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精心打造太空之家--神舟飞船返回舱研发纪实

http://www.sina.com.cn 2003年10月15日11:42 中国航天报

  □本报记者 冯春萍

  飞船是航天员航行在茫茫太空中的家。为航天员提供一个安全、舒适的理想居家环境,既是载人航天工程提出的严格要求,也是航天科技工作者的由衷心愿。

  有害气体发出无声警报

  2001年7月,夏日的巴丹吉林沙漠热浪滚滚。神舟飞船返回舱一次例行的综合空投试验正在这里进行,以进一步验证神舟飞船返回技术的可靠性。

  随着“咚”的一声闷响,飞船返回舱从空中落下,一股微黄的尘烟扬起。现场科技人员很快跑着围拢过去,仔细查看返回舱外表的撞击情况。接着按程序打开了返回舱舱门。就在这一瞬间,一股白烟从舱中逸出,门前的人闻到了一股刺鼻的怪味。“有点像燃放爆竹后的火药味儿”,一位参加试验的工作人员如是说。

  返回舱里怎么会有味?如果航天员在里面会有怎样的影响?这是一次偶然发现,有点意外。

  神舟一号、神舟二号飞船都已成功地发射过了,并没有发现有这样的现象。后来一分析,正常发射飞船时,返回舱要在落地一段时间后才开舱,那时味道已散开了,也就没人太留意。而作试验不同,返回舱落地没一会儿就开了舱,弥漫在舱内的异味还没来得及飘走。

  怪味引来警觉。经仔细检查后发现,返回舱舱内有害气体严重超标,其主要成分是一氧化碳。

  这股怪味非同小可,它对未来升空的航天员将会产生很不利的影响,甚至危及航天员的生命安全。在飞船总指挥袁家军、总设计师戚发轫的亲自带领下,飞船总体设计人员与有关系统人员,查设计方案、图纸,查工艺质量控制环节,希望通过一一排查,找出设计缺陷,截断有害气体来源。

  循着蛛丝马迹,疑点渐渐浮出水面。经过多次分析试验,科研人员认为“元凶”主要来自两个渠道:一是火工品工作时向舱内泄漏的燃气,二是从舱内非金属材料中脱出的有害气体。原来,飞船返回舱内的火工品种类很多,这些火工品工作后产生的气体泄露到了返回舱内,舱是密封的,气味自然逸不出去。

  如何解决舱内的有害气体问题呢?

  改进火工品首当其冲。

  对返回舱内使用的几种主要火工品,研制人员进行了单项密封试验和整舱综合点火试验,之后组织有关专家对各种火工品的密封结构设计、垫圈选择和安装工艺等措施进行复查,全方位查找泄漏之谜。改进-生产-试验、再改进-再生产-再试验的过程必不可少。每改一次,都要经过地面试验验证改进效果,不行就再改,直到达标为止。

  但火工品的改进只能减少有害气体的产生,却并不能做到彻底“排毒”。有效的“排毒疗法”还需双管齐下甚至多管齐下。

  戚发轫总师带领攻关组做了无数次的试验,想了各种各样的对策,最后还是用大禹治水的办法,先“疏”后“堵”。在飞船返回舱身上钻通一个个“神秘”的小孔,既能把有害气体排出舱外,消除隐患;又能保证舱外的气体流不进舱内来,保持密封。同时,他们还新研制了一个有害气体过滤器,做到了多重保险。

  就这样,对付有害气体的攻坚战在不知不觉间打了两个年头。

  2003年5月,肆虐的“非典”疫情正在北京无情地蔓延,空气里似乎都弥漫着SARS病毒。这时,飞船研制者对飞船返回舱内里有害气体的严厉“打击”也到了最紧要的检验关头。5月中旬,又一次大型综合试验如期进行。检测数据表明,有害气体产生的源头已被彻底控制,神舟飞船返回舱内异味不复存在,两年的综合治理终于大见成效。

  密封座舱拒绝潮湿侵袭

  飞船上有了人,湿度问题随之而来,这也是载人飞行所具有的特性之一。人的呼吸、排汗等正常的代谢,每天可产生1公斤多的水汽。这些水汽在飞船比较冷的舱壁、仪表表面等部位会凝上一层霜雾,而电气设备受潮容易引起短路,影响设备的正常运转。

  在原先的设计中,由于缺乏经验,对飞船载人后会产生什么样的情况尚有认识不足之处。比如返回舱内的电缆接插件,有的具备防水功能,有的不具备。发射无人飞船时,这个问题几乎体现不出来,但一旦载人,这就成了安全隐患。

  为提高电气设备可靠性,研制人员对所有电缆接插件做了模拟结露结水试验,看究竟是哪些部位会出问题。他们利用吸水材料吸收表面冷凝水,对舱内电缆插头进行密封防潮处理;试用过各种颗粒状的吸湿材料,比如粉末以及类似婴儿用的尿不湿的纤维织物等,措施都十分有效。

  随着载人意识的不断加强,在神舟三号与神舟四号飞船上,均安装了湿度传感器,对座舱湿度进行了测量。但是,由于舱内并没有产湿源,因此还不能作为湿度控制效果的评价依据。无人飞行试验中很难对湿度控制功能进行全面考核,为此,研制人员又做了大量的地面试验,收集数据进行分析。2002年进行神舟四号人船联合测试时,2名航天员进舱试验,最终的数据显示,舱内湿度能满足医学要求。

  细心的研制人员还由此联想到,万一飞船返回舱回收时意外地溅落在海上,暴露在舱外的电缆、天线会不会遭受海水的“攻击”。为防止出现这样的“险情”,他们又加紧对这些部位做防水处理,天线加装了橡胶的防水套,电缆则加了密封圈,舱内也采取了相应的隔断办法,大有不把潮气阻挡在返回舱外誓不罢休的劲头。

  2002年1月,一支小分队奔赴海滨城市烟台,进行了中国航天研制历史上首次海上飘浮试验。

  那一天,租用的船只按计划出海。飞船返回舱被拉到了大海深处。队长和他的同事们禁不住有些提心吊胆,他们想象不出返回舱掉到海里会发生什么事情。

  当地驻军派出蛙人协助他们进行试验。当返回舱被抛进海里后,身着橙红色救生衣的蛙人纷纷跳进水中。虽是试验,但模拟的却是真实场景,场面颇为壮观。蛙人进行了海上出舱演练,他们站在返回舱边缘可以落脚的地方踩来踏去,以此观察返回舱不同角度的倾斜程度,另外还要看返回舱能够自己顺流飘多远,便于发现目标所在位置的海水染色剂能保持多长时间、卫星能不能收到海上信标机发出的信号……

  事关航天员的生命安全,试验队员们目不转睛地盯着返回舱在海水里的每一个细节———返回舱溅落水中的自然状态什么样、返回舱上的降落伞打开后飘在海面会不会拖舱、飘浮状态舱的流动速度是多少……已经采取的防水防潮措施的可靠性,在这次试验中得到了进一步验证,保证不会因此出现影响航天员安全的一丝隐患。


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