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揭秘神七艙外航天服:打造航天員的“生命盾牌”

2008年09月27日 18:23 來(lái)源:中國(guó)新聞網(wǎng) 發(fā)表評(píng)論

  中新網(wǎng)9越7日電 題:艙外航天服:打造航天員的“生命盾牌”

  作者:崔寧 劉瀾 李家望 翟衛(wèi)平 陳安波 高陽(yáng)

  完成航天員首次太空行走是“神舟七號(hào)”飛行任務(wù)中一項(xiàng)重要的內(nèi)容,這項(xiàng)任務(wù)能否順利完成,艙外航天服是關(guān)鍵。中國(guó)航天科技集團(tuán)公司運(yùn)載火箭技術(shù)研究院、四川航天技術(shù)研究院、中國(guó)航天時(shí)代電子公司等單位在參與艙外航天服的研制工作中,大膽創(chuàng)新、集智攻關(guān),在這個(gè)世界上只有少數(shù)幾個(gè)國(guó)家掌握的高精尖技術(shù)領(lǐng)域,寫下了中國(guó)航天的名字。

  運(yùn)載火箭總裝廠

  打造航天員的生命“盔甲”

  軀干殼體是艙外航天服的主體,是航天服的裝配集成中心,各種設(shè)備、儀器都要與之連接,是艙外航天服研制的重中之重,承擔(dān)這一研制任務(wù)的是中國(guó)航天科技集團(tuán)公司運(yùn)載火箭總裝廠。

  艙外航天服軀干殼體為鋁合金薄壁硬體結(jié)構(gòu),與背包系統(tǒng)裝配后共同承受地面運(yùn)輸、上升段的各種載荷,具有壓力防護(hù)、載荷支撐、密封等功能,是名副其實(shí)的航天員的生命“盔甲”。

  從2006年2月14日接到了任務(wù),到2007年11月25日交付正樣第一件產(chǎn)品,再到2008年2月圓滿完成艙外航天服軀干殼體研制任務(wù),作為中國(guó)最大的運(yùn)載火箭總裝集成企業(yè),運(yùn)載火箭總裝廠臨危受命,不斷創(chuàng)新,突破傳統(tǒng)制造領(lǐng)域和管理模式,用科技實(shí)力打造航天員生命的“盔甲”,走出了一條型號(hào)研制創(chuàng)新之路。

  艙外航天服開始研制時(shí),正值中國(guó)航天高密度發(fā)射第一階段之前的生產(chǎn)高峰期,運(yùn)載火箭總裝廠科研生產(chǎn)任務(wù)非常繁重。該廠確定了創(chuàng)新管理、科學(xué)管理的指導(dǎo)思想,不斷創(chuàng)新管理手段,以管理促進(jìn)度,向管理要效率。在首件產(chǎn)品研制過程中,運(yùn)載火箭總裝廠采用了工藝技術(shù)準(zhǔn)備、工藝試驗(yàn)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)并行;工裝設(shè)計(jì)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)并行;工裝設(shè)計(jì)和工裝制造并行的 “三并行”工作方式。將產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造并行組織,統(tǒng)籌管理,有效地解決了時(shí)間緊、任務(wù)重、人員少的矛盾,順利實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)半月完成首件生產(chǎn)、17個(gè)月完成正樣產(chǎn)品研制以及模樣、初樣、正樣轉(zhuǎn)階段的目標(biāo)。

  艙外航天服研制在我國(guó)尚屬首次,沒有任何經(jīng)驗(yàn)可循。軀干殼體更是造型復(fù)雜、結(jié)構(gòu)緊湊、形狀特異,產(chǎn)品性能和精度要求非常高。運(yùn)載火箭總裝廠知難而進(jìn),不斷探索,奮勇攻關(guān),先后攻克了軀干薄殼成型、門法蘭電子束焊接、壓力盔成型、濾波骨架成型、風(fēng)管成型、焊接變形控制、整體協(xié)調(diào)工裝等7項(xiàng)技術(shù)難關(guān)。

  軀干薄殼是一件只有1.5mm的薄壁零件,除了外形特異,還開有5個(gè)法蘭孔,局部法蘭孔甚至為負(fù)角度翻邊,加工難度極高,常規(guī)工藝幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)。運(yùn)載火箭總裝廠的技術(shù)人員在不同厚度、不同材料上反復(fù)進(jìn)行成型和翻邊試驗(yàn),最終用工藝焊縫及定位孔解決了薄殼成型和定位問題;通過數(shù)控加工和電火花特種加工相結(jié)合的方法,實(shí)現(xiàn)了機(jī)械加工無(wú)法實(shí)現(xiàn)的肩法蘭整體無(wú)縫加工;最后對(duì)薄殼進(jìn)行電磁脈沖校形,使薄殼成型后平面度達(dá)到0.8毫米以內(nèi)。

  門法蘭是軀干殼體的整體裝配、焊接基準(zhǔn),同時(shí)軀干殼體通過門法蘭與背包裝配,保證航天服上肢體的密封和協(xié)調(diào),因此門法蘭的形位尺寸至關(guān)重要。門法蘭與軀干薄殼的焊接采用高能束電子束焊接。高能束電子束焊接對(duì)裝配精度要求非常高,要求無(wú)間隙焊接。運(yùn)載火箭總裝廠研制人員從工裝設(shè)計(jì)源頭抓起,在殼體修配、驗(yàn)核的基礎(chǔ)上進(jìn)行工藝裝配、焊接試驗(yàn),通過5個(gè)試驗(yàn)件完善了焊接工裝,保證了殼體的裝配要求;確定了整體固定、分段焊接的工藝方案,確保了殼體的焊接質(zhì)量。

  軀干殼體上共有33個(gè)聯(lián)接法蘭和支架,70條焊縫,而且公差要求嚴(yán)格,局部法蘭焊后圓度要求0.025毫米,精度達(dá)到機(jī)械加工級(jí)別。由于法蘭位置集中,各法蘭焊接過程中相互限制,焊接應(yīng)力相互影響,焊接變形控制難度大。鈑金車間和箱體焊接車間的技術(shù)人員聯(lián)手攻關(guān),通過鈑金校形、殼體反變形、自制工裝、局部裝卡等方式解決了裝配問題,并通過合理的焊接順序和分段焊接將焊接變形控制到最小,滿足了交付的要求。

  據(jù)統(tǒng)計(jì),運(yùn)載火箭總裝廠在研制過程中共使用工裝113項(xiàng)、307套,工藝試驗(yàn)件27項(xiàng)、156件。產(chǎn)品設(shè)計(jì)指標(biāo)合格率由模樣第一件39.6%達(dá)到正樣產(chǎn)品95.9%,關(guān)鍵指標(biāo)100%合格。

  除軀干殼體外,運(yùn)載火箭總裝廠還完成了航天服艙外頭盔、下肢腰法蘭、通風(fēng)流量分配管路等產(chǎn)品的研制生產(chǎn),為整個(gè)航天服的技術(shù)攻關(guān)和生產(chǎn)做出了突出貢獻(xiàn)。

  航天材料及工藝研究所

  調(diào)節(jié)生命溫度的小小閥門組件

  在艙外航天服這個(gè)生命保障系統(tǒng)中,放氣閥和氣液組合插座液路閥是其中兩個(gè)必不可少的零件。主要是調(diào)節(jié)航天服的溫度,以確保生命保障系統(tǒng)正?煽抗ぷ鳌7艢忾y和氣液組合插座液路閥都是通過膠粘劑粘接,將聚四氟乙烯塑料與不銹鋼粘接在一起,組裝成零件。由于聚四氟乙烯表面極性低,與其它材料的粘接性能差,如何保證其與不銹鋼的粘接可靠性,并能夠在高低溫循環(huán)過程中不出現(xiàn)脫粘是很大的難題。面對(duì)這一嚴(yán)峻考驗(yàn),航天材料及工藝研究所膠粘劑專業(yè)組的科研人員經(jīng)過數(shù)月的艱苦攻關(guān),成功地解決了這一難題。

  在試驗(yàn)過程中,科研人員首先要解決的是放氣閥和氣液組合插座液路閥泄漏問題?蒲腥藛T積極查閱資料,想辦法,采取了組件著色、顯微鏡下解剖觀察方式尋找泄漏原因,最終確定泄漏主要是由于膠粘劑粘接不好,導(dǎo)致不銹鋼層與聚四氟乙烯層脫粘所造成的。

  然而,聚四氟乙烯與不銹鋼的粘接在國(guó)內(nèi)外都是一個(gè)難題,現(xiàn)在面臨的難題是兩種材料曲面連接,而且還要承受一定的高低溫循環(huán),難度很大?蒲腥藛T結(jié)合多年的膠粘劑工作經(jīng)驗(yàn),確定采取增加金屬表面粘接面積,對(duì)聚四氟乙烯表面進(jìn)行處理,采用能耐一定高低溫、流動(dòng)性好的膠粘劑進(jìn)行粘接的工藝方案。方案確定了,技術(shù)人員分工去進(jìn)行試驗(yàn),有的進(jìn)行增大金屬表面的粘接面積的研究、有的進(jìn)行聚四氟乙烯表面處理方法的研究、有的進(jìn)行膠粘劑的篩選工作。經(jīng)過大家的共同努力,完成了一批新的試驗(yàn)件,并且全部通過了高低溫循環(huán)試驗(yàn)的考核。

  在初次試驗(yàn)大捷后,膠粘劑專業(yè)組的科研人員并沒有因此停下腳步,大家深知自己研制的產(chǎn)品關(guān)系到航天員的生命,絕對(duì)不允許出現(xiàn)任何差錯(cuò)。在工藝過程中,金屬殼體與聚四氟乙烯粘接固化時(shí)邊緣有余膠擠出,在清理余膠的過程中可能會(huì)對(duì)膠層造成微小破壞;吸氣管插入需要在側(cè)壁上進(jìn)行打孔,這樣會(huì)使膠層受到壓力,可能給膠層邊界帶來(lái)缺陷。為了避免這些隱患,做到產(chǎn)品百分之百可靠,他們開始為完善工藝積極攻關(guān),采取放氣閥殼體與吸氣管一體結(jié)構(gòu)和采用粘接定位工裝,避免了機(jī)加工打孔和邊緣的余膠清理工作。采用新工藝新結(jié)構(gòu),生產(chǎn)了幾個(gè)批次的試驗(yàn)件,全部通過考核試驗(yàn)。為確保產(chǎn)品的性能,他們對(duì)其考核條件進(jìn)一步加嚴(yán),表明產(chǎn)品仍然可以滿足使用要求。

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編輯:朱鵬英】
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