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神九和天宮艙門設計專家:太空“串門”不簡單

記者  劉  毅

2012年06月19日08:03    來源:人民網-人民日報     手機看新聞

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  神九利用五種產品對抗失重挑戰。
  人民圖片

  18日17時許,航天員景海鵬順利開啟圓形的軌道艙艙門,進入對接通道,隨后景海鵬成功開啟天宮一號的實驗艙艙門,以飄浮姿態首先進入天宮。航天員劉旺、女航天員劉洋也以同樣姿態進入天宮。這是中國航天員第一次到正在太空運行的目標飛行器裡“串門”,他們將在這裡工作生活6天左右。

  “很順利,很圓滿,一點都沒有偏差!”中國航天科技集團五院載人航天總體部機械工程總體研究室副主任、35歲的郝平,通過電視直播關注著航天員“串門”的全過程,他對艙門的表現十分滿意。

  有一點壓力差,打開艙門時就會費勁

  在太空中開門、關門,可不像地球上那樣簡單。2008年神舟七號飛船成功飛天,翟志剛開啟軌道艙艙門准備進入太空時,由於軌道艙艙內壓力較大,用力拉了好幾次后,艙門才打開。另外,國外還曾出現過交會對接后,艙門打不開的情況。

  “這次也准備了艙門萬一打不開等意外情況的各種預案,但壓力控制得很好,預案全都不需要啟用。”郝平說。

  神九有3個艙門:位於對接機構內側的前艙門、出艙艙門和返回艙艙門,天宮則隻有一個艙門。

  郝平說,交會對接成功后,神九位於對接機構內側的前艙門、天宮一號的艙門之間,形成一個密閉通道,起初是真空狀態。航天員首先要通過飛船上攜帶的空氣,向通道內復壓,同時打開對接通道平衡閥,保証兩側壓力平衡。

  “航天員在太空不是特別好用力,如果有一點壓力差,打開艙門時就會費勁。” 郝平說。

  神九一側的艙門,航天員是通過手柄打開的。考慮方便航天員操作,按照單臂可開艙門的力度設計,盡量使航天員能夠用比較小的力把艙門打開。

  “這就產生了一個矛盾:神九要在太空飛好長時間,艙門內兩個密封圈的壓縮量越大,貼合得越好,密封性越強,但這同時會導致艙門開關力增大。” 郝平說。

  如何解決這個矛盾?從神八開始,為找到一個合適的密封圈壓縮率,研究人員做了大量的試驗,最后確定的密封圈壓縮率為大於7%。

  艙門密封性能,關系到航天員生命安全,是非常重要的。為了保証高可靠性,專家們進行了大量的試驗和測試。在保証密封性能的情況下,要求艙門開關次數不小於200次。“實際上能到300次,200次以內的可靠性是很高的。”郝平說。

  艙門如果夾了一根頭發,漏率可能就不滿足要求

  對接通道兩側,神九和天宮的艙門上都有舷窗,航天員可以通過舷窗觀察對面的情況。郝平介紹,在設計時,這是對艙門技術狀態的一個很大的更改,為此,把原來艙門上的機輪結構整個都挪到別的地方去了。

  艙門設計上,還有一些特殊的要求。例如,開啟角度不小於100度,使對接通道能夠完全呈現出來。門軸有阻尼設計,不是特別光滑,以確保開關不會很隨意,航天員不小心碰一下、或有點風,不會使門突然關上。

  天宮一號的艙門,和神九幾乎完全一樣。景海鵬通過艙門鑰匙,打開了這個艙門。這是天宮一號的艙門首次在太空中開啟。“這把鑰匙很關鍵,鑰匙忘帶就白去了。”郝平笑著說。

  航天員離開天宮時,關閉艙門,也不是一件簡單的事情。郝平說,航天員有一個秘密武器:無塵拭布——類似於濕巾,需要進行塑封,保持一定濕度,還要求防火,沒有有毒氣體釋放。航天員要用無塵拭布,對天宮和神九的艙門密封圈先后進行清潔。“如果夾了一根頭發,漏率可能就不滿足要求。”

  經過3年研制,研究人員付出了大量心血

  郝平說,神九和天宮上的艙門,從初樣到正樣,經過了大約3年時間的研制,研究人員付出了大量的心血。

  他舉了一個例子:神九艙門上加裝了一個攝像機,人們就是通過這個攝像機,觀看到對接全過程的。攝像機裝上去后給艙門增加了負載,如何保証艙門不會變形、破壞,專家們做了大量計算、試驗,証明艙門可以承受得住攝像機。

  郝平說,這個攝像機在交會對接前,利用專門設計的蝶形螺絲,安裝在另外一個地方,對准艙內。交會對接前,航天員可以很輕鬆地把它拿下來,換到艙門上去,兩頭的接口完全一樣,以減少在軌操作的復雜性。

  這個設想產生后,相關團隊一起努力,設計單位和生產單位前后用了幾個月時間,終於解決了這個難題。

(責任編輯:馬麗、趙竹青)