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出舱任务圆满成功!航天员的“好帮手”是怎样炼成的?

时间:2022年09月02日 信息来源:本站原创 点击:515 字体:

2022年9月2日0时33分,经过约6小时的出舱活动,神舟十四号航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲密切协同,完成出舱活动期间全部既定任务,陈冬、刘洋安全返回问天实验舱,出舱活动取得圆满成功。航天员在舱外作业时使用的维修工具就是出自航天科技集团五院总装与环境工程部舱外维修工具研制团队之手。


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这支团队全程参与了航天员出舱天地一体技术支持工作,在本次出舱任务中,他们的神经一直紧绷,直到航天员关上舱门、安全“返家”那一刻。


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科技创新没有捷径,这支团队从零起步,实现了我国在轨舱外维修工具从无到有的突破。在三年多时间里,研制团队完成了中国空间站核心舱、问天实验舱总计36类238件舱外维修工具的自主研制,累计上行总重量达509千克。随着空间站结构的逐渐完整,他们坚持深耕在轨维修技术、持续打造太空出舱精品,助力舱外维修工具“家族”不断壮大力量。

 

太空上的“螺丝刀”

 

2021年7月4日,神舟十二号航天员执行首次出舱活动,这是空间站舱外电动工具的首次亮相。2022年9月1日,作为此次空间站维修任务的“骨干选手”,舱外电动工具再次不辱使命,配合航天员完成了出舱设备拆装工作。

 

由于发射时火箭对航天器的包络限制,相机抬升支架等舱外结构不能直接展开到位,需要后续由航天员出舱进行调整与维护。舱外维修工具是航天员的“机械伙伴”,直接关系着出舱任务的顺利进行。研制团队结合航天员以往的使用体验反馈,对包含舱外电动工具在内的“机械伙伴”进行多次迭代设计,让它们具有更多的功能,更可靠、更好用。


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相比于空间站本身带给人们的科幻感和视觉冲击力,在出舱工作的直播画面里,舱外维修工具显得更贴近生活。或许有人觉得,舱外电动工具这把太空版“电动螺丝刀”,与我们在市面上随处可见的手电钻似乎没有太多不同。舱外电动工具设计师说:“接到任务的第一时间,由于可参考的经验太少,我们也曾闪过这样的念头,但设计起来才发现有多难。”

 

在失重状态下,航天员出舱时仅能靠扶手和脚部限位器调整姿态,工具和人的受力情况都与地面使用手电钻相去甚远;并且航天员还要身着舱外航天服,单手操作舱外电动工具。为了保证任务顺利推进,研制团队需要对每一个抓握、按压、旋拧操作进行了反复研究。


另外,出舱任务处于舱外复杂的真空和高低温交变环境中,舱外电动工具集电路、电机、电源、热控、机构等组件于一体,必须保证所有组件在如此严苛的环境条件下正常且稳定工作,执行任务全程要保证所有零件不会“逃走”,成为太空垃圾,给空间站长期在轨稳定运行埋下安全隐患……研制团队连续几周不断复核航天员在轨仿真位姿变化的每一幅场景,精准定位舱外电动工具在轨应用的20余种在轨温度变化工况,最终圆满完成舱外电动工具的设计工作。

 

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▲ 航天员陈冬挥手:“我已出舱,感觉良好!”

 

假设自己是航天员

 

如何设计出一套好工具?对于这个问题,研制团队成员心里有一个共同的答案:假设执行出舱任务的是自己。

 

“以这种心情去工作,追求产品的完美就是自然而然的事情。”对于每件工具,设计师们都会进行至少三轮演练:第一轮,从航天员操作角度出发,在脑内从头到尾推演执行任务全过程,并结合出舱工作场景不断完善设计方案;第二轮,在设计图纸的基础上,用计算机建立仿真模型并验证设计功能;第三轮,在工效学评价中与航天员面对面沟通,争取把所有细节做到尽善尽美。

 

针对航天员从问天气闸舱出舱的新场景,研制团队对存放工具的工具箱进行了适应性的改动。但在航天员在进行模拟失重验证时,他们发现,虽然工具箱在功能上可满足指标,但航天员需要身体完全探出气闸舱,才能将便携式脚限位器和舱外操作台取下或装好。“工具取放是航天员出舱任务的第一步,不能让他们在这儿就开始觉得没底。”为此,研制团队与总体单位密切配合,仔细询问航天员感受,数次升级方案,最终确保航天员在半出舱的状态下就能完成取放,有效提升了操作便捷性和安全性。

 

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此外,设计师还对舱外操作台的材质进行了改进,使得其质心降低、转动惯量减小;对安装端头进行了形状优化,便于航天员更顺畅地把舱外操作台插入工具箱的安装座内……围绕取放工具这个“小环节”,研制团队就讨论、修改了数十次。

 

“逼”出来的成功

  

尽管研制周期异常紧迫,研制经验几乎为零,在这个平均年龄只有32岁的队伍里,从未有人打“退堂鼓”。人都是“磨”出来的,这项任务“逼”着每个人快速成长为设计、试验、加工的“多面手”。

 

任务初期,研制工作一度陷入瓶颈,经过多方面调研与探索,头脑活、点子多的他们另辟蹊径,把目光从维修工具本身转移到空间站总装工作中:技能工人们既然能在地面把空间站建设好,那他们对空间站“在轨建设”工作内容是否也有较深的理解呢?

 

为此,他们多次深入生产一线与技能工人交流,来完善自身在产品设计和工程应用中的知识体系,仔细分析每一个使用工况、精确模拟每一个运动轨迹、深入探讨每一个故障模式。

 

团队先后攻克工具功能、环境适应性等方面的多项技术难点,承研过程中共完成产品初、正样文件编制626份,图纸2565份。每一种工具不仅经受了高低温试验、力学试验等严苛考验,还被送到航天员手中进行充分模拟验证,研制团队交出的这份答卷得到了总体单位及航天员系统的高度认可。


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集体的力量擦出智慧火花,年轻的头脑迸发不竭灵感,无畏的精神凝聚攻坚合力。如今,研制团队依然在追求卓越的道路上奋勇前行,他们倾心设计的几件全新“机械伙伴”将随着后续出舱任务逐一亮相。

 

对于后续空间站在轨运行中可能产生的新需求,研制团队也有信心承担好相应工具研制任务,弘扬担当、协作、创新的精神,为空间站建设维护和在轨科学研究贡献力量。



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