“飛天戰(zhàn)袍”大揭秘 解碼我國(guó)自主研製的新一代艙外航太服
航太員聶海勝、劉伯明太空互拍。本版圖片由中國(guó)載人航太工程辦公室供圖
航太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(hào)航太員乘組最後一次出艙任務(wù)的完成,又一組“太空大片”刷屏了。
這其中,最受矚目的莫過(guò)於兩名航太員的“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,身後是蔚藍(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(guó)自主研製的新一代“飛天”艙外航太服,在太空中格外醒目。
這些比黃金還貴重的艙外航太服,被稱(chēng)為航太員的“飛天戰(zhàn)袍”。其最大作用就是保障航太員生命安全,同時(shí)便於太空工作。早期的航太服只能在飛船內(nèi)使用,防止艙內(nèi)失壓造成航太員缺氧窒息,後期研製的艙外航太服,可供航太員岀艙活動(dòng),也稱(chēng)為擬人“飛船”。
13年前,神舟七號(hào)任務(wù)中,航太員翟志剛首次進(jìn)行出艙行走,將五星紅旗展示在太空。當(dāng)時(shí),他在太空穿的服裝就是艙外航太服。
中國(guó)航太員科研訓(xùn)練中心航太服工程研究室主任、載人航太工程航太員系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師張萬(wàn)欣告訴記者,相比實(shí)現(xiàn)我國(guó)航太員首次太空出艙的神舟七號(hào)任務(wù),空間站任務(wù)中的航太員要進(jìn)行更長(zhǎng)時(shí)間的艙外操作,對(duì)艙外航太服的性能提出的要求更高。關(guān)鍵時(shí)刻,它們就是航太員的保命“鎧甲”。
裝配一套航太服最快需近4個(gè)月
在中國(guó)航太員中心研發(fā)與總裝測(cè)試部服裝車(chē)間,有一群手法老練的“製衣匠”,就是他們打造了屬於中國(guó)的“飛天戰(zhàn)袍”。縫紉組組長(zhǎng)楊金興説,艙外航太服是航太員生命安全的保障,生命安全無(wú)小事,體現(xiàn)在工藝上就是複雜且精密。
據(jù)他介紹,艙外航太服的軟結(jié)構(gòu),包括上肢、下肢和手套,從裏到外是舒適層、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(xiǎn),又能穿著舒適、行動(dòng)靈活,重而不笨。
“艙外航太服重達(dá)120公斤,但穿脫非常方便,經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)訓(xùn)練,5分鐘內(nèi)就可以完成穿脫。”張萬(wàn)欣説,航太員準(zhǔn)備就緒後,只要從服裝背後的背包門(mén)進(jìn)去,關(guān)好並鎖緊背包門(mén)就表示穿著完畢。
戰(zhàn)袍縫紉,一針一線(xiàn)均維繫航太員生命安全,慢工才能出細(xì)活。
楊金興透露,僅做一副艙內(nèi)航太服的上肢限制層,就需要130多個(gè)小時(shí),做一副艙外航太服的下肢限制層,需要260多個(gè)小時(shí),而裝配一套艙外航太服,需要近4個(gè)月,而這已經(jīng)是他們的最快速度了。
以打結(jié)為例,因?yàn)榻Y(jié)點(diǎn)是多條線(xiàn)的交錯(cuò)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)航太服上肢,有76處孔需要打結(jié),僅這個(gè)活就得幹上兩三天。
必須用手工嗎?能不能用設(shè)備替代呢?
車(chē)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(méi)有任何一個(gè)機(jī)械比手更靈活。”
國(guó)外也是如此,無(wú)論是美國(guó)還是俄羅斯,製造航太服都離不開(kāi)手工作業(yè),就連充滿(mǎn)黑科技元素的SpaceX公司,其航太服也一樣。
在太空,航太員穿著航太服後活動(dòng)的操作,主要靠上肢實(shí)現(xiàn)。所以製作時(shí)既要考慮活動(dòng)的靈活性,還得考慮充壓後的承力性。
縫紉車(chē)間的王其芳工齡最長(zhǎng)——21年。她的針線(xiàn)活走針緊密、順直,用楊金興的話(huà)説:“她做的航太服上肢是最好的!”
與王其芳同樣手巧的,還有做手套的師傅郭濃。他兩個(gè)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(guò)1毫米。郭濃説,更重要的是,由於航太服的特殊性,不能反覆拆縫,走針的時(shí)候務(wù)必小心,力爭(zhēng)一次到位。
正因如此,郭濃和同事在縫製的時(shí)候,必須做到“手到哪兒眼到哪兒”,時(shí)間久了,練就出一雙雙火眼金睛。
“我們這裡的工匠,個(gè)個(gè)視力都是2.0。”李楊開(kāi)玩笑説。
張萬(wàn)欣説,經(jīng)過(guò)不斷優(yōu)化,我國(guó)“飛天”艙外航太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(gè)材料報(bào)廢
航太員在艙外活動(dòng)時(shí)會(huì)産生熱量,需要穿上給身體降溫的液冷服。
液冷服由彈性材料製成,全身上下都是細(xì)密的小孔,供42根液冷管路線(xiàn)均勻穿過(guò),每?jī)煽组g穿1釐米的線(xiàn),全身上下鋪設(shè)100米左右,就要穿兩萬(wàn)個(gè)孔,尤其是頭部的蛇形分佈線(xiàn)路,要穿出個(gè)太極圖。
“沒(méi)有極大的耐心,是無(wú)法完成這麼細(xì)緻的活兒的。”負(fù)責(zé)粘膠的李琴萍告訴記者,艙內(nèi)航太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(gè)現(xiàn)象:人體血液中的氮?dú)猓瑫?huì)變成氣體,造成減壓病。因此,研製人員必須給航太服加壓充氣,否則就會(huì)因體內(nèi)外的壓差懸殊,而造成生命危險(xiǎn)。
這對(duì)航太服的氣密性要求極為嚴(yán)苛。
李琴萍先要用驗(yàn)光機(jī),仔細(xì)比對(duì)氣密層的橡膠材料,看是否有瑕疵,再清洗、晾幹,然後用砂紙,小心打磨粘膠部分。
最難的是用剪刀把橡膠材料剪成一個(gè)個(gè)服裝裁片,稍微不小心,剪出一丟丟豁口或毛刺,一刷膠就會(huì)造成大片斷裂。
“眼睛看著剪刀尖往前走,刀刃卡線(xiàn)上中間的位置。”這是李琴萍總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)。
車(chē)間的林波師傅,負(fù)責(zé)艙外航太服氣密層的刷膠,更是“壓力山大”。刷膠也不是簡(jiǎn)單地刷,要觀察溫濕度、刷膠時(shí)間、薄厚度要適量均勻。
“刷完晾,晾完刷,要反覆刷上幾遍。”林波説。刷膠時(shí),他生怕手抖,手一抖造成的失誤,不僅會(huì)導(dǎo)致整個(gè)材料報(bào)廢,還會(huì)延誤工期。
粘膠組組長(zhǎng)莫讓江説,艙外航太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(shí),肉眼看不見(jiàn)這些特別小的損傷,到後期加工完再充壓測(cè)試,就為時(shí)已晚。
張萬(wàn)欣説,經(jīng)過(guò)進(jìn)一步研製,如今的“飛天”艙外航太服,在功能上已相當(dāng)於一個(gè)微型的載人航太器,在使用壽命上,自主工作時(shí)間可達(dá)8個(gè)小時(shí)。
一粒浮塵都有可能釀成大禍
艙外航太服有個(gè)金屬結(jié)構(gòu)的“硬軀幹”,外形像一個(gè)鎧甲,背後掛有保障生命的通風(fēng)供氧裝置。李楊説,這套結(jié)構(gòu)光單機(jī)産品有100來(lái)個(gè),由30多個(gè)外協(xié)單位分別生産,最後從五湖四海聚集到艙外航太服系統(tǒng)整合總裝車(chē)間裝配。
這更是考驗(yàn)研製人員的技術(shù)和耐心。
金屬“硬軀幹”上,有1000多個(gè)米粒大的小孔,以及配套各種不同規(guī)格的螺絲。組長(zhǎng)岳躍慶帶著組員,用鑷子夾著酒精棉,一點(diǎn)點(diǎn)仔細(xì)擦拭,再用放大鏡檢查是否徹底擦洗乾淨(jìng)。
“整個(gè)過(guò)程暗藏兇險(xiǎn),一粒浮塵都有可能釀成大禍。”岳躍慶説。
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(lái),岳躍慶練就了“好手功”。他説,哪怕是0.1毫米的細(xì)微毛刺,都能摸出來(lái)。
艙外航太服的背包門(mén),被稱(chēng)為航太員的“生命之門(mén)”。
在太空環(huán)境下,背包門(mén)如果密封不嚴(yán),將直接威脅航太員的生命。
岳躍慶説,背包門(mén)的插銷(xiāo)座和插銷(xiāo)門(mén)各有4組,插銷(xiāo)座和插銷(xiāo)門(mén)合上時(shí),要天衣無(wú)縫。
為此,他們用卡尺一點(diǎn)點(diǎn)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(kāi)背包門(mén)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。
“幹就要幹到極致。”岳躍慶説,“艙外航太服裏有氣液、通風(fēng)管路和電纜,在保證性能的前提下,還要注意各條線(xiàn)路安裝美觀、整齊,膠痕清理乾淨(jìng),標(biāo)識(shí)可視角度便利。”
看到航太員安全出艙一切都值了
王其芳每次回老家,説起自己的工作——給航太員做服裝,大家都很羨慕她。
“我就是一個(gè)高中畢業(yè)生,卻能通過(guò)我的技術(shù),跟這些碩士、博士一起幹著載人航太的大事,我覺(jué)得自己很了不起。”王其芳説。
李琴萍告訴記者,“這麼多年了,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。”
岳躍慶也是一樣,這麼多年,一個(gè)個(gè)用於“飛天戰(zhàn)袍”的産品就跟他的孩子一樣,每個(gè)結(jié)構(gòu)每個(gè)螺絲釘他都很熟悉。
每當(dāng)志願(yuàn)者身著艙外航太服參加水下試驗(yàn)時(shí),都好奇岳躍慶操作怎麼這麼靈活,他便開(kāi)玩笑道,“我對(duì)服裝太熟悉了,我想讓它怎麼動(dòng)就怎麼動(dòng)。”
張萬(wàn)欣説,每套航太服研製出來(lái)之後,都要做很多實(shí)驗(yàn),凡是有可能穿這套服裝的人,都要來(lái)試穿。上肢是根據(jù)人的關(guān)節(jié)來(lái)設(shè)置的,一共有三個(gè)軸承,以其中的肘關(guān)節(jié)為例,要求其彎曲時(shí)達(dá)到至少60度的活動(dòng)範(fàn)圍。
這群“製衣匠”,學(xué)歷雖然不高,卻有著最樸素的心願(yuàn)。他們把手頭的作品視作自己的孩子,用最大的努力守護(hù)航太員的生命安全。
“每天晚上至少加班到9點(diǎn)半,週六保證不休息,週日不保證休息。”這是中國(guó)航太員中心研發(fā)與總裝測(cè)試部副部長(zhǎng)鄧小偉定下的規(guī)矩。
其結(jié)果是,整個(gè)研製生産效率大幅提高近3倍。在他看來(lái),祖國(guó)利益高於一切,航太員生命重於一切。對(duì)他們這些“飛天戰(zhàn)袍”的“製衣匠”來(lái)説,生産只要線(xiàn)上,保障必須線(xiàn)上。
8月20日14時(shí)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(jì)劃提前了約1小時(shí)。
航太員返回節(jié)點(diǎn)艙前,地面指揮再次喊話(huà):“請(qǐng)神舟十二號(hào)分別位於環(huán)形扶手內(nèi)側(cè)和環(huán)形扶手外側(cè),面向全景錄影機(jī)D,地面將為你們合影留念。”湯洪波也在艙內(nèi)對(duì)著鏡頭敬禮。
隨後,劉伯明“詩(shī)興大發(fā)”,分享了自己的出艙感言:“漫步太空人不老,中國(guó)航太接力跑。”
通過(guò)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(xiàn)縫製出來(lái)的。那一刻,她覺(jué)得一切都是值得的。
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