“飞天”航天服技术解密 设计灵感来自一只大虾

 三千万元“飞天”服永留太空

  按计划,神舟七号飞船将于明天下午执行航天员出舱行走任务。神七最重要的任务是出舱行走,航天员出舱行走,舱外航天服是关键。

  2名进入轨道舱的航天员,分别着我国研制的“飞天”舱外航天服和从俄罗斯引进的“海鹰”舱外航天服进行出舱活动准备,其中1名航天员出舱进行舱外活动。

  名字叫“飞天”的舱外航天服,重量120公斤,造价约三千万元人民币,可靠系数0.997,可以支持4个小时的舱外活动……我国舱外航天服还有一个特点:在关节设计上,采用了“虾”结构。

不过这套航天服将留在太空,不带回地球。

“飞天”航天服技术解密 设计灵感来自一只大虾

47个月完成在国外需要七八年

  2004年7月,我国决定研制舱外航天服。自此,责任总设计师李潭秋带着一群年轻人上路了。

  在研制初期,面对生疏的舱外航天服,设计师们不知道从哪下手。当时,能查到的资料十分有限。引进国外技术需要巨额资金,不仅如此,一些关键技术用金钱也无法买到。

  2006年6月,第一套总装产品完成了。紧接着,9月30日,完成了初样设计评审。最终,2008年6月,舱外航天服经历47个月的艰难孕育,终于完成通过了。

  舱外航天服在国外一般需要七八年的时间研制。我们遵循严格的研制规律,也采取了一些方法,用47个月就完成了研制任务。权威部门对舱外航天服的安全进行了严格的验证。通过地面验证,舱外航天服没有任何问题,是安全可靠的。

“飞天”航天服技术解密 设计灵感来自一只大虾

  服装躯干材料为壁厚1.5毫米铝合金

  舱外航天服研制躯干结构的难度非常大。壁厚仅1.5毫米的铝合金要焊接成适合人体形状的不规则壳体,其难度不可想象。

  据介绍,焊接的接口就有6个,非常容易变形,科研人员前后花费了两年多的时间才完成攻关。

  航天医学工程总体研究室主任刘伟波说,舱外航天服是我国第三次载人航天飞行中最难的一项技术。飞船的大多数功能,都要在舱外航天服里实现。可以说,舱外航天服就是一个穿在身上的小型飞船。

  关节难题一只大虾带来启发

  舱外服与舱内服的最大区别是,舱外服上下肢都是可以活动的,甚至包括手套。关节间必须要灵活,但如果关节灵活,就很可能不够密封,而密封性保证了,又可能没有灵活性。

  这给设计带来了极大的困难。因为,为了满足使用需求,舱外航天服既要求关节灵活,也要求好的密封性。

  设计者李志参看了国外无数实例后发现,他们的航天服所用的波纹结构,是靠挤压变形,所需力量大,活动起来并不轻松。

  山穷水尽,柳暗花明。一只大虾突然启发了李志。他发现,虾的身体关节非常特殊,可以保证身体的灵活性,活动起来非常轻盈。

  李志和他的同事买来各种虾进行观察,最后经过试验,终于成功了。航天服的肩肘部都采用了这个“虾”结构,比外国同类产品好了很多。

“飞天”航天服技术解密 设计灵感来自一只大虾

中国舱外航天服数字一览

  神七航天员将穿着中国研制的舱外航天服出舱行走。这种命名为“飞天”的舱外航天服有这样一些数字指标:

  重量——120公斤。

  大小——最高可达两米,背包高度130厘米。

  尺寸——通过调节大小,身高160厘米到180厘米的人都可以穿。

  服内压力——40千帕。这是人体能够承受而又保证灵活性与气密性的压力值。

  外层耐温——正负110摄氏度。

  抗压能力——120千帕(一个标准大气压为101千帕)。

  保障能力——可保证4个小时的出舱活动。

  可靠系数——0.997。

  穿脱时间——地面上可自行在2至3分钟内穿脱。在太空中,从准备工作到完全穿好服装,大约15个小时。

  研制周期——从立项到投入使用,耗时4年。

  设计理念——保证2倍到3倍的安全余量。

  [安全保障]

  安全带“脐带”一应俱全

  航天员太空行走,意味着要从飞船内近似于地面的大气环境进入太空的高真空、强辐射环境,也意味着航天员要离开飞船,独自在失重的太空中“行走”。如何保证出舱航天员的安全?

  中国的舱外航天服是没有动力装置的。那么,航天员一旦脱离飞船,岂不很容易消失在茫茫太空中、成为“太空飞人”?不用担心,航天员身上系着“安全带”。

  记者在神七发射前参观舱外航天服时看到,舱外航天服胸甲右下侧伸出了两根一长一短的橘黄色安全系绳。这不是普通的绳子,它们内部有弹簧,最长可拉至3米,能够承受一吨的拉力。绳的另一端是两个挂钩,太空行走的每一步之前,航天员都要先在轨道舱壁的扶手上固定好安全系绳的挂钩,一根固定好了,另一根才能改变位置。

  除此之外,航天员腰部左侧还有一根与飞船相连的8米长的“电脐带”。名如其形,这根带子就像母亲子宫里的脐带,连着孩子和妈妈。“电脐带用于传输航天员生理参数。这个功能用无线方式完全可以实现,我们之所以采用有线,是把它作为安全系绳的备份。”航天员系统总指挥、总设计师陈善广说,这些安全措施,也是国际上太空活动的通行做法。

“飞天”航天服技术解密 设计灵感来自一只大虾

  [专家视点]

  杨利伟:心理冲击考验出舱航天员

  航天员系统副总指挥、中国飞天第一人杨利伟昨告诉记者,在神七航天员进行太空行走准备的过程中,他最关心航天员的心理状况。

  杨利伟说,在航天器自动化程度很高的情况下,制约任务成败的因素更多的来自心理而不是操作上。尤其是在出舱活动这样对航天员自主性要求更高的任务中,航天员的心理状态会在很大程度上影响执行任务的能力。

  “比方说,一旦飞船自动控制失效时需要航天员手动操作,有的航天员几分钟就可以驾驶航天器找到地球,有的人则会越跑越远。”杨利伟说。

  “当你打开舱门时是什么感觉?在舱外工作几个小时累不累?”在与国外航天员几年来的交流中,这是杨利伟问得最多的问题。

  他得到的答案是,舱里舱外活动完全不一样,出舱对心理的刺激是很大的,往往第一感觉是“有点蒙”。一位俄罗斯女航天员在舱外待了几个小时回舱后,累得甚至没有力气脱下航天服。

  针对出舱活动,神七航天员的选拔和训练特意加了心理素质的权重。在长期观察基础上建立的心理素质档案记录和一系列标准测试,被用来考察航天员的心理素质是否可以满足任务要求。

  [国际反应]

  美专家:中国迈出建空间站重要一步

  建设太空实验室或者空间站,有关国家必须具备宇航员舱外活动和飞行器在太空对接的能力。美国海军军事学院国家安全决策部主席琼·约翰逊-弗雷泽说:“中国航天员的首次舱外活动,将使中国朝着建设太空实验室或空间站的目标更近一步。”弗雷泽说,中国重视太空探索技术非常明智。“尽管研发太空技术肯定耗资巨大,但同时它也有非常高的回报率。美、俄、欧洲的实践证明,太空探索不仅能增强国民的自信心,而且太空技术会转用到日常生活中,将对社会、经济产生深远影响”。

  俄宇航员:太空行走是航天强国标志

  俄罗斯宇航员瓦列里·托卡列夫出生于1952年,1997年正式加入加加林宇航员培训中心的宇航员队伍。他分别于2005年11月和2006年2月进行过两次太空行走,行走时间共计10小时。

  托卡列夫认为,实现载人航天是航天史上的里程碑,它集中体现了国家整体科技发展水平,标志着一个国家在世界航天领域的领先地位。中国目前已经掌握了先进的载人航天技术,而且中国有能力保持航天技术的飞速发展,向世界展示一个迅速崛起的中国。


分享到:


相關文章: