航天科技集团研制舱外航天服助神七航天员飞天

载人航天工程副总指挥张建启等领导视察舱外航天服躯干结构制造

技术人员进行航天服躯干壳体电子束焊接前装配

舱外航天服门法兰加工后检测

　　飞 跃

　　——航天科技集团运载火箭研究院首都航天机械公司成功研制舱外航天服躯干结构纪实

　　孙欣荣 刘 颖

　　中国航天员首次成功进行太空行走，实现了中国载人航天发展史上又一次新的飞跃。航天科技集团运载火箭研究院首都航天机械公司精心制造的航天服躯干壳体及其它部件，为这次壮举提供了强大支撑和可靠保证。同时，作为中国运载火箭的摇篮和制造基地，他们也实现了综合技术实力又一次新的飞跃。

　　成功竞标

　　实现太空行走的前提是研制舱外航天服。

舱外航天服属于“高精尖”的航天装备，目前国外仅有美国和俄罗斯能够制造，国内能够研制的单位凤毛麟角。

　　2006年伊始，兄弟单位已经研制一年半的舱外航天服躯干壳体，因铸件存在较多缺陷被迫终止，有关方面询问航天科技集团运载火箭研究院首都航天机械公司是否愿意承接此项任务。公司领导当即决定，把握这个有利时机，开拓技术，锻炼队伍，增强实力，指示有关部门和工程技术人员，一定要做好方案，成功竞标。

　　1月28日，航医所发出竞标书，距 2月14日的竞标会只有半个月时间。其时正值春节，为了尽快制定竞标方案，航天科技集团运载火箭研究院首都航天机械公司的技术人员放弃阖家团聚，汇聚在一起反复研究。2月9日，经过8天的反复推敲，舱外航天服躯干壳体制造方案终于定稿。

　　2月14日，航医所舱外航天服躯干壳体制造竞标会上，航天科技集团运载火箭研究院首都航天机械公司的制造方案令来自各大学和科研院所专家组成的评审委员会耳目一新。20分钟的报告结束后，航医所有关领导说，你们参与项目的时间虽短，却最让评委信服。

　　一个月后，喜讯传来，公司承担了舱外航天服的躯干结构、通风流量管路，头盔和下肢腰法兰四项制造任务。竞标成功了！

　　走好“三步棋”

　　躯干壳体是舱外航天服的主承力结构，是航天员的生命“盔甲”，门、肩、腰、面窗等法兰的尺寸和位置直接关系到航天服的便利性与操作性，结构设计极为复杂，制造难度最大。虽然，公司是国内最大、最早研制运载火箭的总装集成企业，积累了丰富的钣金成型和焊接经验，可是制定竞标方案时，工程技术人员面对图纸上这个奇形怪状的部件，仍有些不知所措。

　　困难当头，他们走好“吃透技术、科学管理、创新攻关”的“三步棋”，向航天服躯干壳体制造发起了冲锋。

　　吃透技术，一方面把设计人员的技术要求融化为制造目标；另一方面通过由此及彼、由表及里的分析，发现加工难点，找准攻关目标。为此，工程技术人员先后13次、共计150余人次前往航医所参与设计讨论，组织不同规模会议20多次，先后向设计单位提出改进建议300余项。

　　躯干壳体是一个异形薄壁结构，由壳体、腰法兰、门法兰、肩法兰、安全阀法兰、气液控制台法兰、操纵控制法兰、压力盔、电控台支架和固定座组成。工程技术人员针对空间曲面复杂，成型难度大；机加工零件精度过高，难以满足；主壳体胸部伸展余量小，整体成型困难；法兰焊接装配难度大，焊后尺寸不易控制等加工难点，逐一制订解决方案，最终形成了制造工艺总方案，明确了制造流程、工艺方法、工装解决方案和质量管理要求。制造工艺总方案无疑是舱外航天服躯干壳体制造的一部详尽、实用的操作说明书。

　　2006年5月22日，公司与航医所签订了舱外航天服部分产品制造任务书。

　　科学管理，成为了出色完成舱外航天服研制任务的基石。5月16日，舱外航天服生产制造正式启动。公司成立了以时任常务副总经理张为民为组长、总工程师孟凡新为副组长的舱外航天服生产领导小组。研制项目组每周召开一次调度会，会议纪要报送上级部门。分别成立了由富有实践经验、技术能力强的人员组成的焊接小组和模具设计制造小组等多个专业组。专业组的工艺人员参与设计工作，并根据产品结构和功能，提出工艺试验和工艺装备要求，制定出多套不同层次的工艺方案。严格按模样、初样、正样三个阶段组织生产，严格按军品管理方式进行质量控制。采取“三并行”的作业方式，即工艺技术准备、工艺试验与产品设计并行，工装设计与产品设计并行，工装制造和工装设计并行。并行作业方法不仅在首件产品的研制中发挥了重要作用，而且有效地贯穿于整个制造过程。

　　创新攻关，采用先进技术和设备，巧妙选取工艺方案，攻克了一道又一道技术难关。异形薄壁结构的躯干壳体，胸部位置放型余量小，壳体成型十分困难，极易出现材料开裂现象。另外，二分之一肩法兰的翻边为负角度，无法直接翻边成型。为此，工程技术人员开动脑筋，决定在胸部增加两条焊缝，解决成型难的问题。他们通过多个试验件的翻边试验，确定了单独完成肩法兰负角度翻边，再将翻边焊接在主壳体上的方案。方案在得到设计人员和专家组的认可后，成功地应用于壳体的制造加工，取得了事半功倍的效果。在躯干壳体、风管、压力盔、气液组合插座法兰、滤波骨架等部组件的成型过程中，公司成功地应用了电磁脉冲成型、内高压成型、电火花加工、电子束焊接等先进工艺，满足了技术要求和制造进度。载人航天工程副总指挥张建启评价公司在航天服制造中取得的成绩时说：“在完成任务的同时，提升了工艺技术水平。”

　　首件攻坚战

　　2006年5月4日，航医所召开舱外航天服生产协调会，要求两个月时间内完成舱外航天服首件产品。

　　如此短暂的周期，令公司领导和工程技术人员感到压力巨大。他们清楚，航天服躯干壳体的制造涉及工艺技术准备、工艺装备的设计和制造，以及物资准备、零件生产和装配、检验、试验等众多环节，两个月时间不要说完成这种从未生产过的复杂产品，就连设计加工全套模具都来不及。为攻克新堡垒，工程技术人员提出了首先突击完成一件简化产品的方案。

　　5月17日，舱外航天服图纸到厂，开始了一场争时间、抢速度的攻坚战。数控加工车间在多型号并举的情况下克服重重困难，仅用 1个月就完成了所有零件的机械加工。钣金车间克服天气炎热、工装短缺的困难，20天内完成了10件壳体试验件。焊接车间夜以继日，仅用10天就完成了总装、焊接和试验。项目领导小组组长张为民要求，首件产品要与其它产品区别对待，要调动一切资源保证进度和质量。

　　制造过程遇到了两大技术难关。一是壳体成型。壳体不仅壁薄、外形特殊，还要开设多个法兰孔，有的法兰孔还需要进行负角度翻边，采用常规工艺无法实现。冲压成型后，连续几件都达不到技术要求。工程技术人员反复攻关、试验和技术分析，最终确定了采用钣金冲压成型和电磁脉冲凸孔成型的理想成型方案。同时，数控加工和电火花特种加工相结合，实现了机械加工无法实现的肩法兰整体无缝加工；采用电磁脉冲校形技术，使壳体成型后的平面度完全符合设计要求。

　　另一难关是焊接变形。躯干壳体上不仅要焊接多个大小不同、形状各异的法兰或口框，而且法兰接口的形位尺寸要求极为严格，有些精度甚至达到了机械加工的级别，而由于壳体成型后刚性较差，所以密集繁多的焊缝使焊接变形极难控制。钣金车间和焊接车间的员工们强强联手，通过钣金校形、壳体反变形、局部装夹等方法解决了装配问题，利用电磁脉冲校形，满足了壳体成型后的平面度要求。同时，反复优化焊接工艺，合理安排焊接顺序，将焊接变形控制到最小范围。

　　电子束焊接是航天服壳体焊接生产中遇到的另一难题。电子束焊接是一种高能焊接技术，焊接前苛刻地要求部件实现无间隙装配。工艺研究所从工装设计抓起，进行了大量工艺装配和焊接试验，最终保证了装配要求。

　　工装突击战

　　航天服躯干壳体属于异形结构，制造生产离不开工艺装备，按需按时设计生产出各种工艺装备成为制造之初的突出问题。

　　2006年，公司集中优势兵力，仅用50天时间就完成了钣金成形模具、定位焊夹具等70多项工装的设计工作，有的还是在SOLIDWORKS环境下设计的三维工装。

　　同年5月，工装车间承担起所有工装的生产任务。其中，躯干壳体成形阳模的加工是关键任务之一，加工难度非常大，全部需要多轴数控设备加工。车间成立了攻关技术组，精心制定了工艺方案，工艺人员仅用两天半时间就编制和优化了数控加工程序。工装车间全体员工采用立式数控铣床和卧式数控镗床转换结合方式，加工出合格的成形阳模。

　　为满足躯干壳体的制造需要，共生产各类工艺装备160多项、300多套。

　　科技硕果

　　2006年8月25日，首件航天服躯干壳体通过航天服专家组验收。专家组一致认为，航天服躯干壳体体现了工艺与设计的良好结合，工艺方案具有可行性。

　　堡垒已经攻破，道路已经打通。在舱外航天服的制造征程上，航天科技集团运载火箭研究院首都航天机械公司一路快马扬鞭、高歌猛进：

　　9月30日，第二件模样产品通过验收评审后交付航医所；

　　11月9日，首套通风流量分配管路组件摸样件交付；

　　12月31日，第三件和第四件产品交付……

　　2007年6月20日，舱外航天服躯干壳体生产转入正样阶段。5天后，3套正样产品生产任务下达。

　　同年12月5日，载人航天工程副总指挥张建启等领导，兴致勃勃地出席舱外航天服正样产品交接仪式。公司隆重向航医所交付了用于太空行走的舱外航天服躯干壳体。

　　交接仪式上，张建启这样评价舱外航天服制造，“产品不大但凝聚的心血多，分量不重但技术含量高”，认为首都航天机械公司开辟了新的发展领域，达到了出成果、出经验、出人才的目的。

　　截至2008年2月，舱外航天服躯干壳体 3件正样产品全部交付航医所，从而圆满完成了这个项目。在历时三年的制造过程中，首都航天机械公司攻克了七项重大技术难关，获得专利申请号10个，关键指标100％合格。载人航天工程总设计师周建平称赞说：“当时将这项任务交给首都航天机械公司是英明的决策。这个攻关项目非他们莫属！”

　　舱外航天服躯干结构的研制，为首都航天机械公司的发展历史书写下又一个辉煌段落。正如公司党委书记罗北庆所说：“舱外航天服的成功研制，是载人航天精神又一次充分展现，是航天综合协调能力和攻关能力的体现，是技术水平和制造能力的展示，更是合作共赢的典范。”