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人民网天宫一号全景报道

“天宫”邀“神舟” 太空写传奇

2011年09月30日09:50    来源:人民网-科技频道     手机看新闻分享到

  “天宫一号”目标飞行器发射升空之后,将正式邀请“神舟八号”上天“约会”,二者将在空间实现交会对接,来一次浪漫的太空“拥抱”。

  作为我国航天领域重要研究所,中国航天科技集团公司四院42所除承担“神八”逃逸系统发动机动力源、飞船所有密封件的研制生产任务外,还为“天宫”专门量身定做了全套的密封件,伴随天宫与飞船实现完美的交会对接等各阶段目标。

  再缘“飞天”梦想

  早在上世纪90年代,42所就曾开展了“863计划”课题空间飞行器动静密封材料研究,瞄准我国空间飞行器的发展方向,开始了空间密封材料的探索研究。

  从神舟一号飞船的密封件项目竞标成功开始,该所凭借着在动力助推技术和空间密封材料领域的技术优势,承担了从“神一”到“神七”逃逸系统发动机动力源、飞船舱体密封件和出舱航天服橡胶件的研制生产任务,先后突破了不同硬度下的材料性能、解决了特大型密封件无接头成型的技术难点,研制的特种橡胶密封材料达到欧空局及美国宇航局标准,逃逸系统发动机动力源使火箭可靠性指标高达0.97,航天员安全性指标高达0.997,圆满地完成历次飞行任务,也使该所与“神舟”结下了不解之缘。

  从“神一”到“神七”,从无人到载人,该所已经为飞船总体单位提供了万余件密封件,不仅一次性检验合格率100%,而且产品交付准时、质量优良等特点多次给总体单位留下了深刻的印象。

  随着“神五”、“神六”载人飞行的成功,载人航天工程顺利进入到二期研制阶段。由于在该工程一期中卓越成就和突出表现,总体部门将“天宫一号”目标飞行器与“神八”所有的密封研制任务再次交到了该所手中。“天宫”是未来航天员工作的空间站。在太空高速运转的“天宫”,如何确保与飞船对接时的密封效果、如何保证空间站长期的密封功能,是课题组首先要考虑的问题。

  飞行器的结构密封件是保障长期工作的空间站内部空气环境和航天员生命安全的保护神,它的功能和作用不可小觑。太空环境复杂,要求密封件在高真空、-70℃~+200℃环境中长期使用,又要在强紫外辐射、带电粒子辐照和原子氧等特殊的使用环境下不产生降解、老化和龟裂,安全无毒,并始终保持可靠的密封性能,能为长期在太空工作的航天员提供生命保护。这种太空极端的空间环境,使“天宫”必须保持高度可靠的密封性能。

  由于前期对相关空间材料的评估与筛选方法进行了较为系统的研究,加上在神舟系列飞船密封研制中积累了关键技术基础,该所再一次啃下了这块硬骨头。

  众心聚智解难关

  “天宫一号”所用的结构密封材料硬度更高、密封压力更大。而橡胶材料的特性是硬度越高,反弹就越大、越脆,对密封材料的使用性能和要求就更加苛刻。针对特殊环境下的性能要求,课题组重新选择了三组配方。

  总体方也要求:为了能够研制出我国真正自主知识产权的材料,不受制于外方,空间密封材料的筛选必须立足于国产、尽量选用无毒和低毒性的原材料。

  因为“天宫”要长期在太空工作,所以密封材料的寿命与神舟飞船的存在显著区别。课题组首先要解决与寿命相关的橡胶材料弹性、压缩应力变形、耐环境以及功能助剂的调节、优化等。

  针对寿命评估和复杂环境的要求,该所开展了前期的密封材料调研。

  好的产品必须有好的原材料。为了确保批次间原材料性能的一致性,课题组追根溯源,对生产厂家提供的十余种原材料进行了筛选和比对,并对所有在用的原材料进行无毒试验,如果检验到其中一项指标不达标,其他性能再好也不选用。而每种材料都需要几百次的试验进行验证。经过反复的平行试验和对比试验,课题组最终从原材料准备工序入手,确立了新的工艺方法,通过对该工艺的综合性能优化和炼胶工艺的选择,使不同硬度的材料性能全面达标。

  有了好的胶料还得有一套好模具。“天宫”密封材料的规格与神舟最大的区别就是试件的形状、规格不一样,原来用于“神舟”的工装模具均不能用于“天宫”。这就意味着需要为“天宫”再量身定做一套模具。

  “天宫”密封件规格达20多种,大的密封圈有1米多,最小的有十几毫米,而且有些形状在神舟系列飞船中从未涉及。设计人员集全体智慧,广开言路,结合神舟系列飞船密封件模具设计的丰富经验,在考验面前,课题组里的工艺专家们巧手慧心,大胆创新,整合机械加工工艺方面的优势资源,确保了“天宫”20多种模具设计的一次到位。模具设计完后,就需要加工模具。由于模具的尺寸精度要求高,超差范围仅仅只有0.01毫米,为了使模具更能满足生产中所控制的精度,设计人员与工艺人员一起反复地对新模具进行升温试模、硫化装料。经过几个来回的修改加工,功夫不负有心人,一整套“天宫”密封件的模具整整齐齐地排在了课题组面前。

  助“天宫”探梦太空

  由于时间紧、任务重,加上需要评估的环境因素多,需要该所提供几百件试样件交给总体部进行不同的模拟环境试验。

  任务刚好赶在八九月份,这时天气异常炎热。由于密封材料的试制必须在无尘、洁净的工房内完成,房间内不能安装空调,加上硫化机160℃的高温,课题组人员挥汗如雨,既要防止烫伤,还要将重达四五百斤重的模具来回升温、装料、卸料、起模、出样,不断反复地进行十几次。

  “我们生产的试件必须确保一点缺陷都不能有。”有着“隋一刀”之称的课题组工艺人员隋琦,是试件整形专家。他拿起一个试件,先要对表面的光洁度、平整度进行目测,不能有一丁点杂质,不能有一丝一毫的气泡。之后,他还要进行修边处理。这可是个细致活,不是一般人能够兼任,既要灵巧掌握握刀的力度与角度,还要有一套独具匠心与特色的处理工艺,既要确保试件的光洁与平整,还要确保尺寸的精准。

  从最初潜心摸索胶料配方研制,到独具匠心设计工装模具,再到巧手慧手加工试件,经过课题组的刻苦攻关,该所为总体方提供的高性能密封样件分别进行了高真空、紫外辐照、粒子辐照、原子氧和空间综合环境等试验,与国内其他单位研制的6种同类材料及俄罗斯研制的产品一起进行综合性能比较和寿命评估。结果表明:42所研制的密封材料,经第三方评估综合指数排名第一,超过俄罗斯同类材料,材料寿命超过30年,各项性能满足设计要求。从2007年开始到2010年3月,该所顺利地完成了20种规格、数千件产品的生产,按时把产品交付给总体单位。(席玲)
(责任编辑:李丹(实习))

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