太空漫步之梦
在神七的任务列表中,航天员太空行走最为惹眼。
根据国外航天技术的经验,太空行走和航天器空间交会对接,是建设空间站的两大基础技术。只有具备这两种能力, 才可能建设长期有人值守的空间站。
当神舟五号飞行取得圆满成功后,中国航天的决策者们将目光投向了空间站。这时,他们首先要做的决定就是,先搞太空行走,还是先搞交会对接。
载人航天工程飞船系统总设计师张柏楠记得,1987年他刚参加工作时,欧洲航天局就在搞交会对接研究。这一工作,直到几个月前才获得成功,总耗时超过21年。太空行走尽管难度也大,但相比之下,可以在相对较短的时间内实现。
载人航天是一项系统工程,涉及成千上万个单位和数十万人员。如果太长时间没有一次发射,可能会对科研人员的信心带来影响,还可能造成人才流失和资源配置的浪费。
“发射间隔最长不能超过三四年!”决策者们达成共识,首先突破太空行走。
以当时中国的技术现状,实现太空行走需要攻克三大难关:一是研制新的飞船气闸舱,二是研制舱外航天服,三是选拔培训能够执行任务的航天员。
三年,对于选拔培训航天员来说,由于有神五、神六的时间积累,时间上足够用了,但要研制两个全新的航天器,难度是相当大的。
国际上研制一个成熟航天器的周期至少是8到10年,用于载人航天用途的则更长。
2004年,舱外航天服和飞船气闸舱先后立项,承担主要研制任务的中国航天员科研训练中心和中国空间技术研究院都接到了严格的时间节点要求。
中国自主研制舱外航天服
20世纪70年代初,中国首次进行载人航天尝试时,也曾试图生产航天服。当时科研人员对此唯一的认识,是美国 “阿波罗”号航天员身着航天服的两张模糊不清的照片。
那次尝试最终以放弃告终,漫步太空的梦想也尘封了几十年。这次,中国作为世界上第三个有能力独立开展载人航天活动的国家,就是要突破太空行走这一关键技术。
大到整体结构和外形,小到元器件、原材料的性能指标,舱外服的一针一线都需要从头设计。
方案设计刚开始时,科研人员能够明确的只有两样东西:一是基本原理,二是功能要求。而在工程上究竟如何实现, 每一处都只能靠想象和创造。
舱外服的研制被是作为跟飞船、火箭、航天员一样的大系统来进行资源配置。
中国航天员的舱内航天服重10多公斤。据说,一件航天服光是车间里的缝合,就需要十几个人满负荷工作两个多月。其外层采用的是高强度涤纶材料,5厘米见方的布,可以承受300公斤的拉力。当飞船座舱一旦出现意外失压时,启动舱内航天服系统救生,可保证航天员的生命安全,实现应急返回着陆。
舱外服就是一个小型的载人航天飞行器,配有独立的生命保障系统以及飞船所具备的大多数系统。一套重120公斤的舱外航天服,造价高达3000万元人民币,要与重8000公斤的载人飞船实现同样的功能。
航天器研制的正常周期是10年,而中国人自主研制的舱外航天服,只用了不到4年。承担这一艰巨任务的,主要是中国航天员科研训练中心。
中国的舱外航天服,由舒适层、备份气密层、主气密层、限制层、隔热层和外防护层等六层组成。航天服的90多个关键部件,每个部件都是研制难点。
据介绍,舱外航天服躯干壳体为铝合金薄壁硬体结构,壁厚仅1.5毫米,却有极高的强度要求。抗压能力要超过1 20千帕(一个标准大气压为101千帕),要经得起地面运输、火箭发射时的震动,还要连接服装的各个部位,承受整套服装120公斤的重量。
这种薄壁不规则结构焊接工艺的攻关我们用了两年时间。
服装的气液控制台,可自动控制气体液体流动,使航天员得到适宜的空气和温度。由于重量和体积的限制,一个只有汉语辞典大小的控制台里,集成了几十种阀门,每个阀门又是一个更精巧的集合体。很多阀门外形奇特,涉及特种不锈钢、特种铜材、特种橡胶和特种乙烯等材料,其加工难度在国内是前所未有的。
航天服最外层的防护材料,堪称国内最贵的服装面料。这种面料可耐受正负100摄氏度以上的温差变化;服装携带的氧气瓶采用复合压力,既保证安全又能带尽可能多的氧气,这种技术在国际上也属领先水平。
手套、头盔、面罩、四肢、活动关节……整套服装既有硬结构也有软结构,既有机械工艺也有纺织工艺,全国数十家配套单位齐心协力,分头攻关,攻克了一个个科技堡垒。
当我国自主研制的舱外航天服以及配套的训练用服装正式诞生时,科研人员第一个试穿。
从外观上看,它是呈白色,人从背部进入,先入两腿,再入胳膊,戴上头盔,然后关上背包门。身高160厘米至1 80厘米的人,都能通过调节服装大小穿着。它的电控系统实现了全数字化,控制台的OLED彩色显示屏图像清晰色彩鲜艳。
