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“飛天戰(zhàn)袍”大揭秘:解碼我國自主研制的新一代艙外航天服

發(fā)布時間:2021-08-24 15:42:36|來源:新華網(wǎng)

  航天員聶海勝、劉伯明太空互拍。由中國載人航天工程辦公室供圖

  航天員劉伯明身著新一代“飛天”艙外服出艙。

  8月20日,隨著神舟十二號航天員乘組最后一次出艙任務(wù)的完成,又一組“太空大片”刷屏了。

  這其中,最受矚目的莫過于兩名航天員的“太空互拍”:聶海勝站在核心艙機(jī)械臂上,面向鏡頭揮手致意,身后是蔚藍(lán)的地球家園,兩者幾乎融為一體;劉伯明則幾乎是“掛”在空間站上,雙腿前伸。兩人身著我國自主研制的新一代“飛天”艙外航天服,在太空中格外醒目。

  這些比黃金還貴重的艙外航天服,被稱為航天員的“飛天戰(zhàn)袍”。其最大作用就是保障航天員生命安全,同時便于太空工作。早期的航天服只能在飛船內(nèi)使用,防止艙內(nèi)失壓造成航天員缺氧窒息,后期研制的艙外航天服,可供航天員岀艙活動,也稱為擬人“飛船”。

  13年前,神舟七號任務(wù)中,航天員翟志剛首次進(jìn)行出艙行走,將五星紅旗展示在太空。當(dāng)時,他在太空穿的服裝就是艙外航天服。

  中國航天員科研訓(xùn)練中心航天服工程研究室主任、載人航天工程航天員系統(tǒng)副總設(shè)計師張萬欣告訴記者,相比實現(xiàn)我國航天員首次太空出艙的神舟七號任務(wù),空間站任務(wù)中的航天員要進(jìn)行更長時間的艙外操作,對艙外航天服的性能提出的要求更高。關(guān)鍵時刻,它們就是航天員的保命“鎧甲”。

  裝配一套航天服最快需近4個月

  在中國航天員中心研發(fā)與總裝測試部服裝車間,有一群手法老練的“制衣匠”,就是他們打造了屬于中國的“飛天戰(zhàn)袍”??p紉組組長楊金興說,艙外航天服是航天員生命安全的保障,生命安全無小事,體現(xiàn)在工藝上就是復(fù)雜且精密。

  據(jù)他介紹,艙外航天服的軟結(jié)構(gòu),包括上肢、下肢和手套,從里到外是舒適層、備氣密層、主氣密層、限制層和熱防護(hù)層等,既能抵抗太空風(fēng)險,又能穿著舒適、行動靈活,重而不笨。

  “艙外航天服重達(dá)120公斤,但穿脫非常方便,經(jīng)過專業(yè)訓(xùn)練,5分鐘內(nèi)就可以完成穿脫?!睆埲f欣說,航天員準(zhǔn)備就緒后,只要從服裝背后的背包門進(jìn)去,關(guān)好并鎖緊背包門就表示穿著完畢。

  戰(zhàn)袍縫紉,一針一線均維系航天員生命安全,慢工才能出細(xì)活。

  楊金興透露,僅做一副艙內(nèi)航天服的上肢限制層,就需要130多個小時,做一副艙外航天服的下肢限制層,需要260多個小時,而裝配一套艙外航天服,需要近4個月,而這已經(jīng)是他們的最快速度了。

  以打結(jié)為例,因為結(jié)點是多條線的交錯處,特別硬,就要用簪子扎孔、穿針,再用鑷子把針拽出,光打結(jié)就有3道工序,一套艙內(nèi)航天服上肢,有76處孔需要打結(jié),僅這個活就得干上兩三天。

  必須用手工嗎?能不能用設(shè)備替代呢?

  車間主任李楊告訴記者:“從目前的技術(shù)能力看,還真不行。畢竟,沒有任何一個機(jī)械比手更靈活?!?/p>

  國外也是如此,無論是美國還是俄羅斯,制造航天服都離不開手工作業(yè),就連充滿黑科技元素的SpaceX公司,其航天服也一樣。

  在太空,航天員穿著航天服后活動的操作,主要靠上肢實現(xiàn)。所以制作時既要考慮活動的靈活性,還得考慮充壓后的承力性。

  縫紉車間的王其芳工齡最長——21年。她的針線活走針緊密、順直,用楊金興的話說:“她做的航天服上肢是最好的!”

  與王其芳同樣手巧的,還有做手套的師傅郭濃。他兩個月要交付6副艙外手套,幾乎每天都在埋頭苦縫。

  就算是手縫,同樣要求精準(zhǔn),尺寸公差也不超過1毫米。郭濃說,更重要的是,由于航天服的特殊性,不能反復(fù)拆縫,走針的時候務(wù)必小心,力爭一次到位。

  正因如此,郭濃和同事在縫制的時候,必須做到“手到哪兒眼到哪兒”,時間久了,練就出一雙雙火眼金睛。

  “我們這里的工匠,個個視力都是2.0。”李楊開玩笑說。

  張萬欣說,經(jīng)過不斷優(yōu)化,我國“飛天”艙外航天服目前在軌操作的可達(dá)域、精細(xì)度、靈活性等方面都有所提高,比如手套的靈活度,可以達(dá)到“最小抓握直徑5毫米”的程度。

  手一抖可能導(dǎo)致整個材料報廢

  航天員在艙外活動時會產(chǎn)生熱量,需要穿上給身體降溫的液冷服。

  液冷服由彈性材料制成,全身上下都是細(xì)密的小孔,供42根液冷管路線均勻穿過,每兩孔間穿1厘米的線,全身上下鋪設(shè)100米左右,就要穿兩萬個孔,尤其是頭部的蛇形分布線路,要穿出個太極圖。

  “沒有極大的耐心,是無法完成這么細(xì)致的活兒的?!必?fù)責(zé)粘膠的李琴萍告訴記者,艙內(nèi)航天服氣密層是橡膠材質(zhì),靠粘膠拼接而成。

  在真空中,有這樣一個現(xiàn)象:人體血液中的氮氣,會變成氣體,造成減壓病。因此,研制人員必須給航天服加壓充氣,否則就會因體內(nèi)外的壓差懸殊,而造成生命危險。

  這對航天服的氣密性要求極為嚴(yán)苛。

  李琴萍先要用驗光機(jī),仔細(xì)比對氣密層的橡膠材料,看是否有瑕疵,再清洗、晾干,然后用砂紙,小心打磨粘膠部分。

  最難的是用剪刀把橡膠材料剪成一個個服裝裁片,稍微不小心,剪出一丟丟豁口或毛刺,一刷膠就會造成大片斷裂。

  “眼睛看著剪刀尖往前走,刀刃卡在線中間的位置。”這是李琴萍總結(jié)出的經(jīng)驗。

  車間的林波師傅,負(fù)責(zé)艙外航天服氣密層的刷膠,更是“壓力山大”。刷膠也不是簡單地刷,要觀察溫濕度、刷膠時間、薄厚度要適量均勻。

  “刷完晾,晾完刷,要反復(fù)刷上幾遍。”林波說。刷膠時,他生怕手抖,手一抖造成的失誤,不僅會導(dǎo)致整個材料報廢,還會延誤工期。

  粘膠組組長莫讓江說,艙外航天服氣密層的材料表面非常光滑,粘膠前必須涂上一層表面處理劑,稍微處理不當(dāng),表面就有可能造成損傷。有時,肉眼看不見這些特別小的損傷,到后期加工完再充壓測試,就為時已晚。

  張萬欣說,經(jīng)過進(jìn)一步研制,如今的“飛天”艙外航天服,在功能上已相當(dāng)于一個微型的載人航天器,在使用壽命上,自主工作時間可達(dá)8個小時。

  一粒浮塵都有可能釀成大禍

  艙外航天服有個金屬結(jié)構(gòu)的“硬軀干”,外形像一個鎧甲,背后掛有保障生命的通風(fēng)供氧裝置。李楊說,這套結(jié)構(gòu)光單機(jī)產(chǎn)品有100來個,由30多個外協(xié)單位分別生產(chǎn),最后從五湖四海聚集到艙外航天服系統(tǒng)集成總裝車間裝配。

  這更是考驗研制人員的技術(shù)和耐心。

  金屬“硬軀干”上,有1000多個米粒大的小孔,以及配套各種不同規(guī)格的螺絲。組長岳躍慶帶著組員,用鑷子夾著酒精棉,一點點仔細(xì)擦拭,再用放大鏡檢查是否徹底擦洗干凈。

  “整個過程暗藏兇險,一粒浮塵都有可能釀成大禍?!痹儡S慶說。

  碰到毛刺,岳躍慶就變身“整形醫(yī)生”,要給金屬表面做“磨皮”手術(shù)。手術(shù)刀、止血鉗、手術(shù)剪,應(yīng)有盡有。

  多年來,岳躍慶練就了“好手功”。他說,哪怕是0.1毫米的細(xì)微毛刺,都能摸出來。

  艙外航天服的背包門,被稱為航天員的“生命之門”。

  在太空環(huán)境下,背包門如果密封不嚴(yán),將直接威脅航天員的生命。

  岳躍慶說,背包門的插銷座和插銷門各有4組,插銷座和插銷門合上時,要天衣無縫。

  為此,他們用卡尺一點點地量,精度精確到幾十微米。最終,他們用極精準(zhǔn)的工藝手段,讓開背包門省力一半多。此外,他們還憑著毅力和巧勁,硬是把口徑只有幾毫米的不銹鋼小孔,打磨得跟鏡面一樣光滑。

  “干就要干到極致?!痹儡S慶說,“艙外航天服里有氣液、通風(fēng)管路和電纜,在保證性能的前提下,還要注意各條線路安裝美觀、整齊,膠痕清理干凈,標(biāo)識可視角度便利?!?/p>

  看到航天員安全出艙一切都值了

  王其芳每次回老家,說起自己的工作——給航天員做服裝,大家都很羨慕她。

  “我就是一個高中畢業(yè)生,卻能通過我的技術(shù),跟這些碩士、博士一起干著載人航天的大事,我覺得自己很了不起?!蓖跗浞颊f。

  李琴萍告訴記者,“這么多年了,每天小心翼翼地呵護(hù)這些‘飛天戰(zhàn)袍’,照顧它,跟照顧嬰兒一樣?!?/p>

  岳躍慶也是一樣,這么多年,一個個用于“飛天戰(zhàn)袍”的產(chǎn)品就跟他的孩子一樣,每個結(jié)構(gòu)每個螺絲釘他都很熟悉。

  每當(dāng)志愿者身著艙外航天服參加水下試驗時,都好奇岳躍慶操作怎么這么靈活,他便開玩笑道,“我對服裝太熟悉了,我想讓它怎么動就怎么動。”

  張萬欣說,每套航天服研制出來之后,都要做很多實驗,凡是有可能穿這套服裝的人,都要來試穿。上肢是根據(jù)人的關(guān)節(jié)來設(shè)置的,一共有三個軸承,以其中的肘關(guān)節(jié)為例,要求其彎曲時達(dá)到至少60度的活動范圍。

  這群“制衣匠”,學(xué)歷雖然不高,卻有著最樸素的心愿。他們把手頭的作品視作自己的孩子,用最大的努力守護(hù)航天員的生命安全。

  “每天晚上至少加班到9點半,周六保證不休息,周日不保證休息?!边@是中國航天員中心研發(fā)與總裝測試部副部長鄧小偉定下的規(guī)矩。

  其結(jié)果是,整個研制生產(chǎn)效率大幅提高近3倍。在他看來,祖國利益高于一切,航天員生命重于一切。對他們這些“飛天戰(zhàn)袍”的“制衣匠”來說,生產(chǎn)只要在線,保障必須在線。

  8月20日14時33分,聶海勝、劉伯明順利完成此次出艙全部既定任務(wù),安全返回空間站天和核心艙,比原計劃提前了約1小時。

  航天員返回節(jié)點艙前,地面指揮再次喊話:“請神舟十二號分別位于環(huán)形扶手內(nèi)側(cè)和環(huán)形扶手外側(cè),面向全景攝像機(jī)D,地面將為你們合影留念?!睖椴ㄒ苍谂搩?nèi)對著鏡頭敬禮。

  隨后,劉伯明“詩興大發(fā)”,分享了自己的出艙感言:“漫步太空人不老,中國航天接力跑?!?/p>

  通過電視直播,王其芳看到這一幕。聶海勝、劉伯明太空漫步所著的戰(zhàn)袍,正是他們一針一線縫制出來的。那一刻,她覺得一切都是值得的。(記者 邱晨輝)


責(zé)任編輯:孫遠(yuǎn)進(jìn) 校對:海洋

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