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飞天服47个月研制完成 关键设计灵感源于虾(图)

在中国航天员中心,航天员身穿舱外航天服做实验(资料图片) 摄/秦宪安
在中国航天员中心,航天员身穿舱外航天服做实验(资料图片) 摄/秦宪安

  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。

  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。

  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。

  ●数字航天服

  120公斤

  相当于两个成年人的重量

  舱外航天服每套总重量约120公斤,一套舱外航天服的重量竟相当于两个航天员的体重。

  舱外航天服由服装、舱外航天服生命保障系统、舱外航天服监测与通信系统和航天员个人装具组成,重达120公斤不足为奇。

  2米

  身高1.60米-1.80米的人都能穿

  最高能达到2米,躯干像盔甲,四肢像面包,这就是“飞天”舱外航天服。

  服装通体纯白,从上到下依次是头盔、上肢、躯干、下肢、压力手套、靴子。服装的四肢装有调节带,通过调节上臂、前臂和下肢的长度,身高1.60米-1.80米的人都能穿上这套衣服。

  3方面

  给航天员提供生命保障

  舱外航天服可为航天员提供3方面的保障。一是对辐射、真空、微流尘等环境的防护;二是生命保障,也就是要保持一个适合人生存的气体和温度湿度环境;三是良好的功效保障,保证航天员穿着舱外航天

  服能开展维修器材等太空作业。

  25毫米

  航天员的手套能轻松握东西

  舱外用的手套,看上去特别厚实。把大拇指以外的4个指头缝合在一起的话,有点像拳击手套。

  出舱活动主要靠手完成操作和“行走”,手套必须灵活,同时又得有相当的厚度以保证气密性、隔热性。中国舱外航天服的手套灵活性国际一流,航天员能够轻松握持直径为25毫米的物体。

  5次

  可进行太空行走次数

  造价为三千万元人民币的舱外航天服,使用寿命有多长?

  专家介绍,如果在地球上正常存储,可以存放两年。低压下则可以使用五次以上,也就是说,可以进行五次以上的太空行走。

  2-3分钟

  脱航天服时间非常短

  航天员穿服装的时候,首先穿好下肢,将服装和液冷服连接,两个管子是一进一出的,通过腰部的分集流器上下部分分流。然后,将生理背心、通信头戴连接好。

  记者了解到,脱航天服的时间非常短,只需2—3分钟。

  本版撰文/记者王永生曾佑忠

  设计手套也分大小号

  舱外航天服的手套,是6个关键技术之一。整个航天服中,手套的设计非常有特点——它的关节最密集、最细致。手套从里到外都要求软,但还要赋予它硬的结构,具有定向功能,可谓是软硬结合。

  宇航员出舱后,所有的活动都要用手来完成,所以这个舱外手套要像真人的手掌一样触觉敏锐,同时还要有防护性,能够保护宇航员的双手。为了完全按照宇航员的手形打造手套,需要保留宇航员的一个手套模具。

  科研人员想出来的造模方法叫“三维数字重建”。用“三维数字重建”采集手形设备只需3秒钟,被采者的相关数据就留了下来。这项技术,一般用做数字化电影。

  从2007年2月开始,科研人员开始采集所有航天员的手形。采集了各种各样的手形后,舱外服手套就有了准确的大小号。另外,舱外服手套还必须保证在太空出现正负110℃的高低温时,手套在高温不烫,低温不冻,保证操作顺畅。

  ●测试花絮

  氧瓶振动实验员要穿防弹衣

  高达42兆帕压力的氧气装在精巧的氧瓶中,可维持航天员5天的需求量。太空上用的高压氧瓶必须具备能够抵御太空特殊环境的考验,能经受住超强外力的冲击。体积要小,重量要严格控制。

  为了适应船舱内狭小空间的要求,氧瓶只有篮球大小,壁厚只有两三毫米。在这样有限的体积中要压缩进尽可能多的氧气,瓶里面高达200个大气压。纯氧是极其易燃易爆的,氧瓶内的加工工艺稍有疏漏,即使一个细小的毛刺,都会因受力不均导致爆炸。

  每次做氧瓶的振动实验,实验员都是和死亡零距离接触。实验的时候,实验员要穿上防弹衣、戴上钢盔。在装船过程中,服装的氧瓶和舱外服是分离的,氧瓶放在飞船的前推段,在飞船里这个位置经受的振动最大。氧瓶必须经受比实际指标更大振动的考验。

(责任编辑:杨建)

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