舱门这样打开……
半个世纪前,当美国航天员阿姆斯特朗留下了人类的第一个登月脚印时,他说:“这是一个人的一小步,却是整个世界迈出的一大步”——同样,“出舱”,简单的两个字,简单的一个动作,其背后却汇聚了太多的艰辛与付出!
门怎么开?——向里?向外?左开?右开?开到多大的角度?航天员穿上航天服后很笨重,他们能否方便自如地开关舱门?在真空、高低温等恶劣条件下,舱门能不能正常开关?
一个小小的舱门,隐含着很多的“玄机”,更凝聚了研制人员大量的心血和智慧。“神七”的出舱门最重要的攻关点之一,它的性能好坏,直接影响航天员能否顺利出舱活动和安全返回。
研制人员经过大量的实验和讨论后,发现门向外开,虽然不会影响内部的空间,但舱内为正压时,会影响门的密封性能,使门越来越松;门向里开,则会最大程度保证它的密封性能,是相对安全的选择,但会占用舱内空间。舱门开的角度和舱内空间的配置息息相关,一方面舱门要尽量开大,保证航天员出舱返舱方便;另一方面若门开得过大,又要考虑门的位置、角度对其他设备的整体影响,最终舱门开启“100 度”是权衡之后的最佳选择。此外,为了使舱门受压均匀、不易变形,舱门不是平的,而是稍呈球面状,但考虑到门内外的压强差以及门所承受的巨大压力承载和在空间使用的环境,舱门的球面曲率半径是经精心选择的最佳值。除了舱门本身外,舱门相关设计难点还有很多。
模拟检测确保安全
与神六返回舱舱门不同的是,神七舱门在轨打开与关闭的时候处于真空环境,并且温度可能从100多摄氏度到零下200多摄氏度的巨大变化。因此,要充分考虑和模拟舱门在轨高真空、高温差环境下的开关,并检测可能产生的形变和密封性、开关力的变化,确保万无一失,因为这直接关系到了航天员的生命安全。
神七的舱门旁边分布着几个压点开关,可别小看了这几个小小的开关,它们关系着航天员的生命,围绕它们的研制也颇费了一番周折。
为了检验仪器设备在真空环境下的可靠性,科技人员要把所有的仪器设备都放在真空罐里模拟真空环境验证、检验。人不能放到真空罐里做开关门的试验,怎么办?研制人员就专门研制了一套像机械臂一样的开关门机构,人在真空罐外面控制“机械手臂”来完成航天员要做的解锁、开门、关门、锁门等一系列动作,完美地解决了这个问题。
怎样才能确定舱门关闭是否严密呢?舱门快速检漏仪应运而生。它像一个反应灵敏的“安全卫士”,通过内部的传感装置,感受压力和温度的变化,在短短几分钟之内就能判断出舱门是否关闭完好,并向航天员发送出“舱门关闭好了,可以脱下太空服”的确认信息。
密封圈,差点误事
有一次,在做可靠性试验时,研制人员发现,舱门快速检漏仪在低温情况下突然失效了!这是什么原因呢?这种密封圈用在舱门快速检漏仪的减压阀上,之前没有人料到问题会出在这里,是因为这种减压阀广泛应用于航空飞机上,也曾连续应用于神舟四号到六号飞船上,是比较成熟的产品。
但是,在飞船研制上,一切“惯性思维”都要不得。因为一种产品以前可靠,现在不一定可靠;在那种环境下可靠,在这种环境下就不一定可靠。虽然是一个小小的密封圈,但如果密封圈不密封了,就难以准确检测出舱门是否存在泄漏,这将直接影响到航天员出舱活动回来后轨道舱能否正常复压,这对航天员来说是致命的!
经过反复地观察和研究,发现以往密封圈正常是因为它们都是在常温、一个大气压下的舱内使用,现在是在低温环境下使用,而密封圈在低温下会收缩。问题找到了,研制人员重新调整了密封圈的尺寸,对其结构也做了微调,再做实验,才彻底解决了这个问题。
轨道舱,双重使命
神舟七号飞船和以往的飞船一样,分为轨道舱、返回舱和推进舱三部分,其中返回舱和推进舱的技术更改和主要功用具有很大的继承性,最大变化是轨道舱。为了完成出舱活动原来的轨道舱担负了“双重使命”——既是航天员的生活舱,又是航天员出舱活动的气闸舱(过渡舱)。因此气闸舱应具有泄压、复压功能,为此舱内配置了支持航天员空间出舱活动的设备及设施。
“神七”的绝大部分挑战和特色都来自于气闸舱的研制。气闸舱的设计分为结构和机构两个层面。在“不动”的结构方面,为了完成出舱活动,开了一个出舱口,而且舱口不能太小,否则航天员穿着航天服很难出去和返回。结构的一项变化会引起“多米诺骨牌”式的相应改变——一个设备的更改会牵动一系列的改动。改动后可靠性能否得到保证、是否方便航天员活动⋯⋯这些都要一个个重新测试;其中仅为舱门可靠性一项就引出了10 多次测试。
小物件,责任巨大
出舱活动任务中最关键的设备是出舱航天服了。舱外航天服是航天员的“生命保护系统”,是一件极其精密、复杂且娇气的设备,必须妥善地保护和放置。航天服专用支架就是承担这一“ 大使命”的“ 小物件”。千万别小看了这个“小物件”,里面的“机关”颇多:从结构上来说,必须考虑如何最大程度地减少发射时支架振动对航天服的影响。为了解决振动响应问题,研制人员选择支架和航天服之间的固定点数及约束形式,使它在振动环境下不会使航天服的振动响应放大。从结构上来讲,航天服支架在轨期间还要展开,把航天服取下来,这时就要求把支架设计成可折叠式,能够在不用时折叠起来,给航天员腾出更大的活动空间。考虑到航天员在失重状态下没有很大的力气去推起支架,因此研制人员在支架接口上做了一些特殊的处理,增加了一些辅助设备,使航天员能够轻松地翻转支架。设计完成后还要做大量地面试验,并不断改进优化。气闸舱上的每一项攻关,都汇聚着众人的心血!
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