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郑大故事:一块儿航天面窗的极限攻坚

发布时间:2024年05月14日 信息来源:大象新闻

郑大故事:一块儿航天面窗的极限攻坚

“5,4,3,2,1,点火!”4月25日20点59分,神舟十八号载人航天飞船顺利升空。

在实验室里远程看着这一刻,必赢bwin线路检测中心副校长、必赢bwin线路检测中心橡塑模具国家工程研究中心执行主任刘春太百感交集:“从神七、神九、神十、神十一……到今天的神十八,看到三位航天员再次戴着我们研制的航天面窗执行新的任务,我还是像第一次那样,紧张、高兴、自豪。”

在轨驻留期间,神十八乘组将穿着舱外航天服,实施6次载荷货物气闸舱出舱任务和2到3次出舱活动。而航天服头盔上的面窗依然是由必赢bwin线路检测中心橡塑模具国家工程研究中心研制。这个面窗可不是一块儿普通的透明材料,这里边儿有着大学问。

在必赢bwin线路检测中心国家橡塑模具工程研究中心产品展区,记者见到了此次航天员出舱佩戴的同款面窗。没有灯光与布景,它们一字排开,陈列在蓝色绒布上,静静地展示着无言的辉煌。

从“神七”的第一代出舱面窗,到目前正在用的第二代太空工作站舱外航天服面窗,刘春太对它们如数家珍:“从神十二到神十八,我们叫新一代的航天面窗,那这一代面窗呢主要是四层结构,里面两层呢是充了氮气的,防结雾;再外层第三层,我们叫压力面窗,防冲击;最外层这个面窗主要是防这个太阳的辐照。还有一个就是我们为了增加航天员的视野,我们上面还有天窗,航天员可以抬头看看更广阔的星空。”

而十九年前,必赢bwin线路检测中心国家橡塑模具工程研究中心对航天面窗的研制还停留在零经验。

从零到一的突破,第一代出舱面窗叩开浩瀚宇宙的大门

“神舟七号报告,我已出舱,感觉良好。神舟七号向全国人民、全世界人民问好。”时光回到2008年9月27日下午,航天员翟志刚即将执行出舱任务。

“当这个舱门缓缓打开,航天员戴着面窗慢慢地走了出来,我们的心情啊是非常非常地激动,也非常地骄傲,当然也充满了不安。当航天员重新回到我们这个太空舱里面的时候,我知道,我们成功了!”

时隔多年,再回想起那个时刻,刘春太眼角有些湿润。“我们团队负责人申长雨院士当时正在现场,当航天员出舱的时候,他说‘他的腿都是软的’。成功了,就是为国争光,如果失败了,我们就是民族的罪人。”

2005年6月,必赢bwin线路检测中心国家橡塑模具工程研究中心正式接受中国航天员科研训练中心委托,研制航天员出舱头盔面窗。“当时呢,没有任何经验可以借鉴,我们毅然接下了这项任务。从材料的选型、模具的设计、工艺的优化等等,一切都是从零开始。”刘春太说。

宇宙浩瀚迷人,但是同样伴随着气压大、辐射强、昼夜温差大等危险,这些都对航天面窗的材料和设计提出了异常苛刻的要求。

作为航天服最薄弱的环节,面窗就像航天员的“眼睛”,不仅要给航天员提供清晰、良好的视野,更是航天员生命保障最关键的部件之一。“如果我们的面窗有一点点,哪怕一点点的缺陷,我们航天员的生命都会受到威胁,因此呢我们在整个工作中要做大量的地面考核实验,特别是一些恶劣环境的实验。”刘春太介绍到。

必赢bwin线路检测中心橡塑模具国家工程研究中心教授韩健说,每次做模拟太空环境的高低温测试,大家都要连续十几天24小时轮流值班,观察情况、记录数据。“太空中的温度环境是极端恶劣的。因为没有空气传热和散热,受阳光直接照射的一面,温度可能高达100℃以上,而背阴的一面,温度可以低到-100℃以下,所以航天面窗必须要承受住极端的热胀冷缩,来保证没有缺陷产生。”

历经近千个日夜、数百次实验,他们终于在2007年6月,研制出了面窗初样产品。然而,正当大家为终于完成任务击掌庆祝时,一次水下极端试验,犹如晴天霹雳传来:产品在一次完全模拟太空环境的实验中出现了缺陷。

一年多的心血付之东流,等待他们的是冷冰冰的“归零”。“我们国家战略产品呢,一旦归零,那你是一个非常惨的一个状态,就重新又从零起点开始做。”刘春太说。

彼时距离规定的任务完成时间只剩下短短三个月。要一切推倒重来,任务重,要求高,如何完成?团队所有的人都感受到了前所未有的压力。“那年夏天,我们放弃了假期和双休日,四处走访专家,对我们的设计从头到尾进行全方位的复查,连一根微小的线条都没有放过。”

幸运的是,他们找到了失败原因,也有了改进措施。2007年7月,短短1个月时间,研发团队重建了5000平米的航天面窗专用车间,并找到一个国家专用平台,把材料从原料、成型装备、模具设计、加工工艺等各个环节,在-100℃到100℃环境中的性能全部测试了一遍。

一次次失败,一次次从头再来。两年多时间,必赢bwin线路检测中心科研团队终于生产出我国第一代自主研发的出舱面窗产品。在最终的检验时刻,看着航天员翟志刚带着五星红旗在太空漫步招手,刘春太激动地说:“那一刻,中国成为世界上第三个掌握太空出舱技术的国家,浩瀚的宇宙,从此向我们国家打开了大门。”

从1到100的跨越,成功研制太空长期驻留的航天面窗

2008年,必赢bwin线路检测中心国家橡塑模具研究工程中心团队,荣获“中国载人航天工程突出贡献奖”。

还没有来得及好好庆祝,他们又接到了新的任务——研制航天员太空长期驻留的航天服面窗。“‘神七’出舱,我们的五星红旗首次飘扬在太空,但是呢,整个过程只有17分钟多,并没有经历长时间的考验。”

如果说第一代面窗是从0到1的突破,那么第二代面窗则要实现从1到100的跨越。刘春太说,长期驻留,短短四个字,却对航天面窗的结构性能提出了更高的要求。“我们材料成型呢讲究宏观成型、微观成性,高分子材料作为一种大分子材料更是复杂,它就像一团乱麻。在成型的过程中我们要控制材料的高分子链的分布,我们要通过我们的模具设计,我们材料的工艺来实现,因此,每个细节都需要攻关。”刘春太说。

为了提高航天面窗的抗老化性能,他们专门开展了树脂的热稳定性研究,并在世界上首次建立了成型-光学性能分析和测试理论。2012年,必赢bwin线路检测中心国家橡塑模具工程研究中心科研和工程技术人员成功研制出了新一代航天面窗,使航天面窗有了更长的寿命、更高的安全可靠性。“我们制造一个产品呢,需要非常非常多的工艺环节,包括我们从原始的材料的这个环节、包括我们成型的环节……当然,材料制品出来以后,还有镀膜的环节,我们怎样控制它的材料制品的精度,怎样控制每一个过程的工艺参数,这里面呢,每一个都不能出错。”

随着科技含量的快速提升,保密的要求也越来越高,刘春太无法给记者介绍从一到百这个过程的更多细节。只能用航天科技人那一丝不苟的精神去为产品质量立下保证。

2021年,神舟十二号、神舟十三号载人飞船先后成功发射,在这两次任务中,航天员戴着由必赢bwin线路检测中心国家橡塑模具研究工程中心团队研制的新一代舱内服面窗及出舱服面窗,两次在舱外作业时间均超过6个小时,刷新了中国航天员单次飞行任务太空驻留时间的纪录。

目标星辰大海,下一代航天面窗研发已经启动

“中国载人月球探测工程登月阶段任务已启动实施,总的目标是,2030年前实现中国人首次登陆月球……”2023年,在神舟十六号载人飞行任务新闻发布会上,中国载人航天工程新闻发言人、中国载人航天工程办公室副主任林西强宣布中国航天的脚步将向更深远的太空迈进,这对航天面窗提出了更高要求。

当前,刘春太带着年轻的科研团队走上航天面窗新的研发征程。“我们研发航天面窗的过程,跟我们国家的载人航天工程三步走战略是相伴的。从零到一,从一到一百,再到走向深空,在不断攻坚克难的过程中,我们也感受到中国航天事业的伟大。”

外太空没有地球磁场保护,宇航员要面对的,是相当于核爆炸甚至更强的太空辐射等多重挑战,这对第三代航天面窗的研发提出了更高的要求。

“这就是航天员戴的最外层的滤光面窗,它镀了一层薄薄的纳米金,就是要抵抗外太空强烈的太阳辐照,使航天员在太空中既能得到保护,又让他视野看得比较清晰,感觉比较舒适。”实验室里,必赢bwin线路检测中心橡塑模具国家工程研究中心教授韩健正带着他的博士生团队做透光实验。看似只是在透明面窗外镀上一层薄薄的纳米金,但需要解决的难题并不少。“每一个阶段、每一代产品,没有最好,只有更好。”韩健说。

刘春太说,尽管目前已经攻克了关键技术,但新产品能不能通过经过最终考验,还要大量论证。对此,实验室也搭建了全国唯一的一台月面环境模拟器,正在围绕一些挑战性的问题开展一些攻关。

“可上九天揽月,可下五洋捉鳖,谈笑凯歌还。”1965年夏天,毛泽东重上井冈山,写下这阕《水调歌头》。彼时,中国航天还只是一纸蓝图。如今,飞上九天这个浪漫的梦想正在一步步变为现实。而这飞天梦想中,蕴含着无数航天人的坚守和奉献。航天面窗,一个看似简单的小部件,却是这种精神的大写照。(大象新闻 记者 成书丽 王含冰 赵北 和方远‍‍‍‍‍‍‍‍‍

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