“航天出行专车、新一代航天服” 看遨游天地间

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  原标题:焦点访谈丨“航天出行专车、新一代航天服” 看遨游天地间背后的设计故事

  7月4日,中国航天员时隔13年再次出舱,漫步太空。这一次出舱时间将近7个小时,圆满完成了舱外活动相关设备组装、全景相机抬升等任务,两位出舱的航天员刘伯明和汤洪波与留在舱内的指令长聂海胜和地面飞行控制人员配合默契,圆满完成了这次的出舱活动任务,而在他们成功完成任务的背后,是一个又一个精巧的设计。

  7月4日上午8时11分,在距离地面300多公里的太空轨道上,中国航天员刘伯明和汤洪波经过仔细准备,穿戴好飞天舱外服,打开出舱门,开始空间站阶段我国航天员的第一次舱外之旅。

  2008年,我国航天员第一次出舱时,航天员在打开舱门的环节,因为舱内泄压不彻底,遇到了门打不开的问题。针对这个问题,航天工程师们经过了大量分析和试验,增加了特别的设计。

  航天科技集团五院空间站系统副总设计师 罗文成:开舱门的时候,如果要泄到和外太空完全一致需要很长的时间,为了节省时间,最后留有一定的余差,大概在这个基础上要开门,我们针对这个问题进行了举一反三,先用助力手柄把门撬开缝,让大气顺着缝尽快地排出去,这样的话,后面就很顺畅就开了。

  出舱的过程更加顺利了,对于航天员出舱后的活动,天和核心舱也专门为他们准备了出行专车——机械臂。

  航天科技集团五院空间站系统机械臂产品副总师 高升:有机械臂辅助的话,能够减少航天员体力消耗。航天员出舱体力消耗还是很大的,人坐车和人走路一样,虽然都能达到目的地,但是坐车还是比走路要快。

  机械臂的使用是我国空间站任务要验证的关键技术之一,运送出舱航天员到指定位置是它重要的功能,但是,发射入轨时,机械臂上本身并没有安装给航天员搭车的工具,航天员要搭上这趟顺风车,出舱的第一件事要先给自己安个座。

  航天科技集团五院空间站总体总装副主任设计师 刁常堃:第一次出舱的时候,脚限位器操作台、通用把手、电动工具需要提前放到节点舱,两套航天服提前做好气密性检查,还有相关的一些准备工作,准备工作完成以后,再把三象限的舱门打开。

  航天科技集团五院总装与环境工程部空间站舱外维修工具负责人 傅浩:第一个动作是把脚限位器从舱里移到舱外去,两个作用,第一个是用来固定航天员的两只脚,一只脚进去之后,另一只脚才能进去,两只脚不能同时进去,也不能同时出来,同时脱出来会有风险。另外根据航天员实际操作需求进行姿态调整,装好之后,把舱外操作台装上,它的主要工作内容就是为了把需要维修的设备或者是使用的工具,能够把它停放到位,转移到我们的操作点。

  一切准备就绪,刘伯明成为了中国空间站机械臂的第一位乘客。这个总长10米的机械臂就像人的胳膊一样,有肩部、肘部和腕部三个关节,可以实现7自由度的运动。在此之前,航天员除了利用模拟结构件进行过训练,真正发射上天的机械臂和航天员的配合还是头一次。

  核心舱发射入轨后,已经进行了多次机械臂的试验,并对这次出舱进行了全流程验证。此次机械臂的使用,主要是由地面飞控中心进行控制,但是在太空中,留在舱内的航天员聂海胜港币汇率历年变化也需要在核心舱的机械臂操作台上实时监控,进行微调。

  就在机械臂运送刘伯明的时候,汤洪波从节点舱的出舱口沿着舱壁出发,利用舱壁上的扶手,向指定位置移动。这次出舱的核心任务之一就是要将一个摄像头架高,更好地观察核心舱的情况和机械臂的运动。

  在两位航天员的腰部,可以清晰地看到还有许多外挂的工具。载人航天工程进入空间站阶段后,航天员出舱活动涉及各种类型的机械拆装工作,设计师们一共为他们设计了26种工具,共132件,供航天员出舱时使用。此次任务,他们用到了其中的8种。

  在调整摄像头的过程中,航天员一共要拆装15个螺钉,这也是今后空间站出舱任务中最高频的动作。为了辅助航天员在太空里完成这个任务,在所有的舱外工具中,唯一的一个电动工具就是电动螺丝刀。虽然它个头大,有10斤重,但在太空的微重力环境下,重量并不是问题。

  通过天地协作、舱内舱外配合,航天员圆满完成了全景相机抬升的任务。下午2点57分,两位航天员圆满完成了舱外活动相关设备组装、全景相机抬升等任务,安全返回。这是对航天员数十年如一日的刻苦训练最好的肯定,也是对航天工程师们精心打磨的航天产品的最大的肯定。大到飞船、空间站、机械臂,小到一把螺丝刀、一个螺钉的设计和制造,航天专业设备一步步发展,服务不断升级的载人航天任务。

  航天科技集团五院空间站系统副总设计师 罗文成:神七出舱主要验证出舱的能力,这次出舱是结合任务开展整个任务流程的验证,这次是质的飞跃。

  航天科技集团五院总装与环境工程部空间站舱外维修工具负责人 傅浩:研制过程中,没有现成的经验和技术直接可以借鉴,拿过来用,都是从设计、仿真、优化、人机工效的验证和最终的试验验证,最后做出了能够真正满足上天需求。

  随着我国载人航天工程任务的一步步增加,产品逐渐增多,研究、设计团队不仅来自航天专业部门,更多科研院所、大专院校也逐渐参与进来。在航天员出舱活动时,在湖南大学设计艺术学院的一个工作室里,挤满了观看直播的老师和学生。他们除了关注航天员的一举一动之外,更是对航天员的出舱服特别留心。

  此次两位航天员出舱所穿的都是我国自行研发的飞天出舱服,和13年前的出舱服相比,进行了结构布局设计、服装寿命和工效能力等多项改进。除此之外,出舱服的外形也进行了专门设计。 湖南大学设计艺术学院罗建平带头的智能装备科研团队经过多轮比拼后成功参与到了出舱服的设计中,航天员手臂上的细带条纹就是他们的创意。

  湖南大学设计艺术学院助理教授 罗建平:它来源于敦煌壁画里面飞天的元素,九色鹿飘带和祥云、凤凰几个意象的综合。用细飘带来展示是因为用深色太多的话,太阳照射的时候热量会聚集太多,飘带有一个版本是蓝色的,有一个版本是红色的,地面人员通过他们穿的服装颜色来分辨。

  不过,舱外服并不仅仅是服装,更是一个浓缩的微型航天器,对美的追求只能是设计的一部分,更需要从功能上考虑航天员使用的安全性和便捷性,这在一开始,给团队带来了不小的难题。

  湖南大学设计艺术学院助理教授 罗建平:因为航天服这件事离我们生活太远了,最开始也把它想得简单了,第一轮方案轰轰烈烈这种状态拿过去,跟航天状态没有对接上,我们花很长时间都是在做无用功。后面申请机会见航天员,问一些相关的问题,他们给我们一些解答,对我们启发非常大。航天服必须要有系统的思维,哪怕是外观也要从系统去考虑,不是独立为服装做一个装饰,装饰都是从系统角度考虑问题。

  对载人航天有了更多了解后,团队渐渐摸准了方向,除了对出舱服的整体外形进行设计,也从功能的角度提出了工业设计方面的建议。此次出舱服头顶新增的摄像头模块的外形就是由他们负责设计的。

  为了更好完成任务,团队还和湘潭大学、清华大学等院校的工业设计团队交流。除了摄像头模块,他们还对航天服胸前的两个控制台外形进行了改进设计并被采纳到最终的方案中,所有参与项目的师生对工业设计在航天领域的应用有了全新2O19年全年必中6肖的理解。

  航天员出舱是载人航天任务皇冠上的明珠,意味着高技术难度,需要高协同配合,背后是所有载人航天工程参与者的努力和心血。中国载人航天工程空间站阶段首次航天员出舱旗开得胜,首次检验了我国新一代舱外航天服的功能、性能,首次检验了机械臂与航天员间的协同性及出舱活动相关支持设备的可靠性与安全性,为空间站后续出舱活动的顺利实施奠定了重要基础。在接下来的两个多月任务时间里,神舟十二号飞行乘组还将会有其它出舱任务,我们也将继续关注,共同见证中国载人航天的发展。

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责任编辑:张玉