“飛天戰袍”大揭秘 解碼我國自主研制的新一代艙外航天服
航天員聶海勝、劉伯明太空互拍。本版圖片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械臂上,面向鏡頭揮手致意,身后是蔚藍的地球家園,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使用,防止艙內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,神舟七號任務中,航天員翟志剛首次進行出艙行走,將五星紅旗展示在太空。當時,他在太空穿的服裝就是艙外航天服。
中國航天員科研訓練中心航天服工程研究室主任、載人航天工程航天員系統副總設計師張萬欣告訴記者,相比實現我國航天員首次太空出艙的神舟七號任務,空間站任務中的航天員要進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“飛天戰袍”。縫紉組組長楊金興說,艙外航天服是航天員生命安全的保障,生命安全無小事,體現在工藝上就是復雜且精密。
據他介紹,艙外航天服的軟結構,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、限制層和熱防護層等,既能抵抗太空風險,又能穿著舒適、行動靈活,重而不笨。
“艙外航天服重達120公斤,但穿脫非常方便,經過專業訓練,5分鐘內就可以完成穿脫。”張萬欣說,航天員準備就緒后,只要從服裝背后的背包門進去,關好并鎖緊背包門就表示穿著完畢。
戰袍縫紉,一針一線均維系航天員生命安全,慢工才能出細活。
楊金興透露,僅做一副艙內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,而這已經是他們的最快速度了。
以打結為例,因為結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,光打結就有3道工序,一套艙內航天服上肢,有76處孔需要打結,僅這個活就得干上兩三天。
必須用手工嗎?能不能用設備替代呢?
車間主任李楊告訴記者:“從目前的技術能力看,還真不行。畢竟,沒有任何一個機械比手更靈活。”
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,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。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,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,不能反復拆縫,走針的時候務必小心,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,經過不斷優化,我國“飛天”艙外航天服目前在軌操作的可達域、精細度、靈活性等方面都有所提高,比如手套的靈活度,可以達到“最小抓握直徑5毫米”的程度。
手一抖可能導致整個材料報廢
航天員在艙外活動時會產生熱量,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,是無法完成這么細致的活兒的。”負責粘膠的李琴萍告訴記者,艙內航天服氣密層是橡膠材質,靠粘膠拼接而成。
在真空中,有這樣一個現象: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苛。
李琴萍先要用驗光機,仔細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。”這是李琴萍總結出的經驗。
車間的林波師傅,負責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,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,經過進一步研制,如今的“飛天”艙外航天服,在功能上已相當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構的“硬軀干”,外形像一個鎧甲,背后掛有保障生命的通風供氧裝置。李楊說,這套結構光單機產品有100來個,由30多個外協單位分別生產,最后從五湖四海聚集到艙外航天服系統集成總裝車間裝配。
這更是考驗研制人員的技術和耐心。
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。”岳躍慶說。
碰到毛刺,岳躍慶就變身“整形醫生”,要給金屬表面做“磨皮”手術。手術刀、止血鉗、手術剪,應有盡有。
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”。
在太空環境下,背包門如果密封不嚴,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。”岳躍慶說,“艙外航天服里有氣液、通風管路和電纜,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,標識可視角度便利。”
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生,卻能通過我的技術,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。”王其芳說。
李琴萍告訴記者,“這么多年了,每天小心翼翼地呵護這些‘飛天戰袍’,照顧它,跟照顧嬰兒一樣。”
岳躍慶也是一樣,這么多年,一個個用于“飛天戰袍”的產品就跟他的孩子一樣,每個結構每個螺絲釘他都很熟悉。
每當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。上肢是根據人的關節來設置的,一共有三個軸承,以其中的肘關節為例,要求其彎曲時達到至少60度的活動范圍。
這群“制衣匠”,學歷雖然不高,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。”這是中國航天員中心研發與總裝測試部副部長鄧小偉定下的規矩。
其結果是,整個研制生產效率大幅提高近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“飛天戰袍”的“制衣匠”來說,生產只要在線,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,安全返回空間站天和核心艙,比原計劃提前了約1小時。
航天員返回節點艙前,地面指揮再次喊話:“請神舟十二號分別位于環形扶手內側和環形扶手外側,面向全景攝像機D,地面將為你們合影留念。”湯洪波也在艙內對著鏡頭敬禮。
隨后,劉伯明“詩興大發”,分享了自己的出艙感言:“漫步太空人不老,中國航天接力跑。”
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。
中青報·中青網記者 邱晨輝 來源:中國青年報