神教育价值。通过航天装备的展示与传播，讲述中国航天故事，弘扬中国航天精神，激励更多年轻人投身科学探索与创新实践。未来，航天装备将成为艺术与科技的融合体，成为连接科技、艺术、文化的重要桥梁，这就要求设计产品应突出智能化、人性化和可持续利用的特点，高度凝聚中华优秀传统文化，体现中华民族的智慧与精神，积极传播中国国家形象。
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