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“飞天战袍”为出舱护航 保证3年15次出舱活动

2021年08月26日 07:58   来源:人民日报海外版   参与互动参与互动
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  筑梦“太空之家”——中国空间站建设记⑨

  “飞天战袍”为出舱护航

  8月20日14时33分,经过约6小时的出舱活动,神舟十二号航天员乘组密切协作,圆满完成出舱活动期间全部既定任务,航天员聂海胜、刘伯明安全返回天和核心舱,比原计划提前了约1小时,空间站阶段第二次航天员出舱活动取得圆满成功。

  8月20日,神舟十二号乘组航天员聂海胜、刘伯明身着中国自主研制的新一代“飞天”舱外航天服,先后从空间站天和核心舱节点舱成功出舱,并顺利完成第二次出舱活动的全部既定任务。

  太空之中,“飞天”舱外航天服格外亮眼。舱外航天服是航天员的“飞天战袍”,也是执行出舱活动的“护身铠甲”。在第二次出舱活动中,舱外航天服的功能性能得到了进一步检验,展现了中国载人航天的实力。

  提供环境防护和生命保障

  舱外航天服相当于一个微型载人航天器。虽然看上去貌不惊人,但它是航天员生命安全的保障,代表着高科技领域的尖端技术,是一个国家载人航天实力的重要体现。

  出舱活动风险极高。1965年,太空行走第一人、俄罗斯航天员阿列克谢·列昂诺夫第一次出舱时就因气压差问题导致航天服膨胀,险些无法返回舱内。太空中的环境极为恶劣,为了抵御强辐射、高低温等不利条件,舱外航天服必须为航天员提供安全有效的环境防护、密闭空间的环境控制和生命保障。

  2008年,在神舟七号任务中,中国航天员翟志刚身着“飞天”舱外航天服,首次成功实现出舱活动。与神舟七号任务相比,空间站任务中的航天员要进行长时间的舱外操作,这对舱外航天服的性能提出了更高的要求。

  据专家介绍,新一代“飞天”舱外航天服进行了大量改进与升级,安全可靠性更高、支持舱外活动的时间更久、测试维修性更强。中国航天员中心航天服工程室主任、航天员系统副总设计师张万欣说,新一代舱外航天服在3个方面进行了重要改进:一是改变了结构布局设计;二是提高了服装的寿命;三是提高了人服能力。

  新一代舱外航天服高2米左右,重100多公斤。虽然看上去很厚重,实际上重而不笨——穿上“战袍”的航天员既能抵御太空的环境风险,还能灵活行动、完成任务。正如航天员刘伯明所说,穿着中国研制的新一代舱外航天服,更加有信心应对各种挑战。

  舱外航天服对于真空、辐射和高低温的超强防护作用,主要源自于服装的多层设计。航天服的最里层是衬里和尿收集装置;衬里外是用于散热的液冷通风层,将水作为冷却液来冷却航天员身体散发的热量;液冷通风层外是用于产生一定压力的加压气密层;再外一层是限制加压气密层向外膨胀的限制层;限制层外是对付舱外大温差变化的隔热层;最外面则是保护层,由多种纤维复合。

  舱外航天服的灵活性,离不开精巧的设计。专家表示,中国舱外航天服采用头盔和躯干一体化的设计。四肢可以调节,利用仿生结构,上下肢关节处使用了气密轴承,使关节活动更自如,可以满足从1.62米到1.80米的航天人群穿着使用。

  保证3年15次出舱活动

  与7月4日第一次出舱活动相比,第二次出舱活动的航天员有所不同。不过,这并不影响舱外航天服的穿着使用。

  中国航天员中心航天员系统副总设计师王春慧说,“飞天”舱外航天服的适体性很好,可以通过调节适应不同身高和体重的人体参数。执行第二次出舱活动的聂海胜穿的是上次刘伯明穿过的舱外航天服,而刘伯明穿的则是上次汤洪波穿的舱外航天服。

  王春慧说,按照舱外航天服的设计标准,航天服要保证在轨工作使用3年、保证航天员15次出舱活动。因此,穿着舱外服的航天员可能来自不同的乘组,这次是神舟十二号乘组的航天员,下一波又将迎来神舟十三号乘组的航天员。

  得益于精妙的设计和技术的升级,虽然舱外航天服有100多公斤重,但穿脱起来极为方便快捷。张万欣说,舱外航天服穿上只需要5分钟。此前的试验中,受试人员包括航天员在一般情况下只需要3分钟左右的时间。

  同时,为了保证舱外航天服的可靠性,每次出舱使用完后,航天员都要对舱外服进行全面、细致地维护和保养,包括通风、净化、干燥以及微生物处理和消耗品更换统计等。

  两次出舱,中国航天员的活动时间都在六七个小时左右。据专家介绍,新一代舱外航天服可以保证航天员在太空真空环境下的生存与工作,其设计标准是“7+1”小时,现在看来可能8个小时都没问题。

  第一次出舱活动时,为了实时监测舱外航天服消耗品余量,科研人员开发了一个消耗品预测分析软件,通过监测现有数据预测后续工作时长,为防止软件出现故障,他们还同步进行手动测算。经预测后发现,执行出舱任务的两套服装均能保证8小时以上时长,事实也验证了这一结论。

  同时,在第一次出舱活动当天,工作人员还在地面航天员支持厅准备了一套崭新的舱外航天服,同步准备了电产品桌面联试现场、舱外服和舱载设备整体伴飞现场,以便在任务中航天服出现问题时,能及时进行天地同步排故。

  技术攻关确保万无一失

  舱外航天服结构复杂,牵一发而动全身,必须要进行细致的技术攻关和充分的地面实验。

  张万欣介绍,舱外航天服每个服装的关键功能都有冗余备份,一旦主份失效,备份可以继续工作,保障航天员的安全。此外,每套服装研制生产后,还要做很多试验,有可能穿着航天服的人员都要进行试穿。

  在执行出舱活动前,舱外航天服支持岗的科研人员对舱外航天服及其舱载设备进行了24小时测试,确保供氧、供电、供水、通信等功能正常。其中,服装气密性检查是重点项目——在真空中,人体血液中的氮气会变成气体,因此必须给航天服加压充气,否则航天员就会因体内外的压差悬殊遭遇生命危险。

  在舱外航天服的制作上,每一道工序和工艺都必须精益求精。据了解,仅做一副舱外航天服下肢限制层就要耗时260多个小时,而装配一套舱外服更是需要近4个月的时间。一套由100余个单机产品组成的舱外航天服在单机研制生产和系统总装过程中要经过严格的自检、互检、专检3道程序,还要进行环境试验、压力性能试验和工效验证与评价等,确保质量万无一失。

  出舱活动中,中国航天员头盔上的金色面窗让人人印象深刻。作为在太空中观察外界的窗口,舱外航天服的头盔面窗有4层结构——里层是双层的压力面窗;中间层充氮,起到隔热和防结雾作用;外层则是在轨可更换的防护面窗。

  中国航天员中心研发与总装测试部副部长邓小伟说,为了让头盔绝对安全可靠,制作使用的承压材料要经过多轮选择、测试,而除尘、粘胶、缝合、密封等47道工序需要花费两个月。其中,仅面窗除尘一项工序,就需要先吹洗,再不间断擦拭两小时左右,直到肉眼看不到一丝灰尘。

  邓小伟说,在双层压力面窗制作过程中,有一次有两粒密封胶的碎末进入了密封的面窗夹层。科技人员尝试了各种办法,最终只能将碎末扫除到边缘区域。为了做出完美的面窗,技术人员改变了生产工序,彻底解决了密封胶穿刺产生多余物这个问题。(记者 刘峣)

【责任编辑:梁异】
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