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我国空间站阶段航天员首次出舱圆满成功
作者:   添加时间:2021年7月6日
北京时间7月4日14时57分,经过约7小时的出舱活动,神舟十二号航天员乘组密切协同,圆满完成全部既定任务,航天员刘伯明、汤洪波安全返回天和核心舱。这标志着我国空间站阶段航天员首次出舱活动圆满成功。 

  这是中国航天员第二次实施空间出舱活动。2008年9月,翟志刚、刘伯明、景海鹏3名航天员搭乘神舟七号飞船进入太空,翟志刚圆满完成我国首次空间出舱任务。中国成为世界上第三个独立掌握空间出舱关键技术的国家。

  7月4日,记者在北京航天飞行控制中心见证了航天员出舱、在舱外开展工作的全过程。当天早晨8时11分,天和核心舱节点舱的出舱舱门缓缓打开,刘伯明身穿我国自主研制的新一代“飞天”舱外航天服率先出舱。此时,天和核心舱组合体下方是蔚蓝色的地球,云层萦绕,刘伯明忍不住感叹:外面太漂亮啦!

  随后,航天员汤洪波也身穿“飞天”航天服出舱。两人全神贯注投入到工作中,在机械臂上安装脚限位器、抬升舱外全景相机……天和核心舱内,已经是第三次执行飞天任务的指令长聂海胜则全力配合舱外的同伴。在地面,航天科技人员不断发出信息和指令,对出舱活动提供开元88棋牌正版的技术支持。

  在完成全景摄像机抬升作业后,刘伯明把自己的头盔相机对准地球,当起了舱外导游:“现在有白云朵朵,还有成片的像海洋一样的画面。跟随我的步伐,一起自由地飞翔吧……”

  这样的情景看上去很浪漫。不过航天专家告诉记者,航天员出舱其实既辛苦又危险。太空微重力环境下,航天员虽然自身重量的影响大大减小,但精准操控设备的难度却显著增加,需要付出更大的精力和耐心。此外,在太空中,太阳照射面和背对面温差极大,还有宇宙射线、太空碎片等危险因素,对航天员都是考验。不过,我国3名航天员在天地间大力协同、舱内外密切配合下,圆满完成了这次出舱任务。

  中国载人航天工程办公室表示,此次出舱活动首次检验了我国新一代舱外航天服的功能性能,首次检验了航天员与机械臂协同工作的能力,以及出舱活动相关支持设备的可靠性与安全性,为空间站后续出舱活动的顺利实施奠定了重要基础。

  据介绍,目前3名航天员状态良好,后续在轨飞行期间还将进行一次出舱活动。

  揭秘

  太空“大力士”如何托举航天员舱外作业?

  7月4日,中国航天员刘伯明、汤洪波顺利出舱,空间站核心舱机械臂首次发挥重要作用,托举航天员到指定位置圆满完成出舱操作、抬升天和核心舱舱外全景相机的位置,并验证了自身的大范围转移能力。

  空间站核心舱机械臂由中国航天科技集团五院抓总研制,是我国首个可长期在太空轨道运行的机械臂,也是目前同类航天产品中复杂度最高、规模最大、控制精度最高的空间智能机械系统,主要承担舱段转位、航天员出舱活动、舱外货物搬运、舱外状态检查、舱外大型设备维护等八大类在轨任务。核心舱机械臂展开长度为10.2米,最多能承载25吨的重量,是空间站任务中的“大力士”。

  五院专家介绍,机械臂的肩部设置了三个关节、肘部设置了一个关节、腕部设置了三个关节,一共七个关节,每个关节对应一个自由度,就如同人的手臂一般,具有七自由度的活动能力。通过各个关节的旋转,能够实现自身前后左右任意角度与位置的抓取和操作,为航天员顺利开展出舱任务提供强有力的保证。

  为扩大任务触及范围,机械臂还具备“爬行”功能。其肩部与腕部各安装了一个末端执行器,作为机器臂的触手,末端执行器可以对接舱体表面安装的目标适配器,机械臂通过末端执行器与目标适配器对接与分离,同时配合各关节的联合运动,从而实现在舱体上的爬行转移。

  如今,在研制团队的努力下,中国成为世界上第三个掌握大型空间机械臂核心技术并应用的国家,全部核心部件实现国产化。

  此外,航天员在出舱活动中,“机械伙伴”——舱外维修与辅助工具也首次成功亮相。这套工具同样由五院研制,可协助航天员有效克服在轨穿着航天服的状态下手套充压后操作不便、单手操作难度大、在轨防飘要求高等难题。舱外维修与辅助工具不仅有用于舱外设备维修的舱外电动工具、舱外扳手、通用把手等工具,还有各种配合航天员舱外姿态稳定、转换的便携式脚限位器、舱外操作台等辅助工具。

  其中,舱外电动工具作为空间站维修工具产品的“一号选手”,可以适应舱外复杂的真空和高低温环境,具有定力矩拧紧、拧松的工作模式,并且设置有休眠模式。舱外辅助维修工具包含便携式脚限位器、舱外操作台等,便携式脚限位器共设计旋转、俯仰、滚转、偏航四个关节自由度,可协助航天员在舱外调整至执行任务的工作姿态;舱外操作台可协助航天员在维修任务时挂放设备和维修工具,解放双手。

  航天员出舱后如何与地面取得联系?

  7月4日,航天员刘伯明、汤洪波迎来了这次太空之旅的重要环节——出舱活动。在空间站任务中,航天员将进行多次出舱活动,完成空间站的维修、维护及建造等任务。出舱活动时,航天员与地面建立高速及时的通信联系尤为重要。

  此次任务中,刘伯明、汤洪波在舱外工作,各路摄像机拍摄的影像、航天员之间的通话实时传回地面,画面、声音非常清晰稳定,甚至连保险扣固定的声音都能听清。这背后,是天和核心舱与地面测控站间的强大通信能力在发挥作用。

  中国航天科技集团五院研制的第三代中继终端产品,通过与中继卫星天链一号和天链二号建立中继链路,实现中继通信,确保航天员与地面通信的实时畅通。这就好比在太空中搭建了地面与中继卫星、中继卫星与航天员之间的“天路”。

  记者了解到,五院研制的出舱通信子系统在航天员舱外活动范围内实现了无线通信全覆盖,并支持多名航天员同时出舱活动时的通话功能;舱外图像传输子系统为舱外提供无线网络覆盖,通过出舱无线收发设备提供的“热点”进行图像传输,实现了航天员出舱活动实时显示,实时记录。

  此外,为了保证在轨使用的长寿命,空间站中继终端采用了集成化、模块化的设计思路,在保证传输信号质量的同时,方便航天员维修更换。

  亮点

  解码比黄金还贵重的“飞天战袍”

  7月4日,神舟十二号航天员刘伯明、汤洪波从空间站天和核心舱节点舱成功出舱,身上穿着的我国自主研制的“飞天”舱外航天服在太空中格外醒目。

  120公斤重的舱外航天服,是航天员执行出舱活动的铠甲。它像一个人形飞船,充上一定的压力后,可保护航天员的生命安全,抵御外太空的高低温、强辐射等。

  那么,这件比黄金还贵重的“飞天战袍”,是由什么做成的?又是怎么做出来的?记者来到航天员中心研发与总装测试部服装车间,走近一群制衣匠的世界。

  航天服:装配一套需近4个月

  舱外航天服是航天员生命安全的保障。生命安全无小事,体现在工艺上就是复杂且精密。

  舱外航天服的软结构,包括上下肢和手套,从里到外是舒适层、备气密层、主气密层、限制层和热防护层等,既能抵抗太空风险,又能穿着舒适、行动灵活,重而不笨。

  据了解,仅做一副舱外航天服下肢限制层需要260多个小时,而装配一套舱外服需要近4个月……这已经是他们的最快速度了。

  头盔面窗:制作需要经过47道工序

  舱外服上的头盔面窗,是航天员进行出舱活动时观察外界的窗口。

  头盔面窗有多层,最里层为双层压力面窗,是整个头盔的承压密封结构,呈曲面型,直接关系到航天员的生命安全,必须做到绝对安全可靠。

  “且不说它的承压材料要经过多少轮的选择、测试,光密封加缝合就耗时两个月,一共完成47道工序。”中心研发与总装测试部副部长邓小伟说,就拿面窗除尘来说,先吹洗,再不间断擦拭两个小时左右,直到肉眼看不到一丝灰尘。

  其中,粘胶要分多轮逐步进行。每次粘胶,都要将其放到恒温恒湿箱里进行胶固化,再进行气密性测试以及低温露点测试,可视区还要进行充分的氮气置换,防止夹层中残留的水汽在低温情况下起雾影响视线。

  据邓小伟介绍,一套由100余个单机产品组成的舱外航天服在单机研制生产和系统总装过程中要经过严格的自检互检专检三道程序,还要进行环境试验、压力性能试验和工效验证与评价等,确保质量万无一失。

  “波纹袖”:既舒适又灵活

  缝纫车间的王其芳工龄最长,一干就是21年,她手下的针线活走针紧密、顺直,美观又严谨。缝纫组组长杨金兴说:“她做的航天服上肢是最好的!”

  在太空,航天员穿着航天服后活动的操作主要靠上肢实现,所以制作时既要考虑活动的灵活性,还得考虑充压后的承力性。王其芳用一双巧手,做出来的“波纹袖”充压后舒适度和灵活度都是一流的。

  她以打结为例介绍说,因为结点是多条线的交错处,特别硬,就得用簪子扎孔、穿针,再用镊子把针拽出,光打结就有3道工序,一套舱内航天服上肢有76处孔需要打结,仅这个活就得干两三天。

  必须用手工吗?能不能用设备替代呢?车间主任李杨说:“从目前的技术能力看,还真不行。没有任何一个机械比手更灵活。”

  液冷服:全身上下铺线100米

  航天员在舱外活动时会产生热量,需要穿上给身体降温的液冷服。

  液冷服是由弹性材料制成的,全身上下全是细密的小孔,供42根液冷管路线均匀穿过,每两孔间穿1厘米的线,全身上下铺设100米左右,就得穿20000个孔,尤其是头部的蛇形分布线路,得穿出个太极图。

  气密层:反复刷几遍胶

  在真空中,人体血液中的氮气会变成气体,造成减压病,必须给航天服加压充气,否则就会因体内外的压差悬殊而造成生命危险。

  因此,航天服的气密性要求极为严苛。车间的林波师傅介绍说,比如为舱外航天服气密层刷胶,也不是简单地刷,要观察温湿度、刷胶时间、薄厚度要适量均匀。

  “刷完晾,晾完刷,要反复刷上几遍。”林波说。

  金属“硬躯干”:不能有0.1毫米细微毛刺

  舱外航天服有个金属结构的硬躯干,外形像是一个铠甲,背后挂有保障生命的通风供氧装置。李杨介绍说,光单机产品有100来个,由30多个外协单位分别生产,最后从五湖四海聚集到舱外服系统集成总装车间装配。

  金属“硬躯干”上有1000多个米粒大的小孔,和配套的各种不同规格的螺丝,组长岳跃庆带着组员们用镊子夹着酒精棉一点点仔细擦拭,再用放大镜检查是否彻底擦洗干净。

  “一粒浮尘都有可能酿成大祸。”岳跃庆说。

  碰到毛刺,岳跃庆就变身整形医生,要给金属表面做“磨皮”手术。多年来,岳跃庆练就了“好手功”。他说,哪怕是0.1毫米的细微毛刺,都能摸出来。

  背包门:航天员“生命之门”必须密封严实

  舱外服的背包门被称为航天员的“生命之门”。在太空环境下,背包门如果密封不严,将直接威胁航天员的生命。

  岳跃庆介绍说,背包门的插销座有4组、插销门有4组,插销座和插销门合上时要天衣无缝。

  为此,他们用卡尺一点点地量,精度精确到几十微米。最终,他们用极精准的工艺手段使得开背包门省力一半多。此外,他们还凭着毅力和巧劲,硬是把口径只有几毫米的不锈钢小孔打磨得跟镜面一样光滑。

     
 
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