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打造中国“飞天”舱外航天服
http://www.china-spacenews.com     2008年09月25日 
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    为了让我国的航天员穿上自己的航天服,航天科技集团公司一院、七院、航天时代公司等单位参与了舱外航天服的研制任务,历时3年集智攻关,掌握了舱外航天服的制造技术。
  9月16日,中国载人航天工程办公室宣布,我国研制的“飞天”舱外航天服每套总重量约120公斤,可在太空环境下工作4小时,使用寿命不低于5次,具有环境控制与生命保障及舱外通信功能,各项技术指标完全满足“神七”飞行任务需要。
  打造航天员“生命盾牌”
  在“神七”气闸舱里,有2套舱外航天服,分别为我国研制的“飞天”舱外航天服和俄罗斯研制的“海鹰”舱外航天服。
  舱外航天服主要由头盔、服装、手套和靴子组成,其主要功能有:空间环境防护,包括真空压力防护、空间热防护、空间辐射与微尘流防护;工效保障,包括操作工效保障、视觉保障;环境控制与生命保障,包括供氧调压、通风净化、主动遥控等。
  在技术上,舱外航天服的研制主要有以下几个难点:活动密封技术、高度集成、安全可靠性设计技术、地面模拟试验。之前,只有美、俄两国有舱外航天服。
  躯干壳体份量轻、技术含量高
  躯干壳体是舱外航天服的主体,是航天服的装配集成中心,各种设备、仪器都要与之连接,是舱外航天服研制工作的重中之重,承担这一研制任务的是一院211厂。
  2006年初,兄弟单位已经研制一年半的舱外航天服躯干壳体,因存在较多缺陷而被迫终止。211厂决定承接此任务。
  当年1月28日,航天医学工程研究所发出竞标书。2月9日,该厂舱外航天服躯干壳体制造方案定稿。2月14日,在舱外航天服躯干壳体制造竞标会上,该厂的制造方案令评审委员会耳目一新,最终竞标成功。
  舱外航天服躯干壳体制造的难点一是壳体成型,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特殊处理,采用常规工艺无法实现,加工难度非常大;二是焊接变形。
  为了解决这些难关,研制人员加紧攻关、大胆创新,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,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。
  2006年8月25日,首件航天服躯干壳体通过专家组验收。2007年12月5日,总装备部副部长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。交接仪式上,张建启评价舱外航天服产品:“产品不大但凝聚的心血多,分量不重但技术含量高。”今年2月,211厂研制的舱外航天服躯干壳体3件正样产品全部交付,圆满完成任务。
  在历时3年的制造过程中,211厂攻克了7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:“当时把这项任务交给你们是正确的决策。这个攻关项目非你们莫属。”
  航天服内温度可调节
  在舱外航天服这个生命保障系统中,放气阀和气液组合插座液路阀是其中两个必不可少的零件,主要用于调节航天服的温度,以确保生命保障系统正常可靠工作。这两个阀门由特种塑料与不锈钢粘接而成。
  由于这种塑料与其他材料的粘接性能差,如何保证其与不锈钢的粘接可靠性,并能够在高低温循环过程中不出现脱粘现象,这在国内外都是一个难题。面对这一严峻考验,一院703所胶粘剂专业组的科研人员结合多年的工作经验,确定采取增加金属表面粘接面积,对特种塑料表面进行处理,采用能耐一定高低温、流动性好的胶粘剂进行粘接的工艺方案。经过大家的共同努力,完成了一批新的试验件,并且全部通过了高低温循环试验的考核。
  复合阀会让航天员呼吸更顺畅
  舱外航天服呼吸系统是自动供给人造空气、排出废气、调节安全气压和净化航天服内异味的关键系统。七院7111厂参与了该系统的配套研制任务。
  为了满足航天服呼吸系统的各项要求,必须生产一种结构复杂、功能齐备的复合阀,既能自动将多种气体混合成人造空气,又能及时自动排除人体废气,还能自动将服内气压控制在安全值以内,并能自动净化服内异味,保证呼吸舒适度。面对难题,科研人员发挥阀类零件加工生产优势,并利用多年来积累的生产经验,经过多次试验,终于研制生产出满足使用要求的复合阀。
  电脐带柔软度如胶质水管
  航天员出舱活动时,与飞船连接的电脐带等产品均是由航天时代公司693厂研制生产的。
  电脐带等产品承担着向航天服内各组成部分供电和传输信号的重要使命。保证此类产品导通的同时确保它的“柔”性与“韧”性,是此次航天服电脐带研制的重大攻关课题。
  从舱内到舱外,电脐带直接暴露在高真空环境中,不仅要适应高温、低温、辐射等太空环境,还要考虑航天员出舱活动的灵活度。在结构设计上,他们采取了“柔性设计”方案,解决了传统印象中电缆“傻、大、黑、粗、硬”的形象,使电脐带等产品中的电缆网的柔软度如同普通的胶质水管,良好的柔软度保证了航天员出舱活动时灵活自如。
  航天员生理数据有个“管家”
  航天时代公司771所研制的舱外航天服数据管理设备等产品,其主要功能是检测航天员出舱活动过程中心电和呼吸等生理参数。
  数据管理设备下挂在舱外航天服的腰部,主要实现采集信号、处理信号和传输信号三大功能。虽然它体积不大,但在航天员出舱时,要采集、处理和传输30多路数据。设计人员采用了“防潜通道”的设计思路,在数据管理设备内部,各作业模块独立性强,一个地方出现故障,并不会使整个系统瘫痪而影响到其他部件的工作,从而实现了高度的安全性。
  该所研制的航天服脐带数据处理器是航天员出舱的重要保障设备。该处理器安装在飞船的气闸舱内,在出舱准备期间和出舱过闸过程中,为航天服提供电源,提供话音通道,实现航天员和地面的话音通信。
  (孙欣荣 刘颖 崔宁 刘澜 李家望 翟卫平 陈安波 高阳)
  (责任编辑:刘涛)
  来源:中国航天报 
 
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