神七遨游太空 “人性化”设计彰显舒适和便捷

　　中新网9月27日电 题：全新超级“神舟七号”遨游太空

　　作者：宋丽芳 李奡

　　神舟七号飞船满载3名航天员飞行乘员组发射升空，乘员组中的2名航天员进入飞船轨道舱，身着舱外航天服完成出舱活动准备，他们中的1名航天员出舱进行了半个小时的太空行走，并完成预定的空间科学实验操作。

　　那么神舟七号载人飞船到底是怎么设计的？她与神舟五号和神舟六号载人飞船有什么不同？当记者走近中国航天科技集团公司空间技术研究院神舟飞船研制队伍时，科研人员勾画出了“神舟七号”总体设计的直观图。

　　“人性化”设计彰显舒适和便捷

　　飞船总装主管设计师刘晓震介绍，神舟七号飞船的研制重点就是要确保航天员顺利进行出舱及释放小卫星等其它活动。为此，“神七”从研发伊始就严格遵循人性化的设计理念，生产与试验、舒适与便捷紧密结合，处处彰显人与飞船设备的完美交互。

　　“瘦身”运动。“神七”的设计在飞船内部的空间保障上做足了文章。由于此次太空之旅要完成出舱活动任务，而舱外航天服的体积较大，两名航天员要进行穿脱动作，此外还要携带3人5天的生活物品，这势必要占据舱内的有限空间，难免会影响到航天员的工作与生活。为此，在设计时尽量安装设备的仪器板，把其装载在类似货架的格框上，提高空间使用率，以便腾出更多的空间供航天员活动。

　　视觉引导。按计划，“神七”的3名航天员将在空间轨道工作、生活3至5天。就飞船而言，由于空间失重环境下的方向感与地球表面的概念不同，是随时变化的。为了让航天员更好地适应“捕捉”方向感的“测试”，更好地在没上没下、没左没右的环境中正常工作，在内部装修上，把舱体地面用褐色的阻燃装饰层覆盖，而其余各处则用乳白色装饰层包裹，这使得舱体内部看起来十分清晰与整洁。涂褐色的地面是地球所在的方位，因为褐色代表土壤，可以使航天员找到“家”的感觉。这就改变了传统上以单一浅色调为主的构图，形成一定的色彩反差，从而使身在太空的航天员有立体的视觉归属感。

　　集中布局。为了使处于失重状态的航天员工作更为便捷，“神七”的设计者将舱内的设备进行了分区域规划布局，按设备的用途、性能等因素合理地放置。例如，将航天员的操控设备进行了集中摆放。届时，航天员将面对多个显示器来监控飞船的飞行状态，包括舱压、换热、供氧以及调试舱外航天服时等各项数据指标，设备操作更加直观、简单、便捷。方便了航天员的工作，从而提高了人机运行效率。

　　“软硬”兼施。根据以往的经验，航天员在太空的活动对扶手的依赖程度很高，它起着保持平衡与助力的重要作用。从航天员从空间返回后的反馈得知，舱内部分扶手的“手感”不佳，不能很好地适应舱内活动的需要，这引起了设计者的高度重视。与“神五”、“神六”不同的是，设计者根据实际情况，更加重视扶手的便捷性与实用性，在舱体内外安置了数量不等、共20余个“软”、“硬”扶手。舱体内部则以软扶手为主，其被安置在仪器板的侧面和舱壁上，这便于航天员在舱内自如地活动。而“硬”扶手则被安置在舱门和轨道舱脚踏板上，及舱外行走路线上，用作着力点，这给航天员出入舱体以及进行舱外实验提供了极大的便利。

　　集智攻“新”面面观

　　提起“神七”在轨飞行的技术创新点，搞飞船总体设计的人员都能如数家珍。采访时，飞船应急救生系统主任设计师马晓兵谈到：保证气闸舱功能，舱外航天服支持，首次三人满载返回，相关出舱程序设计等都属于“神七”设计上的亮点。

　　据神舟飞船副总设计师潘腾介绍，在“神六”成熟技术的基础上，根据“神七”任务的要求，设计上进行了多项改动，3年中进行了各种试验达80多项，设计改动可以概括为三大方面。

　　轨道舱内添新意。“神五”和“神六”上的轨道舱仅是航天员在太空中的生活舱，航天员的吃喝拉撒睡全在这个舱段进行。众所周知，在“神五”飞行时，杨利伟作为中国第一位航天员在太空停留了一天，胜利凯旋；“神六”飞行时，费俊龙和聂海胜两人执行了五天的飞行任务后，载誉而归；到“神七”这次发射，是三名航天员在太空停留三至五天，并且还要出舱进行太空行走。为此，轨道舱增添了许多新的功能，设计人员称作的“气闸舱”实际就是轨道舱。两名航天员要在这个舱段换上出舱服，一人出舱进行太空行走。所以设计人员脱口而出的“气闸舱功能”就是为航天员出舱设计的，尽管添置这些功能后，轨道舱的空间比以前小了一些，但经过精心设计，航天员在其中的空间活动还是可以得到最大的满足。“气闸舱功能”包括增添了舱内气压泄除和恢复系统，舱内有线和舱外无线的出舱活动通信系统，出舱活动操作显示界面、照明和摄像装置，舱外航天服接口支持系统等。

　　座椅“安全”改造。为保证“神七”发射成功和航天员安全回家，设计人员强化安全意识，不断改进思路，优化设计。在“神五”“神六”返回舱里的座椅都采用火工品爆燃提升的设计，而在“神七”返回舱座椅的设计上一改“从前”，设计人员考虑到尽管飞船的密封性已经万无一失了，但是座椅下的一个压力燃气包里的有害气体万一要是发生了泄露，后果就不堪设想。为了保证3名航天员安全回归，最终确定了用“压缩空气”来取代燃气，并相应地增加了一套“气源组件系统”作为动力源。座椅的提升原理没有变化，只是工作介质采用了安全的气体——压缩空气，这意味着即便发生泄露，也不会对航天员的身体产生任何不利的影响。

　　夜发昼返好观察。“神七”另一个不同之处是发射时间进行了调整。“神五”“神六”都是发射时间都是在上午八九点，飞船返回的时间都是在凌晨。而这次“神七”的发射时间是晚上，飞船返回的时间是下午6点左右。飞船发射的首区在酒泉卫星发射中心，飞船返回的落区在内蒙古的四子王旗，所以首区和落区的时间被称为“一黑一白”。

　　发射时间的调整，主要是考虑到航天员出舱时间是在阳照区。航天员出舱进行太空行走的活动都会被观测得“一清二楚”。当飞船返回时是在白天，不仅便于对航天员的搜救，也便于飞船回收试验队及时对返回舱进行快速处置。

　　道道“安全”护平安

　　“神七”发射是第三次载人航天飞行，同前两次一样，确保航天员生命安全是重中之重。飞船设计师们把“安全设计”视为第一准则，哪怕是个细微之处，哪怕是几经验证过的技术，他们还是追求万无一失。采访时，记者捕捉到几个鲜活的事例。

　　“生死之门”。不论是航天员出舱进行太空行走，还是返回轨道舱，关好舱门非常重要，因而飞船舱门被设计师们称为“生死之门”。航天英雄杨利伟首次上太空时，不存在开关舱门的问题，费俊龙和聂海胜再次进入太空，在轨道舱和返回舱中活动，仅仅需要打开一个舱门。而“神七”的任务涉及航天员出舱行走，在执行任务过程中，需要开关好两道舱门。亲身经历过太空飞行的航天员深有体会，开关好舱门，看似简单，实际要完成多项步骤。毫无疑问，“神七”上的航天员开关舱门时，要完成开保险锁、开关转动手柄、拉开舱门、给舱门套上保护罩等一套规定动作。

　　飞船结构与机构分系统副主任设计师游巍说：考虑到航天员身着出舱航天服，充压后服装体积会增大，因此把“神七”的舱门通径变大了，由“神六”时的750毫米加大到850毫米。在沿用了“神六”舱门的工作原理和设计形式等成熟技术的基础上，还进行了十多个项目的改进设计，特别是在主传动链设计上，只要有一个尺寸变动，整个舱门设计尺寸都要随之变动，为此设计出了80多张图。

　　舱门打得开、关得上、密封可靠成为三个非常重要的环节。太空环境又直接影响到开关舱门，特别是在真空、高低温、失重等太空环境下，将舱门打开，并不是像地面开关门那么轻而易举。而且舱门若不能保证密封，轨道舱内就无法复压，意味着2名航天员将无法脱掉舱外航天服，不能回到返回舱。

　　要百分之百地保证舱门打得开、关得上、密封可靠，必须在地面做真空和高低温环境下的试验验证。2004年，设计人员特意研制了真空热环境舱门开关装置。游巍描述说：舱门专用的“真空罐”里，设置了开关舱门的机构，像个机械手在模拟航天员的操作。设计人员为了获得舱门在更为恶劣的太空环境中的数据，在真空环境中，还把温度拉偏到零下45度和零上45度。科研人员通过计算机操作，获得了试验验证数据。自2005年起，对生产出的舱门和开关机构进行了大大小小的各种试验达数十次。低温环境对舱门开关影响最大，设计人员进一步对舱门进行可靠性试验，在零下20度的低温环境下打开舱门的动作反复做了数百次，获得了可靠的数据。

　　气瓶穿“衣”。“神七”发射升空后，将在341公里的高度绕轨道漫游，那么也就是在这个轨道高度，出舱的航天员要进行30分钟的太空行走。同时飞船还将携带的一颗小卫星放飞太空，上演一部人、星、船曼舞太空的大戏。根据此次的任务要求，设计师们对飞船外观作了不少新的改进。取消了以往飞船上的留轨功能和附加段，还取消了飞船上的一对太阳帆板等。通俗地说，过去看到飞船上的四只翅膀，在“神七”上只有两只了。同时增加了舱外摄像机、照明灯、舱外扶手、复压气瓶，还有各种阀门和管路系统等。

　　为确保释放小卫星时更加安全，飞船研制人员“奇思妙想”，特意为安装在轨道舱外的5个复压气瓶穿上了“防护衣”。被释放的小卫星位于轨道舱前端，离5个复压气瓶近在咫尺，如果释放小卫星时爆炸螺栓产生碎片，就会像子弹一样打到气瓶身上，一旦气体泄漏，后果不堪设想。为了航天员的安全，为了“神七”的万无一失和载誉而归，研制人员慎之又慎，把“安全”做到了极致。

　　该院下属的北京空间机电研究所在上世纪90年代初，利用航天技术研制出了国内第一件软质防弹衣。该所凭借过硬的产品质量和良好的营销服务屡获殊荣，“奇盾牌”系列防护产品就是其中的佼佼者。当接到院里总体设计人员提出的为“神舟七号”舱外气瓶量身订制保护罩的任务时，研制人员既感到欣喜，又非常有压力。

　　面对五个圆圆的气瓶，选用何种材料，采用何种形式，安全性能如何保证等一系列的问题，开始在研制人员脑海里打转。首先选择最佳材料。尽管多年来，研制人员一直密切跟踪世界先进防弹材料的研制，并与多个厂家建立了长期合作关系，但“神舟七号”任务重大，为此，研制人员初步选定了五种防护材料。为更好地检验材料在真空环境下的技术性能，带着这些备选的材料，研制人员专程到外地有关研究单位进行真空可凝挥发、真空质损等多种试验。经过对试验结果的反复比对，研制人员优中选优，最终确定了保护罩的材料。

　　以前设计制作的防弹衣是给人穿的，做生物损伤试验时也给动物穿过，但给球状物体设计衣服还是头一回。研制人员拿出几套设计方案，最终瓜瓣型设计方案获得大家一致认可。为了保证防护衣与气瓶配合“默契”，研制人员从打样、修改到试穿，反反复复，不厌其烦。样衣做出来了，安全性能格外引人关注，为此，研制人员多次进行实弹打靶，现场分析，获得了可靠数据。