艙外航天服就如同迷你太空飛船 「飛天鎧甲」如何煉成

2020-11-22 中國新聞網

  編者的話

  要在真空、失重、輻射的太空環境中生存,人類需要一個合適的微小氣候環境,除了載人飛船、空間站等載人太空飛行器外,航天服這套「飛天鎧甲」也為航天員提供安全屏障。比如艙外航天服,其本身就如同一個迷你的太空飛船。

  近日,記者走進中國航天員中心航天服工程研究室,試圖擷取這些「幕後英雄」的故事片段,探尋「飛天鎧甲」如何「煉」成。

  「艙內航天服氣密性檢查合格!」10月17日,在神舟十一號載人飛船發射前,景海鵬、陳冬向指揮部報告,這是他們開啟太空徵程的重要一步。然而,很少有人知道,為了這十二個字,航天服研發團隊經歷了怎樣的艱辛。

  特製聽診器為「鎧甲」探傷

  2001年春,我國首個載人航天飛行器神舟五號各項工作正緊鑼密鼓地進行,中國首套艙內航天服也進入鑑定實驗階段。

  然而,在實驗中,這支1992年隨著中國載人航天工程一同誕生的團隊遇到了重大挑戰:艙內航天服有漏氣現象!

  艙內航天服也稱應急航天服,業內稱為「救命服」。在飛船上升、變軌、返回等階段,或飛船座艙發生洩漏時,航天員必須穿上艙內航天服。在接通艙內的供氧、供氣系統後,航天服會充壓供氣,並能提供溫度保障和通信功能,可在6小時內保證航天員的生命安全。因此,氣密性是航天服的重要指標。

  「當時用了檢漏液、質譜儀等各種辦法,想把最精確的漏點找出來,卻發現只能測出漏率和漏氣量,根本不知道最大的漏氣漏點在哪裡。」中國航天員中心航天服工程研究室副主任、艙內航天服分系統主任設計師席林斌說。

  於是,時任航天服工程研究室主任李潭秋和研究員邊晉梅、助理研究員劉冀念等一起,自創了一個「土」辦法:他們若干人把產品拿到靜音室裡,對產品進行加壓,然後用改造後的聽診器,在產品表面一點點尋找漏點。就這樣,他們終於發現了漏氣點:頭盔開合的連接處。之後他們從結構匹配、材料優化、表面處理等方面進行調整,又進行了上千次試驗,前後持續了一年時間,最終解決了問題。

  高冷「鎧甲」其實很暖心

  走進航天服生產車間,技術工人正手工縫製航天服。用機器縫製會不會更好?席林斌說,航天服結構比較複雜,活動關節處只能手工縫製。

  航天服穿起來舒適嗎?

  2001年,航天服設計師穿上首套正式件坐在了「返回艙」座椅上。對艙內航天服加壓後,不到一個小時,設計師的膝部就出現了紅腫、淤血和較為明顯的壓痛感。

  於是,他們連續加班進行調整。改造完成後,時任航天服車間主任李志自告奮勇站了出來,要當「小白鼠」做新一輪的加壓舒適性實驗。就這樣,他穿著這套剛剛改進之後加了0.4個大氣壓的艙內航天服,待在「返回艙」裡挨了整整六個小時,終於發現服裝膝部和腿部位置的舒適性得到了明顯改善。

  第一套航天服成功後,航天員的反饋又成為航天服「升級」的重要線索。曾有航天員反映,常服靴子有點沉。設計師們立刻通過更換材質、打孔處理等手段讓每隻靴子減重175克。一次身著艙內航天服結束訓練後,有航天員無意間說了一句「通風管剛才有點壓身體」,又立刻引起了設計師們的重視。他們推翻原有設計,重新選材、規劃管路,不但解決了通風管擠壓問題,還進一步提高了氣密性和安全性。

  一些貼心的設計也受到了航天員的歡迎。在艙內工作服的設計中,設計師們為使航天員方便如廁,專門在服裝後腰處設計了開口,又增加了可調節鬆緊的彈力腰帶。當年在「神九」裡完成太空「騎車」的劉洋,則是身著一套「可短可長」的艙內運動服,航天員可根據需要隨意摘下袖子和褲腿,進行搭配組合……

  設計師不光關心服裝的結構、材料,連服裝的顏色、花紋都耗費了不少心思。航天員穿著的秋冬常服主色採用航天傳統的藍色系,不同深淺藍色系的組合設計源於天際線和太空的色調元素。而新設計出來的休閒服,則有著裝飾性的花紋,是為了便於航天員的心理調適。

  航天服設計和研製團隊會根據當次任務情況和航天員的反饋等,對航天服裝備進行完善。「每一次都有看得見或看不見的改進。」席林斌說。

  作為科技含量最高的服裝之一,航天服裝積累的技術還為其他行業提供了支持。

  今年4月份,中國航天員科研訓練中心將4套多功能消防防護服贈予北京公安消防總隊。防護服採用航天技術,具有阻燃、防水、耐高溫、耐化學性、耐磨、耐熱輻射、抗爆燃高強度等特性。裝備內置了一套降溫空調,還能實現音視頻通信和生理信號監測,受到了消防官兵的好評。

  太空洗衣讓「天宮」更舒適

  2015年初,著眼未來空間站階段,航天員在軌駐留時間延長,服裝多樣化需求提高,航天服設計和研製團隊組織開展了航天員系列化服裝設計。

  平時訓練、參加重要活動、在軌運動鍛鍊、在軌開展實驗……航天服系列化設計裡的每一項都凝結了設計師們的智慧和心血。

  新款航天員秋冬常服上V形圖案和S形嵌條的角度弧度、顏色搭配、材質選用,經歷了數十輪的修改;航天員標誌徽章設計方案,共拿出了32版;總體設計方案,設計師已經數不清出到了第幾版。

  其間在對方案中細節的反覆推敲中,一些年輕設計師和外協單位也會不理解,但席林斌對他們說,「我們只有把可能和不可能的方案都想充分,才能拿出最優方案,這關係到國家的形象和航天員的安全。」

  2016年10月17日,神舟十一號載人飛船發射成功,席林斌就在發射現場。平時幾乎不發微信朋友圈的他難掩激動,在點火發射的瞬間拍下照片,發了出去。

  談到未來,席林斌說,他們正在研製長壽命、高可靠性的艙外航天服。

  同時,他們也正在努力實現讓航天員在天上洗衣服,並在研製集抗菌、抗汙、防靜電、吸溼、排汗於一體的帶有自淨功能的面料。

  如果都能順利實現,太空駐留的時間可以進一步延長,天上和地面的生活區別將越來越小。

  正如他們所說,下一次又是從零開始。

  ■小貼士·航天服

  航天服一方面要保障航天員的生命安全,另一方面,還要能夠保障航天員在太空的工作效率。

  航天服分為艙內航天服和艙外航天服,主要由服裝、生保系統和通信系統等組成。

  本報記者 唐中科 許丹暘 餘建斌

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