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舱外航天服如同太空飞船 "飞天铠甲"如何炼成

唐中科 许丹旸 余建斌

2016年11月19日10:20    来源:人民网-人民日报    手机看新闻

  编者的话

  要在真空、失重、辐射的太空环境中生存,人类需要一个合适的微小气候环境,除了载人飞船、空间站等载人航天器外,航天服这套“飞天铠甲”也为航天员提供安全屏障。比如舱外航天服,其本身就如同一个迷你的太空飞船。

  近日,记者走进中国航天员中心航天服工程研究室,试图撷取这些“幕后英雄”的故事片段,探寻“飞天铠甲”如何“炼”成。

  “舱内航天服气密性检查合格!”10月17日,在神舟十一号载人飞船发射前,景海鹏、陈冬向指挥部报告,这是他们开启太空征程的重要一步。然而,很少有人知道,为了这十二个字,航天服研发团队经历了怎样的艰辛。

  特制听诊器为“铠甲”探伤

  2001年春,我国首个载人航天飞行器神舟五号各项工作正紧锣密鼓地进行,中国首套舱内航天服也进入鉴定实验阶段。

  然而,在实验中,这支1992年随着中国载人航天工程一同诞生的团队遇到了重大挑战:舱内航天服有漏气现象!

  舱内航天服也称应急航天服,业内称为“救命服”。在飞船上升、变轨、返回等阶段,或飞船座舱发生泄漏时,航天员必须穿上舱内航天服。在接通舱内的供氧、供气系统后,航天服会充压供气,并能提供温度保障和通信功能,可在6小时内保证航天员的生命安全。因此,气密性是航天服的重要指标。

  “当时用了检漏液、质谱仪等各种办法,想把最精确的漏点找出来,却发现只能测出漏率和漏气量,根本不知道最大的漏气漏点在哪里。”中国航天员中心航天服工程研究室副主任、舱内航天服分系统主任设计师席林斌说。

  于是,时任航天服工程研究室主任李潭秋和研究员边晋梅、助理研究员刘冀念等一起,自创了一个“土”办法:他们若干人把产品拿到静音室里,对产品进行加压,然后用改造后的听诊器,在产品表面一点点寻找漏点。就这样,他们终于发现了漏气点:头盔开合的连接处。之后他们从结构匹配、材料优化、表面处理等方面进行调整,又进行了上千次试验,前后持续了一年时间,最终解决了问题。

  高冷“铠甲”其实很暖心

  走进航天服生产车间,技术工人正手工缝制航天服。用机器缝制会不会更好?席林斌说,航天服结构比较复杂,活动关节处只能手工缝制。

  航天服穿起来舒适吗?

  2001年,航天服设计师穿上首套正式件坐在了“返回舱”座椅上。对舱内航天服加压后,不到一个小时,设计师的膝部就出现了红肿、淤血和较为明显的压痛感。

  于是,他们连续加班进行调整。改造完成后,时任航天服车间主任李志自告奋勇站了出来,要当“小白鼠”做新一轮的加压舒适性实验。就这样,他穿着这套刚刚改进之后加了0.4个大气压的舱内航天服,待在“返回舱”里挨了整整六个小时,终于发现服装膝部和腿部位置的舒适性得到了明显改善。

  第一套航天服成功后,航天员的反馈又成为航天服“升级”的重要线索。曾有航天员反映,常服靴子有点沉。设计师们立刻通过更换材质、打孔处理等手段让每只靴子减重175克。一次身着舱内航天服结束训练后,有航天员无意间说了一句“通风管刚才有点压身体”,又立刻引起了设计师们的重视。他们推翻原有设计,重新选材、规划管路,不但解决了通风管挤压问题,还进一步提高了气密性和安全性。

  一些贴心的设计也受到了航天员的欢迎。在舱内工作服的设计中,设计师们为使航天员方便如厕,专门在服装后腰处设计了开口,又增加了可调节松紧的弹力腰带。当年在“神九”里完成太空“骑车”的刘洋,则是身着一套“可短可长”的舱内运动服,航天员可根据需要随意摘下袖子和裤腿,进行搭配组合……

  设计师不光关心服装的结构、材料,连服装的颜色、花纹都耗费了不少心思。航天员穿着的秋冬常服主色采用航天传统的蓝色系,不同深浅蓝色系的组合设计源于天际线和太空的色调元素。而新设计出来的休闲服,则有着装饰性的花纹,是为了便于航天员的心理调适。

  航天服设计和研制团队会根据当次任务情况和航天员的反馈等,对航天服装备进行完善。“每一次都有看得见或看不见的改进。”席林斌说。

  作为科技含量最高的服装之一,航天服装积累的技术还为其他行业提供了支持。

  今年4月份,中国航天员科研训练中心将4套多功能消防防护服赠予北京公安消防总队。防护服采用航天技术,具有阻燃、防水、耐高温、耐化学性、耐磨、耐热辐射、抗爆燃高强度等特性。装备内置了一套降温空调,还能实现音视频通信和生理信号监测,受到了消防官兵的好评。

  太空洗衣让“天宫”更舒适

  2015年初,着眼未来空间站阶段,航天员在轨驻留时间延长,服装多样化需求提高,航天服设计和研制团队组织开展了航天员系列化服装设计。

  平时训练、参加重要活动、在轨运动锻炼、在轨开展实验……航天服系列化设计里的每一项都凝结了设计师们的智慧和心血。

  新款航天员秋冬常服上V形图案和S形嵌条的角度弧度、颜色搭配、材质选用,经历了数十轮的修改;航天员标志徽章设计方案,共拿出了32版;总体设计方案,设计师已经数不清出到了第几版。

  其间在对方案中细节的反复推敲中,一些年轻设计师和外协单位也会不理解,但席林斌对他们说,“我们只有把可能和不可能的方案都想充分,才能拿出最优方案,这关系到国家的形象和航天员的安全。”

  2016年10月17日,神舟十一号载人飞船发射成功,席林斌就在发射现场。平时几乎不发微信朋友圈的他难掩激动,在点火发射的瞬间拍下照片,发了出去。

  谈到未来,席林斌说,他们正在研制长寿命、高可靠性的舱外航天服。

  同时,他们也正在努力实现让航天员在天上洗衣服,并在研制集抗菌、抗污、防静电、吸湿、排汗于一体的带有自净功能的面料。

  如果都能顺利实现,太空驻留的时间可以进一步延长,天上和地面的生活区别将越来越小。

  正如他们所说,下一次又是从零开始。

  ■小贴士·航天服

  航天服一方面要保障航天员的生命安全,另一方面,还要能够保障航天员在太空的工作效率。

  航天服分为舱内航天服和舱外航天服,主要由服装、生保系统和通信系统等组成。



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