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[信息] “神七”专题

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发表于 2008-12-7 23:23:19 | 显示全部楼层

“神七”专题

量身定做全新“神七”

  神舟七号载人飞船到底是怎么设计的?与“神舟五号”和“神舟六号”有什么不同?记者走近五院神舟飞船研制队伍,科研人员为我们勾画出了“神舟七号”总体设计的“直观图”。
  “神七”的设计在飞船内部的空间保障上做足了文章。由于此次太空之旅航天员要完成航天员出舱活动任务,而舱外航天服的体积较大,两名航天员要进行穿脱动作,此外还要携带3人5天的生活物品,这势必要占据舱内的有限空间。为此,设计师们尽量把安装设备的仪器板等装载在类似货架的格框上,提高空间使用率,以便腾出更多的空间供航天员活动。
  “神五”和“神六”返回舱里的座椅,采用的都是火工品爆燃提升的设计,而在“神七”返回舱座椅的设计上,设计师则体现出了“绿色”理念。
  设计人员考虑到尽管飞船的密封性已经万无一失,但是座椅下的一个压力燃气包里的有害气体万一发生泄漏,后果不堪设想。为了保证3名航天员安全返回,最终确定了用压缩空气来取代燃气,并相应地增加了一套气源组件系统作为动力源。座椅的提升原理没有变化,而压缩空气的使用,意味着即便发生泄漏也不会对航天员的身体产生任何不利影响。
  “神七”发射升空后,将在高空绕轨道漫游,也就是在这个轨道高度,出舱的航天员要进行出舱活动。同时飞船还将携带的一颗小卫星放飞太空,上演一部人、星、船曼舞太空的大戏。被释放的小卫星位于轨道舱前端,离5个复压气瓶近在咫尺,如果释放小卫星时爆炸螺栓产生碎片,就会像子弹一样打到气瓶身上,一旦气体泄漏,后果不堪设想。为确保释放小卫星时更加安全,飞船研制人员特意为安装在轨道舱外的5个复压气瓶穿上了“防弹衣”。为了航天员的安全,为了“神七”的万无一失和载誉而归,研制人员慎之又慎,把安全做到了极致。

 楼主| 发表于 2008-12-7 23:34:43 | 显示全部楼层

全新超级“神舟七号”遨游太空

  神舟七号飞船满载3名航天员飞行乘员组发射升空,乘员组中的2名航天员进入飞船轨道舱,身着舱外航天服完成出舱活动准备,他们中的1名航天员出舱进行了半个小时的太空行走,并完成预定的空间科学实验操作。
  那么神舟七号载人飞船到底是怎么设计的?她与神舟五号和神舟六号载人飞船有什么不同?当记者走近中国航天科技集团公司空间技术研究院神舟飞船研制队伍时,科研人员勾画出了“神舟七号”总体设计的直观图。
  “人性化”设计彰显舒适和便捷
  飞船总装主管设计师刘晓震介绍,神舟七号飞船的研制重点就是要确保航天员顺利进行出舱及释放小卫星等其它活动。为此,“神七”从研发伊始就严格遵循人性化的设计理念,生产与试验、舒适与便捷紧密结合,处处彰显人与飞船设备的完美交互。
  “瘦身”运动。“神七”的设计在飞船内部的空间保障上做足了文章。由于此次太空之旅要完成出舱活动任务,而舱外航天服的体积较大,两名航天员要进行穿脱动作,此外还要携带3人5天的生活物品,这势必要占据舱内的有限空间,难免会影响到航天员的工作与生活。为此,在设计时尽量安装设备的仪器板,把其装载在类似货架的格框上,提高空间使用率,以便腾出更多的空间供航天员活动。
  视觉引导。按计划,“神七”的3名航天员将在空间轨道工作、生活3至5天。就飞船而言,由于空间失重环境下的方向感与地球表面的概念不同,是随时变化的。为了让航天员更好地适应“捕捉”方向感的“测试”,更好地在没上没下、没左没右的环境中正常工作,在内部装修上,把舱体地面用褐色的阻燃装饰层覆盖,而其余各处则用乳白色装饰层包裹,这使得舱体内部看起来十分清晰与整洁。涂褐色的地面是地球所在的方位,因为褐色代表土壤,可以使航天员找到“家”的感觉。这就改变了传统上以单一浅色调为主的构图,形成一定的色彩反差,从而使身在太空的航天员有立体的视觉归属感。
  集中布局。为了使处于失重状态的航天员工作更为便捷,“神七”的设计者将舱内的设备进行了分区域规划布局,按设备的用途、性能等因素合理地放置。例如,将航天员的操控设备进行了集中摆放。届时,航天员将面对多个显示器来监控飞船的飞行状态,包括舱压、换热、供氧以及调试舱外航天服时等各项数据指标,设备操作更加直观、简单、便捷。方便了航天员的工作,从而提高了人机运行效率。
  “软硬”兼施。根据以往的经验,航天员在太空的活动对扶手的依赖程度很高,它起着保持平衡与助力的重要作用。从航天员从空间返回后的反馈得知,舱内部分扶手的“手感”不佳,不能很好地适应舱内活动的需要,这引起了设计者的高度重视。与“神五”、“神六”不同的是,设计者根据实际情况,更加重视扶手的便捷性与实用性,在舱体内外安置了数量不等、共20余个“软”、“硬”扶手。舱体内部则以软扶手为主,其被安置在仪器板的侧面和舱壁上,这便于航天员在舱内自如地活动。而“硬”扶手则被安置在舱门和轨道舱脚踏板上,及舱外行走路线上,用作着力点,这给航天员出入舱体以及进行舱外实验提供了极大的便利。
  集智攻“新”面面观
  提起“神七”在轨飞行的技术创新点,搞飞船总体设计的人员都能如数家珍。采访时,飞船应急救生系统主任设计师马晓兵谈到:保证气闸舱功能,舱外航天服支持,首次三人满载返回,相关出舱程序设计等都属于“神七”设计上的亮点。
  据神舟飞船副总设计师潘腾介绍,在“神六”成熟技术的基础上,根据“神七”任务的要求,设计上进行了多项改动,3年中进行了各种试验达80多项,设计改动可以概括为三大方面。
  轨道舱内添新意。“神五”和“神六”上的轨道舱仅是航天员在太空中的生活舱,航天员的吃喝拉撒睡全在这个舱段进行。众所周知,在“神五”飞行时,杨利伟作为中国第一位航天员在太空停留了一天,胜利凯旋;“神六”飞行时,费俊龙和聂海胜两人执行了五天的飞行任务后,载誉而归;到“神七”这次发射,是三名航天员在太空停留三至五天,并且还要出舱进行太空行走。为此,轨道舱增添了许多新的功能,设计人员称作的“气闸舱”实际就是轨道舱。两名航天员要在这个舱段换上出舱服,一人出舱进行太空行走。所以设计人员脱口而出的“气闸舱功能”就是为航天员出舱设计的,尽管添置这些功能后,轨道舱的空间比以前小了一些,但经过精心设计,航天员在其中的空间活动还是可以得到最大的满足。“气闸舱功能”包括增添了舱内气压泄除和恢复系统,舱内有线和舱外无线的出舱活动通信系统,出舱活动操作显示界面、照明和摄像装置,舱外航天服接口支持系统等。
  座椅“安全”改造。为保证“神七”发射成功和航天员安全回家,设计人员强化安全意识,不断改进思路,优化设计。在“神五”“神六”返回舱里的座椅都采用火工品爆燃提升的设计,而在“神七”返回舱座椅的设计上一改“从前”,设计人员考虑到尽管飞船的密封性已经万无一失了,但是座椅下的一个压力燃气包里的有害气体万一要是发生了泄露,后果就不堪设想。为了保证3名航天员安全回归,最终确定了用“压缩空气”来取代燃气,并相应地增加了一套“气源组件系统”作为动力源。座椅的提升原理没有变化,只是工作介质采用了安全的气体——压缩空气,这意味着即便发生泄露,也不会对航天员的身体产生任何不利的影响。
  夜发昼返好观察。“神七”另一个不同之处是发射时间进行了调整。“神五”“神六”都是发射时间都是在上午八九点,飞船返回的时间都是在凌晨。而这次“神七”的发射时间是晚上,飞船返回的时间是下午6点左右。飞船发射的首区在酒泉卫星发射中心,飞船返回的落区在内蒙古的四子王旗,所以首区和落区的时间被称为“一黑一白”。
  发射时间的调整,主要是考虑到航天员出舱时间是在阳照区。航天员出舱进行太空行走的活动都会被观测得“一清二楚”。当飞船返回时是在白天,不仅便于对航天员的搜救,也便于飞船回收试验队及时对返回舱进行快速处置。
  道道“安全”护平安
  “神七”发射是第三次载人航天飞行,同前两次一样,确保航天员生命安全是重中之重。飞船设计师们把“安全设计”视为第一准则,哪怕是个细微之处,哪怕是几经验证过的技术,他们还是追求万无一失。采访时,记者捕捉到几个鲜活的事例。
  “生死之门”。不论是航天员出舱进行太空行走,还是返回轨道舱,关好舱门非常重要,因而飞船舱门被设计师们称为“生死之门”。航天英雄杨利伟首次上太空时,不存在开关舱门的问题,费俊龙和聂海胜再次进入太空,在轨道舱和返回舱中活动,仅仅需要打开一个舱门。而“神七”的任务涉及航天员出舱行走,在执行任务过程中,需要开关好两道舱门。亲身经历过太空飞行的航天员深有体会,开关好舱门,看似简单,实际要完成多项步骤。毫无疑问,“神七”上的航天员开关舱门时,要完成开保险锁、开关转动手柄、拉开舱门、给舱门套上保护罩等一套规定动作。
  飞船结构与机构分系统副主任设计师游巍说:考虑到航天员身着出舱航天服,充压后服装体积会增大,因此把“神七”的舱门通径变大了,由“神六”时的750毫米加大到850毫米。在沿用了“神六”舱门的工作原理和设计形式等成熟技术的基础上,还进行了十多个项目的改进设计,特别是在主传动链设计上,只要有一个尺寸变动,整个舱门设计尺寸都要随之变动,为此设计出了80多张图。
  舱门打得开、关得上、密封可靠成为三个非常重要的环节。太空环境又直接影响到开关舱门,特别是在真空、高低温、失重等太空环境下,将舱门打开,并不是像地面开关门那么轻而易举。而且舱门若不能保证密封,轨道舱内就无法复压,意味着2名航天员将无法脱掉舱外航天服,不能回到返回舱。
  要百分之百地保证舱门打得开、关得上、密封可靠,必须在地面做真空和高低温环境下的试验验证。2004年,设计人员特意研制了真空热环境舱门开关装置。游巍描述说:舱门专用的“真空罐”里,设置了开关舱门的机构,像个机械手在模拟航天员的操作。设计人员为了获得舱门在更为恶劣的太空环境中的数据,在真空环境中,还把温度拉偏到零下45度和零上45度。科研人员通过计算机操作,获得了试验验证数据。自2005年起,对生产出的舱门和开关机构进行了大大小小的各种试验达数十次。低温环境对舱门开关影响最大,设计人员进一步对舱门进行可靠性试验,在零下20度的低温环境下打开舱门的动作反复做了数百次,获得了可靠的数据。
  气瓶穿“衣”。“神七”发射升空后,将在341公里的高度绕轨道漫游,那么也就是在这个轨道高度,出舱的航天员要进行30分钟的太空行走。同时飞船还将携带的一颗小卫星放飞太空,上演一部人、星、船曼舞太空的大戏。根据此次的任务要求,设计师们对飞船外观作了不少新的改进。取消了以往飞船上的留轨功能和附加段,还取消了飞船上的一对太阳帆板等。通俗地说,过去看到飞船上的四只翅膀,在“神七”上只有两只了。同时增加了舱外摄像机、照明灯、舱外扶手、复压气瓶,还有各种阀门和管路系统等。
  为确保释放小卫星时更加安全,飞船研制人员“奇思妙想”,特意为安装在轨道舱外的5个复压气瓶穿上了“防护衣”。被释放的小卫星位于轨道舱前端,离5个复压气瓶近在咫尺,如果释放小卫星时爆炸螺栓产生碎片,就会像子弹一样打到气瓶身上,一旦气体泄漏,后果不堪设想。为了航天员的安全,为了“神七”的万无一失和载誉而归,研制人员慎之又慎,把“安全”做到了极致。
  该院下属的北京空间机电研究所在上世纪90年代初,利用航天技术研制出了国内第一件软质防弹衣。该所凭借过硬的产品质量和良好的营销服务屡获殊荣,“奇盾牌”系列防护产品就是其中的佼佼者。当接到院里总体设计人员提出的为“神舟七号”舱外气瓶量身订制保护罩的任务时,研制人员既感到欣喜,又非常有压力。
  面对五个圆圆的气瓶,选用何种材料,采用何种形式,安全性能如何保证等一系列的问题,开始在研制人员脑海里打转。首先选择最佳材料。尽管多年来,研制人员一直密切跟踪世界先进防弹材料的研制,并与多个厂家建立了长期合作关系,但“神舟七号”任务重大,为此,研制人员初步选定了五种防护材料。为更好地检验材料在真空环境下的技术性能,带着这些备选的材料,研制人员专程到外地有关研究单位进行真空可凝挥发、真空质损等多种试验。经过对试验结果的反复比对,研制人员优中选优,最终确定了保护罩的材料。
  以前设计制作的防弹衣是给人穿的,做生物损伤试验时也给动物穿过,但给球状物体设计衣服还是头一回。研制人员拿出几套设计方案,最终瓜瓣型设计方案获得大家一致认可。为了保证防护衣与气瓶配合“默契”,研制人员从打样、修改到试穿,反反复复,不厌其烦。样衣做出来了,安全性能格外引人关注,为此,研制人员多次进行实弹打靶,现场分析,获得了可靠数据。

 楼主| 发表于 2008-12-7 23:35:34 | 显示全部楼层

打造中国“飞天”舱外航天服

    为了让我国的航天员穿上自己的航天服,航天科技集团公司一院、七院、航天时代公司等单位参与了舱外航天服的研制任务,历时3年集智攻关,掌握了舱外航天服的制造技术。
  9月16日,中国载人航天工程办公室宣布,我国研制的“飞天”舱外航天服每套总重量约120公斤,可在太空环境下工作4小时,使用寿命不低于5次,具有环境控制与生命保障及舱外通信功能,各项技术指标完全满足“神七”飞行任务需要。
  打造航天员“生命盾牌”
  在“神七”气闸舱里,有2套舱外航天服,分别为我国研制的“飞天”舱外航天服和俄罗斯研制的“海鹰”舱外航天服。
  舱外航天服主要由头盔、服装、手套和靴子组成,其主要功能有:空间环境防护,包括真空压力防护、空间热防护、空间辐射与微尘流防护;工效保障,包括操作工效保障、视觉保障;环境控制与生命保障,包括供氧调压、通风净化、主动遥控等。
  在技术上,舱外航天服的研制主要有以下几个难点:活动密封技术、高度集成、安全可靠性设计技术、地面模拟试验。之前,只有美、俄两国有舱外航天服。
  躯干壳体份量轻、技术含量高
  躯干壳体是舱外航天服的主体,是航天服的装配集成中心,各种设备、仪器都要与之连接,是舱外航天服研制工作的重中之重,承担这一研制任务的是一院211厂。
  2006年初,兄弟单位已经研制一年半的舱外航天服躯干壳体,因存在较多缺陷而被迫终止。211厂决定承接此任务。
  当年1月28日,航天医学工程研究所发出竞标书。2月9日,该厂舱外航天服躯干壳体制造方案定稿。2月14日,在舱外航天服躯干壳体制造竞标会上,该厂的制造方案令评审委员会耳目一新,最终竞标成功。
  舱外航天服躯干壳体制造的难点一是壳体成型,壳体不仅壁薄、外形特殊,还要开设多个法兰孔,有的法兰孔还需要进行特殊处理,采用常规工艺无法实现,加工难度非常大;二是焊接变形。
  为了解决这些难关,研制人员加紧攻关、大胆创新,在躯干壳体、风管、压力盔、气液组合插座法兰、滤波骨架等部组件的成型过程中,成功地应用了电磁脉冲成型、内高压成型、电火花加工、电子束焊接等先进工艺,满足了技术要求和制造进度。
  2006年8月25日,首件航天服躯干壳体通过专家组验收。2007年12月5日,总装备部副部长张建启等领导兴致勃勃地出席舱外航天服正样产品交接仪式。交接仪式上,张建启评价舱外航天服产品:“产品不大但凝聚的心血多,分量不重但技术含量高。”今年2月,211厂研制的舱外航天服躯干壳体3件正样产品全部交付,圆满完成任务。
  在历时3年的制造过程中,211厂攻克了7项重大技术难关,获得专利申请号10个,关键指标100%合格。载人航天工程总设计师周建平称赞说:“当时把这项任务交给你们是正确的决策。这个攻关项目非你们莫属。”
  航天服内温度可调节
  在舱外航天服这个生命保障系统中,放气阀和气液组合插座液路阀是其中两个必不可少的零件,主要用于调节航天服的温度,以确保生命保障系统正常可靠工作。这两个阀门由特种塑料与不锈钢粘接而成。
  由于这种塑料与其他材料的粘接性能差,如何保证其与不锈钢的粘接可靠性,并能够在高低温循环过程中不出现脱粘现象,这在国内外都是一个难题。面对这一严峻考验,一院703所胶粘剂专业组的科研人员结合多年的工作经验,确定采取增加金属表面粘接面积,对特种塑料表面进行处理,采用能耐一定高低温、流动性好的胶粘剂进行粘接的工艺方案。经过大家的共同努力,完成了一批新的试验件,并且全部通过了高低温循环试验的考核。
  复合阀会让航天员呼吸更顺畅
  舱外航天服呼吸系统是自动供给人造空气、排出废气、调节安全气压和净化航天服内异味的关键系统。七院7105厂参与了该系统的配套研制任务。
  为了满足航天服呼吸系统的各项要求,必须生产一种结构复杂、功能齐备的复合阀,既能自动将多种气体混合成人造空气,又能及时自动排除人体废气,还能自动将服内气压控制在安全值以内,并能自动净化服内异味,保证呼吸舒适度。面对难题,科研人员发挥阀类零件加工生产优势,并利用多年来积累的生产经验,经过多次试验,终于研制生产出满足使用要求的复合阀。
  电脐带柔软度如胶质水管
  航天员出舱活动时,与飞船连接的电脐带等产品均是由航天时代公司693厂研制生产的。
  电脐带等产品承担着向航天服内各组成部分供电和传输信号的重要使命。保证此类产品导通的同时确保它的“柔”性与“韧”性,是此次航天服电脐带研制的重大攻关课题。
  从舱内到舱外,电脐带直接暴露在高真空环境中,不仅要适应高温、低温、辐射等太空环境,还要考虑航天员出舱活动的灵活度。在结构设计上,他们采取了“柔性设计”方案,解决了传统印象中电缆“傻、大、黑、粗、硬”的形象,使电脐带等产品中的电缆网的柔软度如同普通的胶质水管,良好的柔软度保证了航天员出舱活动时灵活自如。
  航天员生理数据有个“管家”
  航天时代公司771所研制的舱外航天服数据管理设备等产品,其主要功能是检测航天员出舱活动过程中心电和呼吸等生理参数。
  数据管理设备下挂在舱外航天服的腰部,主要实现采集信号、处理信号和传输信号三大功能。虽然它体积不大,但在航天员出舱时,要采集、处理和传输30多路数据。设计人员采用了“防潜通道”的设计思路,在数据管理设备内部,各作业模块独立性强,一个地方出现故障,并不会使整个系统瘫痪而影响到其他部件的工作,从而实现了高度的安全性。
  该所研制的航天服脐带数据处理器是航天员出舱的重要保障设备。该处理器安装在飞船的气闸舱内,在出舱准备期间和出舱过闸过程中,为航天服提供电源,提供话音通道,实现航天员和地面的话音通信。

 楼主| 发表于 2008-12-7 23:36:39 | 显示全部楼层
“长二F”火箭:让“乘客”更加安全舒适
  载人航天工程的另一大系统——运载火箭系统,由一院为主研制。用于发射神舟七号飞船的长二F火箭,与发射“神舟六号”时的火箭相比,技术状态原则上保持不变,只是为了提高可靠性和舒适性进行了局部的改进。为了提高可靠性和舒适性,长二F进行的两大技术攻关,分别是“8赫兹”问题和“415秒”问题。
  2003年10月,航天员杨利伟搭乘“神舟五号”升空时,曾在一个短暂的时间内感到非常不适。长二F火箭研制人员在了解到这一情况后,立即分析数据查找原因。数据分析显示,火箭在上升期间曾出现过短暂的共振现象。为此研制人员对发射“神舟六号”飞船的长二F火箭进行了改进。“神六”上的航天员没有产生特别的不适感,但技术人员通过对遥测数据的分析,发现火箭从起飞126秒开始还是出现了逐渐增大的纵向单频振动,频率约为8赫兹(以下称为“8赫兹”振动)。如果这一问题不解决,“神七”上的航天员还有可能产生像杨利伟那样的不适感觉。因此,火箭系统“两总”系统决心在发射“神七”的火箭上解决这一问题。
  经过进一步分析,研制人员发现“8赫兹”振动现象是助推器动力输送系统导致的比较典型的纵向耦合振动。火箭“两总”组织研制人员对“8赫兹”问题进行了深入的理论研究。为抑制这一现象,开展了稳定性分析方法研究和振动抑制设计工作,确定了使用变能量蓄压器来抑制振动的方案。为验证分析结论和所采取措施的有效性,型号队伍分别进行了变能量蓄压器研制试验、管路试验以及点火控制线路验证试验;根据确定的改进方案,完成了新蓄压器以及点火控制线路的设计、生产和总装测试。
  “长二F”第六发火箭成功发射后,型号队伍在后续遥测结果分析时发现火箭飞行至415秒附近时出现异常现象,二级尾舱热环境参数出现较大幅度跳变或趋势转折,姿控系统、箭体轴向加速度以及动力系统等部分参数,也在这一时段内出现了一定的变化。
  为了解决这个问题,在两年半的时间内,研制者组织国防科大、中科院等单位开展了理论研究。经过研究,发现了在415秒过载和加速度的跳动现象,得到了正常飞行不会产生这种异常现象的结论。但是,为了确保万无一失,火箭“两总”系统还是决定进行改进。经过真空喷流试验,确认415秒现象是由增压管路故障造成的。为此,火箭“两总”系统组织设计了二级增压管路铝改钢的技术方案,进一步提高了火箭的可靠性。
    此外,针对“神舟七号”的发射任务,长征二号F火箭在技术上作了30多项改动,在火箭上安装了3个摄像头,比发射“神舟六号”时还多了1个。通过这些摄像头,能够清晰地看到火箭发射飞行的动作和全过程,有助于地面在必要的时候进行有效调整,保证火箭飞行的安全。(
 楼主| 发表于 2008-12-7 23:37:20 | 显示全部楼层
气闸舱:一舱两用功能强
  相比以前的飞船,“气闸舱”首次亮相可谓最浓墨重彩的一笔。要完成航天员出舱活动,必须在飞船上增加“气闸舱”的功能,这也是“神舟七号”最大的亮点。根据飞船的总体设计,这一功能由飞船的轨道舱来实现。
  “神六”上的轨道舱是航天员在太空中的工作和生活舱,而到了“神七”,轨道舱要一舱两用,成为生活舱和气闸舱的结合体。所以这个舱段对“神七”来说是一舱两“名”,根据其支持航天员太空生活的功能,称作轨道舱;根据其支持航天员出舱活动的功能,称作气闸舱。3名航天员中的两名,从返回舱进入气闸舱后,返回舱关闭,气闸舱就变成了密闭的容器。两位航天员就在密闭的气闸舱内互相帮助穿上舱外服,完成吸氧排氮,随后进行泄压后,打开气闸舱通向飞船外的舱门,一名航天员进行舱外活动,结束后再按照相反程序返回。气闸舱功能包括增添了舱内气压泄除和恢复系统,舱内有线和舱外无线的出舱活动通信系统,出舱活动操作显示界面、照明和摄像装置,舱外航天服接口支持系统等。添置这些新功能后,轨道舱的空间比以前小了一些,但经过精心设计,航天员在其中的空间活动还是可以得到最大的满足。
  我们通过模拟航天员即将出舱工作的场景,来了解气闸舱的工作原理:两位航天员需要在气闸舱内完成出舱前的各项准备——两位航天员相互帮助穿好舱外航天服。此时的轨道舱需要完成在空间环境和载人环境的切换,一个“过渡间”能够提高飞船的安全性,并使航天员最大程度地减少身体的不适应感。
  很多出入总装测试厂房的人都有过“吹风”的感受:在进入厂房之前,必须要进入一个“小隔间”——风淋间去尘,一道门连接室外,一道门连接总装厂房,实现室外环境和厂房净化环境之间的过渡。经过“吹风”除尘程序后,就意味着过渡间环境已经转为厂房状态了。
  气闸舱的原理和这个“小隔间”有异曲同工之妙,只不过气闸舱通过泄压和复压过程实现了空间环境和飞船载人环境的过渡。为此,轨道舱要具备泄复压功能,即完成从轨道舱到气闸舱的转变。
  要想把轨道舱改进成为气闸舱,需要有两个必备条件:一是密封;二是要有泄复压功能,即把“小隔间”内的局部环境变为空间环境和恢复为载人环境。一套由阀门、管道等零部件组成的泄压装置将执行“泄压”重任。泄压并不是简单地把空气排放到空间,设计师需要通过大量的分析计算和地面试验来找到泄压过程中最佳速度和压力控制点,使舱内的气压要始终和航天服的状态相协调。由于航天员在这个过程中将完成穿好舱外航天服的操作,所以从一个大气压到泄压完成是一个循序渐进的过程。
  “人在快速减压环境下容易得减压病。所以在降压的过程中,航天员有一个吸氧排氮的过程。航天员在穿航天服时吸纯氧,需要约半个小时的时间来置换血液里的氮。这之后再减压就安全了。”设计师介绍,在“泄压”之前,航天员和航天服与外界的压力一致,“泄压”之后,航天员穿着航天服站在舱内接近零压力的环境下,也就是相当于站在太空环境下了。
  与出舱过程相反,航天员从太空回到飞船内,要经历一个“复压”步骤。与“泄压”类似,“复压”过程也要分阶段进行,与航天服状态相协调。此次神舟七号飞船携带了5个高压气瓶:它们的功用是等航天员回到气闸舱时,将舱内的气压从零恢复到一个大气压状态。
 楼主| 发表于 2008-12-7 23:38:00 | 显示全部楼层

智能舱门:“玄机”多多
  “神七”出舱舱门的研制是气闸舱机构研制最重要的攻关点之一,一个小小的舱门,暗含着很多的“玄机”,更凝聚了研制人员大量的心血和智慧。
  门怎么开?向里还是向外,向左开还是向右开,开到多大的角度最科学?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?
  研制人员经过大量的实验和讨论,发现门向外开,虽然不会影响内部的空间,但真空压力会影响门的密封;门向里开,则会最大程度地保证密封性能,是相对安全的选择,但多少会涉及到影响和占用舱内空间的问题。此外,舱门开的角度和舱内空间的配置息息相关。一方面舱门在可达到的空间内尽量开大,保证航天员出舱方便;另一方面也要考虑舱门的位置、角度对其他设备的整体影响。最终,研制人员在权衡之下,确定舱门开启“100度”是最佳选择。此外,出于承载和内压的考虑,舱门并不是平的,而是稍呈圆弧状。但考虑到承载和空间使用的问题,舱门的弧度不能太大,必须确定最佳的弧度值。
  除了舱门本身外,舱门相关设计难点还有很多。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,并且所处的温度可能在零下几十度到零上几十度。因此,要充分考虑和模拟在轨真空高低温环境下的开关门,并检测其密封性和开关力的变化,确保航天员的生命安全。
    怎样才能确定舱门关闭严密呢?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,可以脱下航天服”这样的确认信息。

 楼主| 发表于 2008-12-7 23:38:52 | 显示全部楼层
“生命罗盘”:为航天员送上双保险
  一个仅有十几厘米见方的黑盒子就能帮助神舟七号飞船在宇宙中确定自己的姿态,实现长时间在轨,顺利执行各项空间任务并安全返回。这个装在航天员座椅下的小巧玲珑又完全静音的黑盒子叫手控光纤陀螺惯性测量系统,简称手控光纤惯组,它是神舟七号飞船制导导航和控制分系统的重要组成部分。
  神舟七号飞船从发射入轨到返回地面,完全可以实现“自动驾驶”功能,正常情况下航天员只要监视即可。然而为了确保航天员的安全,在神舟七号飞船上,手控系统与自动控制系统互为冗余,航天员可在飞船自动控制程序失灵的情况下,手动控制飞船姿态并实现导航,这一“双保险”用来确保飞船导航控制系统万无一失,手控系统因此也被誉为航天员的“生命罗盘”。
    神舟七号飞船上的手控光纤陀螺惯性测量系统是由航天时代电子公司光纤惯导项目分公司研制的,在中外载人航天飞行史上都还是首次应用,无论对惯性技术还是载人航天技术都具有重要意义。
 楼主| 发表于 2008-12-7 23:39:21 | 显示全部楼层
舱外摄像机:让全球同看太空漫步
  神舟七号飞船载人航天飞行任务将完成航天员出舱活动的壮举,如何才能将这个辉煌的时刻记录下来并传递给全世界,并充分展示中国航天员在太空活动的壮丽景象?神舟七号飞船测控与通信分系统为我们解决了这个问题。
  出舱通信系统是摆在测控与通信分系统面前的第一道难关。由于要克服多径效应对通信带来的影响,同时考虑到通信信号可能会被短时间内遮挡,航天员要在无线状态下进行出舱活动就必须采取与以往通信设施不同的新的通信手段。为此,分系统经过调研、试验和仔细地研究,决定采用扩频通信方案,参数选择上也通过了大量的试验和摸索,最终获得了较好的通信环境。
    为了满足飞船用户的要求,充分展示航天员舱外行走的影像,展示我国载人航天领域的新的突破,分系统采用了先进的图像压缩编码体制,同时将单路图像传输模式提升为双路图像传输模式,新增了舱外摄像机,大大提高了图像传送质量,保证了航天员舱外行走的画面能够清晰地传回地面,让全世界的人民都能看到中国航天的又一壮举。
 楼主| 发表于 2008-12-7 23:40:12 | 显示全部楼层
五大系统确保神舟七号圆满成功

  航天员系统:航天服我们自己造

    对航天员系统而言,“神七”任务技术难度更大、可靠性要求更高。研制出安全可靠的舱外航天服及配套设施,对出舱活动的工程设计进行医学和工效学评价,选拔并训练出合格的3人乘组,并为之提供相应的医监医保等,都是航天员系统面临的新挑战。
  经过3年的不懈努力,航天员系统研制出了我国舱外航天服“飞天”。“飞天”航天服自身没有动力,航天员穿上它后通过电脐带从飞船获得能源,保持通信联系。因为电脐带里面有很细的钢缆,保证航天员不会和飞船分离,将起到重要的安全保障作用。
  舱外航天服的运输和安装也是此次攻克的一个难点。设计师打了个通俗的比方:“就像我们出远门一样,我们带的西装在旅途中是打包状态,到了目的地后,要穿这件西装,需要把它打开,这样西装又是另一种状态了。对于舱外航天服而言,也存在这两种状态。”舱外航天服的主材料是铝材料的,此外还有软材料,既要保证气密性,又要保证强度。运输时不能损坏航天服的支架,展开时又要充分考虑到舱内的空间,既能让航天员顺利的着衣,又保证操作不受影响。
  空间应用系统:伴随卫星首次登场
  在“神舟七号”飞行任务中,由中国科学院承担的空间应用系统主要执行3项任务。
  一是在神舟七号飞船自主飞行期间,航天员完成出舱活动后,神舟七号飞船将释放一颗伴随卫星,首次试验我国利用航天器平台二次释放空间飞行器技术和伴随飞行技术。“神舟七号”上伴星试验任务如果取得成功,将标志着我国成为了世界上第3个掌握空间释放和绕飞技术的国家。神舟七号飞船的伴星是在继承中科院“创新一号”小卫星成熟技术的基础上研制的我国第一颗空间伴随微小卫星,许多技术在国内属首次使用。伴星采用了两舱结构一体化设计,采用了轻型镁合金材料作为主结构框架,卫星的整星质量不超过40公斤。
  二是配合航天员出舱活动,开展固体润滑材料外太空暴露试验,试验样品材料由航天员出舱回收。该项目完成后将成为我国空间材料研究,特别是润滑材料研究领域的一个新的里程碑。
  三是应用系统空间环境预报中心在“神舟七号”任务工程阶段发布中长期预报;在临发射前、发射和飞船在轨运行阶段,发布中期、短期预报和异常空间环境事件预警和警报。
  发射场系统:发射训练实现模拟化
  载人航天工程发射场系统总设计师陆晋荣日前在接受记者采访时表示,一体化仿真训练系统在“神七”发射任务的准备和实施过程中起到了重要作用,发挥出了高效益。航天发射一体化仿真训练系统采用半实物仿真技术、虚拟仪器技术、虚拟现实技术,形成一套融虚拟装备、测试发射、测量控制、指挥通信、地勤支持于一体的大型系统,可以实现发射场全系统、全流程、全人员的综合训练,从而有效提高参加航天发射人员的技术水平。这一系统的应用使得我国载人航天发射训练的水平和效益上了一个新台阶。
  在“神七”任务中,酒泉卫星发射中心承担着发射场、首区测控通信和副着陆场3个方面的任务,不仅要为舱外航天服提供测试环境和技术保障,还要重新制定测试和发射流程,把舱外航天服与飞船的联试、舱外航天服与火箭的联试等纳入测试流程。具体而言,酒泉卫星发射中心要负责发射场区和副着陆场区各项工作的统一组织指挥,火箭的组装、测试、加注及发射,提供舱外服、伴星、飞船的组装、测试和发射保障,火箭、飞船的跟踪测量和控制。
  测控通信系统:覆盖面积前所未有
  在“神七”任务中,测控通信系统负责陆上和海上测控通信网和飞行指挥控制中心的建设,接收火箭、飞船的遥测数据,接收飞船上的电视图像并与航天员实现天地对话,对留轨工作的轨道舱进行测控管理。
  为确保神舟七号载人飞船海上测控任务的圆满成功,中国卫星海上测控部首次同时派5艘新老三代航天远洋测量船出海执行任务,是中国航天远洋测控史上规模最大的一次行动。5艘航天远洋测量船计划累计跟踪测控神舟七号飞船的62个弧段,约占地面整个测控覆盖率的43%。
  此外,参与任务测控站也有所增加,新增加了国外的智利圣地亚哥站测控站。国内仍为5个固定测控站,2个活动测控站。但位于主着陆场的活动测控站将首次为测控通信系统提供支持,承担伴飞卫星的测控通信任务。为了更好地完成神舟七号飞船的测控通信任务,测控通信系统除了对一些光学、雷达设备进行技术改造之外,对酒泉卫星发射中心、西安卫星测控中心和北京航天飞行控制中心的测控通信系统也作了大量改进。
  着陆场系统:搜救模式“减员”“增效”
  据载人航天工程着陆场系统总设计师吴斌介绍,承担着神舟七号飞船和航天员巡天旅程收官任务的着陆场系统,在搜救模式和技术创新等方面,又有新的突破。
  一是搜救模式由之前的空中搜索和地面搜索并行的模式,转变为“空中搜救航天员,地面处置返回舱”的模式。新的模式提高了搜救工作时效性,同时使主副着陆场地面搜救车队最大程度地得到精简。
  二是在指挥模式上,加强搜救指挥能力建设,提高可视化水平,研制建设了一套可以和北京飞控中心进行实时语音、数据等信息交换的机载搜救指挥系统。通过这套系统,北京飞控中心将飞船的飞行情况、实时落点等信息及时传送到着陆场系统空中搜救的直升机上,提高了搜救指挥的准确性和时效性。
  三是主动应对异常情况和夜间回收问题。通过研制、配备机载超短波定向仪,为异常状态下返回舱的搜索提供了有效手段,提高了航天员搜救的可靠性。在搜救直升机上加配了搜索探照灯、为搜救小组配备了便携式夜视仪,增强了夜间搜索返回舱、救援航天员的能力。

 楼主| 发表于 2008-12-7 23:40:44 | 显示全部楼层
打造精品火箭

  神舟七号载人飞行任务是我国载人航天工程二期的首次飞行任务,具有承上启下、继往开来的战略意义。面对前所未有的难度和风险,中国航天科技集团公司运载火箭技术研究院火箭总装厂广大干部员工全力以赴,精益求精,用科学的方法将长二F第七发火箭打造成了精品。

  生产:全力以赴  确保节点

  2005年10月,长二F第七发火箭正式投产,按计划在2007年11月开始总装,应该说生产周期是比较充裕的,但由于设计更改,整流罩、助推器上的蓄压器和二级尾舱增压系统导管没有参加总装,使得后期的生产周期严重吃紧。面对艰难的任务,运载火箭总装厂广大干部员工全力以赴,做到了“后墙不倒”。

  11天总装出“皇冠”
  逃逸系统整流罩被誉为长二F运载火箭的“皇冠”,由前锥段、前柱段、后柱段、后锥段、倒锥段五大部件组成。火箭的“皇冠”从2007年8、9月份开始进入各部段装配阶段,但由于种种原因,其总装充满了艰辛。
  箱体铆接车间的干部员工不等不靠,在生产流程上做文章。一方面,组成整流罩总装突击队,倒排进度表,将计划细化到天。另一方面,改变以前的装配流程,将不齐套的前锥段单独拿出来,其他4个部段进行对接和后续工序。前锥段的生产也没有停滞,而是将后续工序往前移,尽可能地缩短等待时间。
2008年3月11日晚,正当已经进行了4天的调锁工作接近尾声的时候,测力工装突然出现了故障。车间领导、技术人员和业务骨干连夜紧急商量对策,仔细分析,通过再分析再试验,终于将测力装置问题排查清楚,确保了交付喷漆车间的节点。
  从2008年3月初进入最后的总装,到3月21日交付火箭总装车间,原本需要一个月才能完成的任务实际上只用了11天,比第六发火箭的生产周期整整短了3天。

  一波两折攻破“铝改钢”
  2007年10月,离火箭总装齐套的节点不到一个月了,运载火箭总装厂接到了二级尾舱增压系统的导管材料从铝合金变为不锈钢,且厚度也有所变化的通知,要求在2008年3月底交付火箭总装车间。5个月内重新设计、生产,还要进行大量试验,谈何容易。关键时刻,运载火箭总装厂的干部员工用行动再次证明他们是最能战斗的团队!
  10月中旬,模具生产车间接到了为导管加工车间生产两套弯管模和一套波纹管成型模的紧急任务。这三套模具加工难度较大,其中,波纹管成型模的膜片只有8毫米厚,却有近300毫米长,加工和铆接中极易变型。车间选派了经验丰富的工艺和操作人员,通过热加工和高超的技能,实现了交付合格产品的要求。面对如此短的时间节点,车间变纵向加工流程为横向,减少等待时间,最终,用两个半月的时间完成了以前需要四个月才能完成的任务。
  由于导管壁厚变薄,弯度较大,且很多是连续弯角,加之材料硬度加大,加工起来十分费劲。导管加工车间的员工不断摸索,终于在春节前两天,既2008年2月4日,顺利将新的导管交付到火箭总装车间。但是,火箭总装车间却传来导管一件也装配不上的坏消息。原来是设计不协调,导管之间接头对不上,所有产品都要重新生产。时间紧迫,大年三十的上午,只是看到设计人员刚刚设计出来的草图,车间工艺人员就初步计算出所需原材料的规格和数量。紧接着,调度人员在下午2点以前就从物流中心领回了原材料,并安排好了春节加班。初三,零件生产车间用一天的时间抢出来了法兰、接头等零件。初四,导管加工车间开始焊接。初七,模装件送到火箭总装车间试装,合格。初八马上投产试验件三套,于2月24日交给设计人员做试验。3月4日,正式的更改蓝图发到车间,车间开始加班加点地赶进度,终于在3月27日将20项导管送到了火箭总装车间。

  工艺:齐力攻关  拓展能力

  从“神一”到“神六”,长二F火箭的工艺技术已走向了成熟,在“神七”上更改不大。但越是定型的东西更改起来难度就越大,越是需要慎之又慎,在“神七”变能量蓄压器和破裂膜片的技术攻关上,总装厂的员工深深地感受到了这一点。

  再向“异常振动”发起冲锋
  “神五”时发生的“异常振动”问题在“神六”生产中进行了攻关,但不是很理想。“神七”需要继续在蓄压器上攻破这个难题。
  新的设计中,蓄压器改为了变能量蓄压器,首次选用双层凸凹膜片代替以往型号使用的平膜片,且膜片外径和膜片厚度也都进行了更改,还新增加了爆炸阀门组件。此种膜片结构和焊接形式是首次在运载火箭总装厂使用,工艺方法必须重新设计,工艺参数必须重新摸索。
  导管加工车间从2007年3月份开始新设计的技术攻关。经过细致研究,工艺人员选定了将四层凹、凸膜片一同焊接的方案。焊接过程中,攻关人员设计了工艺装备,以其结构和精度来保障和控制焊接伸出量、端接间隙及端接错位量等关键工艺参数。试验初期,为了让膜片和焊接工装匹配好着实让工艺和操作人员费了很大心思。他们将膜片一片一片地与工装配合,根据膜片的实际尺寸返修工装,最终找到了最佳匹配。在做典型试验的时候,由于共振,新装爆炸阀门的导管出现了断裂现象。工艺员提出了在导管与壳体易接触的地方安置支架的想法,经过试验,果然奏效。
  为了解决凸、凹两种膜片在不同的成型模具上压制,确保内、外径尺寸的一致性难度大的问题,钣金加工车间员工想了很多办法。开始他们使用聚胺脂复合成形膜,零件型面较好,但每次更换聚胺脂之后,内外径不能和上次保持一致。于是就将聚胺脂模成形改为钢模成形,保证单一膜片不同批次冲切后内外径的一致性,但又因为模具的回弹量不同, 影响了膜片的波高及内外径。一点一点地摸索,终于确定了凹、凸膜片各自的回弹量,并以此为依据,完善工装图,返修模具,生产出了满足焊接要求的膜片。

  胆大心细破难题
  破裂膜片组件是长二F火箭自生增压系统的关键部件,由栅、破裂膜片以及垫圈组件组成。设计部门在第七发火箭上首次采用了将膜片、栅与挡圈采用焊接的形式连接在一起的方法,以解决易漏气的问题。此种膜片的焊接形式在运载火箭总装厂尚属首次。
  组件中间带有刻痕的膜片是影响爆破压力的关键。开始时,刻痕深度是设计给出的数值,但焊接后的爆破压力却没有达到要求。导管加工车间工艺人员仔细分析,不断尝试:选一个深度,焊接一件组件,测量一次数值,如此反复。最终,一丝不苟的工作换来了合格的数据。
  由于这种焊缝为多层不加丝、不等厚的不同材料焊接,待焊表面清理困难,同时容易层间夹气,使焊缝内形成气孔缺陷;不等厚焊接时,由于薄厚材料温升速率差距大,造成焊缝中心偏移,甚至未焊上的缺陷。一个个难题没有消磨掉攻关人员的意志,反而让他们鼓起了向困难挑战的斗志,迈出了很多第一步:第一次采用编程弧焊机器人进行焊接,第一次采用氦氩混合气体进行保护……也让他们为打造精品不断磨练:反复研究机器人程序,无数次试验确定混合气体比例、电弧长度、焊接参数……如此的努力换来的是成功的喜悦!

  质量:严格控制 打造精品

  “神七”与“神六”飞行任务相隔3年。对于航天产品,生产任务和管理的不连续给产品质量的稳定性带来了影响。为此,运载火箭总装厂专门制定了一系列质量管理措施,为“神七”构筑起坚强的防护。

  质量控制近乎苛刻
  火箭生产的每个阶段都要求做到“三无”:交付总装的零部件产品无故障、无隐患、无多余物;总装过程中无多余物、无压线、无错漏检……
  贮箱液压、气密试验时间分别由15分钟、10分钟延长到20分钟,导管液压、气密试验时间由3分钟延长到5分钟,让可能只是微漏的焊缝也逃不过检验。
  所有X光底片由无损检测专家和专业技术人员再次确认,直径在14毫米以下的不锈钢导管及直径在30毫米以下的铝合金导管重新进行内窥检查,让可能存在疏漏和也许经过一段时间才能显现的问题得以避免。
  ……
  类似这样的加严措施对于火箭研制来说不胜枚举。
  质量复查和评审非常深入,不仅复查本发产品的各方面情况,还与第五、第六发火箭的各项试验、测试、质疑单等方面的数据进行对比,发现不同,分析原因。运载火箭总装厂编制了《长二F火箭箭上(含地设)产品质量检查确认及验收评审要求》,制作的各种表格比其它型号的多了十几个,而且评审比其它型号的评审多了由设计人员、质量监督代表参加的预评审环节,为确保质量把好了最后的关口。

  总装现场来了“新武器”
  去年年底的一次质量问题,让运载火箭总装厂领导下定决心从长二F第七发火箭开始,正式将多媒体记录引入总装过程,实现了方法保障的一次飞跃。
  为确保多媒体记录顺利推行,相关部门下发了《关于总装、测试过程多媒体记录要求的暂行办法》,对高处作业、多媒体记录使用范围、设备的采购与管理、多媒体记录的操作过程与保存等有关安全、保密、质量等各方面的问题都作了周到细致的安排。
  作为具体执行单位,火箭总装车间加强过程控制,做到严谨务实。车间制定了《关于总装、测试过程多媒体记录的办法》,编制了《总装过程多媒体记录》通用工艺规程,对多媒体记录工作进行全面指导。车间员工主动工作,从接到任务到具体实施,再到最终完成总装,一直在不断摸索与创新。工艺人员在生产现场,与检验员和操作者共同商讨每一项记录点。记录要素从54项减到42项,最终减到15项,工作变得更有针对性。操作人员充分发挥聪明才智,创造条件克服各种困难。空间悬挂的电缆只有1毫米,很难对焦,就在电缆后面放一张白纸,又采用标识转移的方式,真实地记录了插接情况。一排电缆挤挨在一起,相机照不到内侧的编号,就借用镜子的反射作用,让插头和插座的编号一正一反地同时出现在一张照片上……
  据统计,长二F第七发火箭整流罩办理的质疑单共45份,比第六发火箭减少了64份。其中,超差27份,比第六发火箭减少了50份;人为操作原因26条,比第六发火箭减少了42条。

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