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飞船系统已近乎完美
  文章来源:科学时报 2008-9-26 发布时间:2008-09-26 【字号: 小  中  大   

    从整个载人航天工程的七大系统来看,受航天员出舱进行太空行走这一任务影响最大的就属载人飞船系统了。

    9月5日下午,载人飞船系统总指挥尚志、载人飞船系统总设计师张柏楠、载人飞船系统副总指挥秦文波等接受了媒体记者的采访,详细介绍了神舟七号载人飞船的具体情况。

    “针对‘神七’担负的任务特点,载人飞船系统的科研人员进行了全新设计,与神舟六号、神舟五号飞船相比,神舟七号载人飞船无论从外观还是到内部结构都作了较大改变。”张柏楠表示,用牵一发而动全身来形容神舟七号飞船一点不为过。

    张柏楠在接受《科学时报》等个别媒体专访时还透露,经过“神一”到“神七”的飞行检验,神舟载人飞船将进入稳定发展状态,在神舟八号任务中,飞船将不再作为考核项目,而是进入应用阶段。

    轨道舱改成了气闸舱

    在中国酒泉卫星发射中心,记者见到了即将奔赴太空的神舟七号载人飞船。从外观上看,神舟七号载人飞船明显比神舟六号载人飞船少了一对“翅膀”。

    “原来的飞船像蜻蜓一样,前面一对翅膀,后面一对翅膀,而改造后的神舟七号载人飞船上的轨道舱被改成了气闸舱,取消了留轨的功能。当航天员返回以后,气闸舱就成为轨道的自由飞行物,最终自然烧毁,因此它不再需要能源,气闸舱上的太阳能电池翼也就被取消了。”秦文波介绍。

    如果说少了一对“翅膀”只是外观上的改变,那么对于整个“神七”载人飞船来说,最大的动作应该是把轨道舱改成了气闸舱。

    “这正是我们研制难度最大的地方。”张柏楠说。

    将轨道舱改成气闸舱,主要是针对航天员出舱行走的任务特点需要而进行的改进。气闸舱是航天员从返回舱到舱外、再从舱外返回返回舱的通道。两名航天员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。航天员就在密闭的气闸舱内换穿舱外服,并完成吸氧排氮程序,随后进行泄压后打开气闸舱通向飞船外的舱门,航天员进行舱外行走。结束后再按照相反程序返回。

    因此,在设计轨道舱时,一方面要保障航天员的安全,这是重中之重;另一方面,“神七”飞船要在我国一期飞船的三舱构型已经成熟的基础上,利用原有构型,将轨道舱改成气闸舱。

    “这其实比单独设计气闸舱增加了难度。”尚志在接受《科学时报》等记者的专访时介绍。

    尚志介绍,在气闸舱的设计中,最令人担心也最关键的,是气闸舱要通过泄压和复压过程实现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。

    不仅在航天员出舱前必须迅速将气闸舱泄压,而且当航天员完成出舱活动回到气闸舱后,又要迅速将气闸舱内的压力恢复到正常状态,也就是1个大气压,从而保证航天员的正常生存;否则,航天员将不能正常返回地面。

    尚志说,要想把轨道舱改进成为气闸舱,必须具备两个条件:一是密封;二是要有泄复压功能。要保障气闸舱的密封性,其中最关键的是舱门。在国外的出舱活动中,舱门出现故障的情况比较多。舱门若不能保证密封,轨道舱内就无法复压,意味着两名航天员将无法脱掉舱外航天服,不能回到返回舱;泄压、复压不能太慢,否则会延长航天员的活动时间,增加其他系统的压力;也不能太快,因为无论增压或减压,都会给航天员的身体造成伤害和危险。

    “我们最终克服了种种困难,并通过自主研发,成功将轨道舱改成了能适应‘神七’任务的气闸舱。”尚志说。

    更人性化的设计

    “气闸舱除了是航天员从返回舱到舱外、再从舱外返回返回舱的通道外,也是航天员工作和生活的场所,这与‘神五’、‘神六’载人飞船的功能是一样的。”张柏楠介绍。

    所不同的是,在神舟七号载人飞船载人航天飞行任务中,将有3名航天员,其中,飞行乘组中2名航天员将进入飞船轨道舱,着舱外航天服完成出舱活动准备。

    “上3名航天员是神舟载人飞船最大的设计指标,虽然以前有神舟五号载人飞船一名航天员和神舟六号载人飞船两名航天员的经验,但是上3名航天员,飞船的有效供给氧、睡袋、消耗配给量等要适应3人的变化,尤其是回收重量也增加了很多,载人飞船因此要进行很多改进和实验。”张柏楠介绍说,神舟七号载人飞船有了更加人性化的设计。

    载人飞船系统副总设计师潘腾则介绍,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。

    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,因此飞船必须携带3人5天的生活用品,加上舱外航天服一套就有120公斤重,因此轨道舱空间的合理布局也是一个不小的难题。

    经过改进后的气闸舱,内部空间已经达到7.4m2,设计者是利用计算机进行提前模拟设计之后,才进行真正布局的。为了使处于失重状态的航天员工作得更为便捷,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,方便了航天员的工作,也提高了人机运行效率。现在,航天员在气闸舱内的空间活动可以得到最大的满足。

    此外,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20多个“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,用做着力点,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。

    航天员在飞船内乘坐的座椅也被进行了改造。潘腾介绍说,“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,设计人员考虑到座椅下一个压力燃气包里的有害气体万一发生泄露,后果不堪设想,为保证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。采用压缩空气,即使发生泄漏,也不会对航天员的身体产生任何不利影响。

    可全程拍摄航天员的活动

    神舟七号载人飞船载人航天飞行任务将首次实现中国航天员出舱并在太空行走,而这一过程也引起了广大民众的关注,人们都希望能从电视画面上观看到这一场景。

    “这个愿望应该能得到满足。”秦文波在接受记者采访时介绍,神舟七号载人飞船上一共装有5台摄像机。其中一台安装在推进舱上,航天员从飞船的扶手出来,可以通过这台摄像机拍摄到航天员出舱的活动;第二台摄像机安装在返回舱里面,三名航天员在返回舱的活动都可以通过这台摄像机来反映;第三台摄像机在气闸舱里面,可以记录两名要穿出舱航天服的航天员做准备工作的情况,以及气闸舱泄压、复压的过程;第四台摄像机安装在气闸舱的上面,这是一部舱外摄像机,主要用来拍摄航天员太空行走和完成科学实验操作的过程,此外,这台摄像机上还带有灯,它主要是为在飞船挡住太阳的时候,保证摄像机仍能拍摄到航天员的舱外活动场景;第五台摄像机在航天员的手里,主要用来拍摄地球和湛蓝的天空。

    “这5台摄像机能保证航天员的舱内、舱外活动的全程记录。”秦文波说。

    飞船将进入应用阶段

    “经过神舟一号到神舟七号的试验阶段,每个神舟飞船都赋予了它不同的任务,进行了不同的试验和技术验证,神舟七号任务成功后,意味着所有飞船技术经过了考核,以后将进入稳定发展阶段。”张柏楠透露。

    张柏楠说,整个载人航天工程都是从简到繁、从易到难,例如从神舟一号到神舟六号、到神舟七号,从无人到载人,从一人到三人,飞船舱体从以前只在返回舱,后来到轨道舱,现在又到气闸舱,神舟飞船处在一个平稳向前发展过程中。神舟七号飞船试验成功后,在神舟八号,我国将制作标准的载人飞船,届时神舟飞船的状态将被固定下来。

    张柏楠说:“神舟八号任务时,飞船将不再作为考核项目,而是进入飞船的应用阶段。”

    在谈到我国为何选用飞船而不是航天飞机时,张柏楠坦言,神舟载人飞船的能力确实不如航天飞机。航天飞机存着成本高、研制周期长的弊端,一架航天飞机的造价就要10亿美元,而且系统太复杂,安全措施就会考虑得少一些,可靠性就可能降低。而飞船具有研制周期短、造价低的特点。

    “所以相比起来,飞船更适合我国的国情,更适合用做比较稳定的往返的载人航天的飞行器。”张柏楠说。

    而与俄罗斯等国的载人飞船相比,神舟载人飞船的空间更大、环境更加舒适。电气设备的技术和数字化应用都比较强。

    尚志则透露,神舟载人飞船的固化状态,也就是模块化生产线,包括生产图纸、生产管理模式、生产工位、工装等,现在正初具规模。后期的定期升级,则要根据后期的应用情况而定。

    “随着发射密度增大、数量增多,飞船的产业化生产不是不可能的事情,我们也欢迎、愿意提供给其他国家使用。”尚志说。

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