
中新網(wǎng)9月27日電 題:全新超級“神舟七號”遨游太空
作者:宋麗芳 李奡
神舟七號飛船滿(mǎn)載3名航天員飛行乘員組發(fā)射升空,乘員組中的2名航天員進(jìn)入飛船軌道艙,身著(zhù)艙外航天服完成出艙活動(dòng)準備,他們中的1名航天員出艙進(jìn)行了半個(gè)小時(shí)的太空行走,并完成預定的空間科學(xué)實(shí)驗操作。
那么神舟七號載人飛船到底是怎么設計的?她與神舟五號和神舟六號載人飛船有什么不同?當記者走近中國航天科技集團公司空間技術(shù)研究院神舟飛船研制隊伍時(shí),科研人員勾畫(huà)出了“神舟七號”總體設計的直觀(guān)圖。
“人性化”設計彰顯舒適和便捷
飛船總裝主管設計師劉曉震介紹,神舟七號飛船的研制重點(diǎn)就是要確保航天員順利進(jìn)行出艙及釋放小衛星等其它活動(dòng)。為此,“神七”從研發(fā)伊始就嚴格遵循人性化的設計理念,生產(chǎn)與試驗、舒適與便捷緊密結合,處處彰顯人與飛船設備的完美交互。
“瘦身”運動(dòng)!吧衿摺钡脑O計在飛船內部的空間保障上做足了文章。由于此次太空之旅要完成出艙活動(dòng)任務(wù),而艙外航天服的體積較大,兩名航天員要進(jìn)行穿脫動(dòng)作,此外還要攜帶3人5天的生活物品,這勢必要占據艙內的有限空間,難免會(huì )影響到航天員的工作與生活。為此,在設計時(shí)盡量安裝設備的儀器板,把其裝載在類(lèi)似貨架的格框上,提高空間使用率,以便騰出更多的空間供航天員活動(dòng)。
視覺(jué)引導。按計劃,“神七”的3名航天員將在空間軌道工作、生活3至5天。就飛船而言,由于空間失重環(huán)境下的方向感與地球表面的概念不同,是隨時(shí)變化的。為了讓航天員更好地適應“捕捉”方向感的“測試”,更好地在沒(méi)上沒(méi)下、沒(méi)左沒(méi)右的環(huán)境中正常工作,在內部裝修上,把艙體地面用褐色的阻燃裝飾層覆蓋,而其余各處則用乳白色裝飾層包裹,這使得艙體內部看起來(lái)十分清晰與整潔。涂褐色的地面是地球所在的方位,因為褐色代表土壤,可以使航天員找到“家”的感覺(jué)。這就改變了傳統上以單一淺色調為主的構圖,形成一定的色彩反差,從而使身在太空的航天員有立體的視覺(jué)歸屬感。
集中布局。為了使處于失重狀態(tài)的航天員工作更為便捷,“神七”的設計者將艙內的設備進(jìn)行了分區域規劃布局,按設備的用途、性能等因素合理地放置。例如,將航天員的操控設備進(jìn)行了集中擺放。屆時(shí),航天員將面對多個(gè)顯示器來(lái)監控飛船的飛行狀態(tài),包括艙壓、換熱、供氧以及調試艙外航天服時(shí)等各項數據指標,設備操作更加直觀(guān)、簡(jiǎn)單、便捷。方便了航天員的工作,從而提高了人機運行效率。
“軟硬”兼施。根據以往的經(jīng)驗,航天員在太空的活動(dòng)對扶手的依賴(lài)程度很高,它起著(zhù)保持平衡與助力的重要作用。從航天員從空間返回后的反饋得知,艙內部分扶手的“手感”不佳,不能很好地適應艙內活動(dòng)的需要,這引起了設計者的高度重視。與“神五”、“神六”不同的是,設計者根據實(shí)際情況,更加重視扶手的便捷性與實(shí)用性,在艙體內外安置了數量不等、共20余個(gè)“軟”、“硬”扶手。艙體內部則以軟扶手為主,其被安置在儀器板的側面和艙壁上,這便于航天員在艙內自如地活動(dòng)。而“硬”扶手則被安置在艙門(mén)和軌道艙腳踏板上,及艙外行走路線(xiàn)上,用作著(zhù)力點(diǎn),這給航天員出入艙體以及進(jìn)行艙外實(shí)驗提供了極大的便利。
集智攻“新”面面觀(guān)
提起“神七”在軌飛行的技術(shù)創(chuàng )新點(diǎn),搞飛船總體設計的人員都能如數家珍。采訪(fǎng)時(shí),飛船應急救生系統主任設計師馬曉兵談到:保證氣閘艙功能,艙外航天服支持,首次三人滿(mǎn)載返回,相關(guān)出艙程序設計等都屬于“神七”設計上的亮點(diǎn)。
據神舟飛船副總設計師潘騰介紹,在“神六”成熟技術(shù)的基礎上,根據“神七”任務(wù)的要求,設計上進(jìn)行了多項改動(dòng),3年中進(jìn)行了各種試驗達80多項,設計改動(dòng)可以概括為三大方面。
軌道艙內添新意!吧裎濉焙汀吧窳鄙系能壍琅搩H是航天員在太空中的生活艙,航天員的吃喝拉撒睡全在這個(gè)艙段進(jìn)行。眾所周知,在“神五”飛行時(shí),楊利偉作為中國第一位航天員在太空停留了一天,勝利凱旋;“神六”飛行時(shí),費俊龍和聶海勝兩人執行了五天的飛行任務(wù)后,載譽(yù)而歸;到“神七”這次發(fā)射,是三名航天員在太空停留三至五天,并且還要出艙進(jìn)行太空行走。為此,軌道艙增添了許多新的功能,設計人員稱(chēng)作的“氣閘艙”實(shí)際就是軌道艙。兩名航天員要在這個(gè)艙段換上出艙服,一人出艙進(jìn)行太空行走。所以設計人員脫口而出的“氣閘艙功能”就是為航天員出艙設計的,盡管添置這些功能后,軌道艙的空間比以前小了一些,但經(jīng)過(guò)精心設計,航天員在其中的空間活動(dòng)還是可以得到最大的滿(mǎn)足!皻忾l艙功能”包括增添了艙內氣壓泄除和恢復系統,艙內有線(xiàn)和艙外無(wú)線(xiàn)的出艙活動(dòng)通信系統,出艙活動(dòng)操作顯示界面、照明和攝像裝置,艙外航天服接口支持系統等。
座椅“安全”改造。為保證“神七”發(fā)射成功和航天員安全回家,設計人員強化安全意識,不斷改進(jìn)思路,優(yōu)化設計。在“神五”“神六”返回艙里的座椅都采用火工品爆燃提升的設計,而在“神七”返回艙座椅的設計上一改“從前”,設計人員考慮到盡管飛船的密封性已經(jīng)萬(wàn)無(wú)一失了,但是座椅下的一個(gè)壓力燃氣包里的有害氣體萬(wàn)一要是發(fā)生了泄露,后果就不堪設想。為了保證3名航天員安全回歸,最終確定了用“壓縮空氣”來(lái)取代燃氣,并相應地增加了一套“氣源組件系統”作為動(dòng)力源。座椅的提升原理沒(méi)有變化,只是工作介質(zhì)采用了安全的氣體——壓縮空氣,這意味著(zhù)即便發(fā)生泄露,也不會(huì )對航天員的身體產(chǎn)生任何不利的影響。
夜發(fā)晝返好觀(guān)察!吧衿摺绷硪粋(gè)不同之處是發(fā)射時(shí)間進(jìn)行了調整!吧裎濉薄吧窳倍际前l(fā)射時(shí)間都是在上午八九點(diǎn),飛船返回的時(shí)間都是在凌晨。而這次“神七”的發(fā)射時(shí)間是晚上,飛船返回的時(shí)間是下午6點(diǎn)左右。飛船發(fā)射的首區在酒泉衛星發(fā)射中心,飛船返回的落區在內蒙古的四子王旗,所以首區和落區的時(shí)間被稱(chēng)為“一黑一白”。
發(fā)射時(shí)間的調整,主要是考慮到航天員出艙時(shí)間是在陽(yáng)照區。航天員出艙進(jìn)行太空行走的活動(dòng)都會(huì )被觀(guān)測得“一清二楚”。當飛船返回時(shí)是在白天,不僅便于對航天員的搜救,也便于飛船回收試驗隊及時(shí)對返回艙進(jìn)行快速處置。
道道“安全”護平安
“神七”發(fā)射是第三次載人航天飛行,同前兩次一樣,確保航天員生命安全是重中之重。飛船設計師們把“安全設計”視為第一準則,哪怕是個(gè)細微之處,哪怕是幾經(jīng)驗證過(guò)的技術(shù),他們還是追求萬(wàn)無(wú)一失。采訪(fǎng)時(shí),記者捕捉到幾個(gè)鮮活的事例。
“生死之門(mén)”。不論是航天員出艙進(jìn)行太空行走,還是返回軌道艙,關(guān)好艙門(mén)非常重要,因而飛船艙門(mén)被設計師們稱(chēng)為“生死之門(mén)”。航天英雄楊利偉首次上太空時(shí),不存在開(kāi)關(guān)艙門(mén)的問(wèn)題,費俊龍和聶海勝再次進(jìn)入太空,在軌道艙和返回艙中活動(dòng),僅僅需要打開(kāi)一個(gè)艙門(mén)。而“神七”的任務(wù)涉及航天員出艙行走,在執行任務(wù)過(guò)程中,需要開(kāi)關(guān)好兩道艙門(mén)。親身經(jīng)歷過(guò)太空飛行的航天員深有體會(huì ),開(kāi)關(guān)好艙門(mén),看似簡(jiǎn)單,實(shí)際要完成多項步驟。毫無(wú)疑問(wèn),“神七”上的航天員開(kāi)關(guān)艙門(mén)時(shí),要完成開(kāi)保險鎖、開(kāi)關(guān)轉動(dòng)手柄、拉開(kāi)艙門(mén)、給艙門(mén)套上保護罩等一套規定動(dòng)作。
飛船結構與機構分系統副主任設計師游巍說(shuō):考慮到航天員身著(zhù)出艙航天服,充壓后服裝體積會(huì )增大,因此把“神七”的艙門(mén)通徑變大了,由“神六”時(shí)的750毫米加大到850毫米。在沿用了“神六”艙門(mén)的工作原理和設計形式等成熟技術(shù)的基礎上,還進(jìn)行了十多個(gè)項目的改進(jìn)設計,特別是在主傳動(dòng)鏈設計上,只要有一個(gè)尺寸變動(dòng),整個(gè)艙門(mén)設計尺寸都要隨之變動(dòng),為此設計出了80多張圖。
艙門(mén)打得開(kāi)、關(guān)得上、密封可靠成為三個(gè)非常重要的環(huán)節。太空環(huán)境又直接影響到開(kāi)關(guān)艙門(mén),特別是在真空、高低溫、失重等太空環(huán)境下,將艙門(mén)打開(kāi),并不是像地面開(kāi)關(guān)門(mén)那么輕而易舉。而且艙門(mén)若不能保證密封,軌道艙內就無(wú)法復壓,意味著(zhù)2名航天員將無(wú)法脫掉艙外航天服,不能回到返回艙。
要百分之百地保證艙門(mén)打得開(kāi)、關(guān)得上、密封可靠,必須在地面做真空和高低溫環(huán)境下的試驗驗證。2004年,設計人員特意研制了真空熱環(huán)境艙門(mén)開(kāi)關(guān)裝置。游巍描述說(shuō):艙門(mén)專(zhuān)用的“真空罐”里,設置了開(kāi)關(guān)艙門(mén)的機構,像個(gè)機械手在模擬航天員的操作。設計人員為了獲得艙門(mén)在更為惡劣的太空環(huán)境中的數據,在真空環(huán)境中,還把溫度拉偏到零下45度和零上45度?蒲腥藛T通過(guò)計算機操作,獲得了試驗驗證數據。自2005年起,對生產(chǎn)出的艙門(mén)和開(kāi)關(guān)機構進(jìn)行了大大小小的各種試驗達數十次。低溫環(huán)境對艙門(mén)開(kāi)關(guān)影響最大,設計人員進(jìn)一步對艙門(mén)進(jìn)行可靠性試驗,在零下20度的低溫環(huán)境下打開(kāi)艙門(mén)的動(dòng)作反復做了數百次,獲得了可靠的數據。
氣瓶穿“衣”!吧衿摺卑l(fā)射升空后,將在341公里的高度繞軌道漫游,那么也就是在這個(gè)軌道高度,出艙的航天員要進(jìn)行30分鐘的太空行走。同時(shí)飛船還將攜帶的一顆小衛星放飛太空,上演一部人、星、船曼舞太空的大戲。根據此次的任務(wù)要求,設計師們對飛船外觀(guān)作了不少新的改進(jìn)。取消了以往飛船上的留軌功能和附加段,還取消了飛船上的一對太陽(yáng)帆板等。通俗地說(shuō),過(guò)去看到飛船上的四只翅膀,在“神七”上只有兩只了。同時(shí)增加了艙外攝像機、照明燈、艙外扶手、復壓氣瓶,還有各種閥門(mén)和管路系統等。
為確保釋放小衛星時(shí)更加安全,飛船研制人員“奇思妙想”,特意為安裝在軌道艙外的5個(gè)復壓氣瓶穿上了“防護衣”。被釋放的小衛星位于軌道艙前端,離5個(gè)復壓氣瓶近在咫尺,如果釋放小衛星時(shí)爆炸螺栓產(chǎn)生碎片,就會(huì )像子彈一樣打到氣瓶身上,一旦氣體泄漏,后果不堪設想。為了航天員的安全,為了“神七”的萬(wàn)無(wú)一失和載譽(yù)而歸,研制人員慎之又慎,把“安全”做到了極致。
該院下屬的北京空間機電研究所在上世紀90年代初,利用航天技術(shù)研制出了國內第一件軟質(zhì)防彈衣。該所憑借過(guò)硬的產(chǎn)品質(zhì)量和良好的營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)屢獲殊榮,“奇盾牌”系列防護產(chǎn)品就是其中的佼佼者。當接到院里總體設計人員提出的為“神舟七號”艙外氣瓶量身訂制保護罩的任務(wù)時(shí),研制人員既感到欣喜,又非常有壓力。
面對五個(gè)圓圓的氣瓶,選用何種材料,采用何種形式,安全性能如何保證等一系列的問(wèn)題,開(kāi)始在研制人員腦海里打轉。首先選擇最佳材料。盡管多年來(lái),研制人員一直密切跟蹤世界先進(jìn)防彈材料的研制,并與多個(gè)廠(chǎng)家建立了長(cháng)期合作關(guān)系,但“神舟七號”任務(wù)重大,為此,研制人員初步選定了五種防護材料。為更好地檢驗材料在真空環(huán)境下的技術(shù)性能,帶著(zhù)這些備選的材料,研制人員專(zhuān)程到外地有關(guān)研究單位進(jìn)行真空可凝揮發(fā)、真空質(zhì)損等多種試驗。經(jīng)過(guò)對試驗結果的反復比對,研制人員優(yōu)中選優(yōu),最終確定了保護罩的材料。
以前設計制作的防彈衣是給人穿的,做生物損傷試驗時(shí)也給動(dòng)物穿過(guò),但給球狀物體設計衣服還是頭一回。研制人員拿出幾套設計方案,最終瓜瓣型設計方案獲得大家一致認可。為了保證防護衣與氣瓶配合“默契”,研制人員從打樣、修改到試穿,反反復復,不厭其煩。樣衣做出來(lái)了,安全性能格外引人關(guān)注,為此,研制人員多次進(jìn)行實(shí)彈打靶,現場(chǎng)分析,獲得了可靠數據。

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