昨天,神七航天员翟志刚开始组装用于出舱的“飞天”航天服。这是中国研制的第一套舱外航天服首次在距地球300多公里的茫茫太空“亮相”。这件造价约3000万元人民币的“衣服”是如何诞生的?经历了哪些难点?“航天裁缝”们一一作出了解答。
■启动 任务只给3年时间
2004年7月,舱外航天服研制正式立项,设定的完成时间为3年。
舱外航天服相当于一个独立的载人航天器,不仅飞船的功能都要有,在重量、体积和功耗上的要求甚至比飞船更高。
按照国际航天界通行惯例,一个全新航天器成熟产品研制周期平均至少7到10年。当时,国内没有一家单位有相关技术储备和人才队伍。“我们明知这是不可能的任务,还是接了下来。”中国航天员科研训练中心舱外航天服研究室主任刘向阳回忆说。
当一支从各个研究室抽调组成的队伍坐在一起开始方案设计时,他们不禁想起了30多年前的一段历史。
20世纪70年代,中国首次进行载人航天尝试。航天服的科研人员面对的唯一资料,是美国宇航员两张模糊不清的照片。那次尝试最终以失败告终,而漫步太空的梦想也尘封了30多年。
如今,中国载人航天工程已经将神舟七号飞行任务确定为突破太空行走,在其他各大系统均准备就绪的情况下,舱外航天服这个工程必须在3到4年内突破。
如果间隔太长时间没有一次发射,国家的载人航天事业就会出现资源闭置和人才流失,进而影响到未来一系列的战略目标。
因此,对于航天服的研制者来说,这是个不允许失败更不允许拖迟的使命和任务。
■方案 一切只靠想象
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。而在工程上如何实现,每一处都只能靠想象和创造。海淀区唐家岭,航天员中心的办公楼从此灯火长明。
在载人航天工程航天员系统的11个分系统里,舱外航天服独立于其他所有分系统,实行单独管理。航天员中心副主任白延强说,这意味着,航天服是作为跟飞船、火箭、航天员一样的大系统来进行资源配置的。
每个部分都集纳了国内最顶尖专家的意见,调动了全国相关领域的最优秀资源。
因此,航天员中心主任陈善广说,“飞天”航天服是中国航天人集体想象力、创造力的体现和成果。
■技术关键部位均需从零开始
对于从零开始的中国航天人来说,航天服的90多个关键部件没有一件成熟产品,无不需要实现“零”的突破。
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120千帕,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。”刘向阳说,“这种薄壁不规则结构焊接起来很容易变形,仅焊接工艺的攻关就长达两年时间。”
服装的气液控制台,虽然只有汉语辞典大小,却集成了20多种阀门。“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。”陈善广说。
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。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,攻克了这一个个科技堡垒。
■生产很多材料工厂从未用过
在加工呼吸系统阀类零件和密封件时,许多材料是工厂从未使用和接触过的新材料、稀有材料,分布在全国几十家生产企业,有时为了采购几百克的原材料,就得穿越大半个中国。
一些特殊材料根本无从查找生产企业,科研人员利用多年建立起来的全国供应商网络,一家家地询问查找才能找到。
生产加工过程中,要一边试验一边摸索,产品设计、工艺设计、生产制造并行组织,统筹管理。
为了赶进度,科研人员不得违背先样品后正品的正常科研规律,样品尚未造好,正品就开始订货,样品刚开始试验,正品已经生产。
这带来了一定的重复生产和浪费,但却抢回了宝贵的时间。陈善广说:“样品生产出来后,立即进行了电性能、热性能测试及震动、冲击、热真空等极端环境试验,并进行了可靠性、安全性的严格评审确认。从试验验证来看,安全上没有问题。”