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神舟飞船设计师:手动对接和自动对接互为备份

http://www.sina.com.cn  2012年06月28日10:15  新浪嘉宾访谈

  6月18日下午,飞船设计专家、神舟飞船结构与结构分系统主任设计师祁玉峰参加新浪嘉宾访谈。祁玉峰介绍,神舟九号飞船与天宫的手动对接与自动对接互为冗余备份,在自动对接可以实施的情况下,不会用到手动对接,但是万一自动对接失效,手动对接可以实现这样的功能。以下为访谈实录。

  访谈嘉宾:祁玉峰,男,1973年生于山西阳泉市,1995年进入中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院总体部,长期从事载人航天器结构和结构设计,现任神舟飞船结构与结构分系统主任设计师。

  主持人:新浪网友大家好,我是科学松鼠会、果壳网线下主持人姬少亭,也是新华社记者,今天我们请到了神舟飞船结构与结构分系统主任设计师祁玉峰,祁老师好。

  祁玉峰:你好,大家好。

  主持人:祁老师是非常年轻的,1973年出生的,祁老师研究结构与机构,能给我们讲一讲结构与机构有什么区别?

  祁玉峰:按老百姓能够理解的方式来讲,比如我们房子的主体框架就是结构,它的窗户都属于结构的概念。机构就是我们里面的一些门,桌椅板凳,这些可以活动的部件叫机构。我们对于飞船的机构来讲,比如舱段之间的分离,包括座椅和缓冲器都属于机构的范围。

  主持人:祁老师,今天下午神舟九号和天宫一号顺利实施了自动对接,不知道那一刻您有没有看新闻,在那一刻您的心情是怎样的?

  祁玉峰:我刚才看了,我们第一个比较激动,第二个当时也非常的紧张,因为自己所从事的一个行业,我们有自己的产品参与其中,这个心情可能跟别人的心情是不太一样的。

  主持人:可能观众会非常的开心,很激动,在那一刻心情非常的激动。那一刻您的心情是非常紧张的。您刚刚告诉我说,这个紧张的心情可能一直要保持到神九回到地面的那一刻。

  祁玉峰:对,我们这样的分系统,从火箭开始点火的一瞬间,一直到它的发射入轨,在轨的工作情况,包括后面航天员坐着返回舱,跟轨道舱和推进舱分离,以及到 它落地,航天员能够打开舱门出来,整个的过程我们的产品都在参与其中。所以我们和其他的火箭,或者测控系统心情是不太一样的,人家可以阶段性完成以后可以 放鞭炮庆祝,我们一直到最后才能庆祝。

  主持人:那一刻庆祝的心情应该是非常愉悦的。

  祁玉峰:对,现在一般是三四年走这样一个周期,只有在最后一刻才会有暂时的放松,这个心情还是一直保持一种比较紧张的状态。

  主持人:谢谢祁老师,我们非常期待那一刻的到来。我们这次有讲说神舟九号和天宫一号要实施手动对接,今天我们实施是中国载人航天首次自动对接,神八有实施无人的自动对接。我们很想问一下,既然有了可以自动对接,为什么还要去实施手动对接,区别是什么?

  祁玉峰:我们从航天系统来讲,我们有一个系统冗余的概念,也就是说自动对接和手动对接都能完成对接,两个是互为冗余备份的。在自动对接可以实施的情况下, 我们可能不会用到手动对接,但是万一自动对接失效,我们手动对接可以实现这样的功能。从系统的可靠性,它在自动对接的时候,我们有一些参数设定精度范围, 这个精度范围是我们人为设定。假如在轨有一些范围超标,可能导致它的可靠性降低,这样我们载人航天有人的参与,发挥人的主观判断,可以更好的保证任务的完 成。

  主持人:虽然我们可以实现自动对接,但是为了保证可靠性,也为了将来一些其他情况的发生,比如处理更复杂的情况,所以我们这次要实验手动对接。

  祁玉峰:对。

  主持人:祁老师,您从什么时候加入到飞船设计计划中的?是从神舟几号?

  祁玉峰:我从神舟一号初样阶段。

  主持人:从一号就开始了?

  祁玉峰:对,从1995年我毕业以后一直参与飞船的项目,最开始主要从事机构的设计和验证工作。从2009年我成为结构的主任设计师。

  主持人:祁老师真的非常年轻,1973年出生,到现在已经工作了17年,非常了解神舟飞船变化的历史。很想请您介绍一下,这一次神舟九号要实现与天宫一号的对接,它与神舟八号无人对接应该有一些区别的,这个区别在飞船设计主要是在什么地方?

  祁玉峰:我们整个载人飞船从1992年立项到现在,当时瞄准的是三步走的战略。我们最初的目标,肯定也是最终要瞄准一个目标,建设我们自己的空间站,这个 虽然是分阶段进行,但是我们瞄准的目标是一致的。也就是说从一开始设计的时候,我们按载人的标准设计,包括后续我们进行的出舱系统和对接都是围绕同一个目 标做。具体来讲,从神八、神九和神十与天宫的交汇对接是我们第二个阶段,它在设计之初要保证交会对接任务的完成,所以这三艘船,它们的状态应该是一致的, 从我们产品的可靠性来讲,这也是有利的。具体到神七和神八的区别,我们主要在结构上做了一些优化的减重工作。

  主持人:为什么要做减重工作?

  祁玉峰:因为火箭整个载重量是一定的,我们的结构在保证我们的强度、钢度、密封性等主要指标的情况下,如果把重量降下来,我们其他的有效载荷和其他的设备就可以多装一些,这样对我们整个后续的任务还是非常有利的。

  主持人:还有其他的改动吗?

  祁玉峰:其他的改动是没有了,但是这次任务对我们来讲最关键的是神八没有验证到的,我们两个门要在轨首次开启,这对我们来讲是一个新的课题。

  主持人:这个难度非常大吗?

  祁玉峰:这个从我们工程实现上来讲也是逐步累计的,我们前面其他的产品也经历过这样的环节,在轨也开启过。但是,只要我们在轨没有验证过的,我们认为它都是存在风险的,所以我们都需要严格控制,重点关注。

  主持人:您觉得这一次的可靠性到底有多大?

  祁玉峰:我们在轨验证过的项目,基本上能够继承的我们叫“技术状态冻结”,我们把它冻结下来,其他的如果有新的技术状态,我们在地面要进行大量的功能验证,包括它的可靠性的验证。从我来讲,我认为我们做的工作已经足够多了,我们还是很有信心的。

  主持人:在升空之前,这个可靠性验证了多少次?

  祁玉峰:我们的门目前应该是几百次,上千次的量级,在地面和在轨这个量级就是一两百次,所以我们都打了很大的余量。

  主持人:祁老师,我相信您非常了解,从神一到神九飞船的变化过程,很想听您讲一讲,在历史变化过程中有哪些时间点是非常大的技术突破?您能不能举一两个例子,比如到神五开始实施载人航天那时候改动有多大?我们实现了哪些方面的突破?

  祁玉峰:我们从神一到神四一直是无人的状态,当时对载人的环境虽然也有所关注,可能没那么强烈。从神五我们要上人,对航天员的生活环境关注比较大,包括他 在轨着陆救生的一些设计,以及他在舱内是不是存在有害气体,这些内容关注的比较多。在神五之前我两个方面印象比较深,第一个,我们着陆缓冲系统,相对于神 一到神四改进还是比较大的。第二个,我们舱内有害气体的控制,当时前期的无人飞行,结果还是存在一些我们稔认为不到位的地方,从神五我们把它改过来。

  主持人:从神一到神四的过程中,我们在舱内检测到一些有害气体,可能对人体会造成伤害,我们进行了改动。我们如何减少有害气体?

  祁玉峰:因为有害气体来源是火工品爆燃产生的有害气体。

  主持人:是飞船内部的?

  祁玉峰:对,因为它是在舱内,可能对舱内有泄漏,我们对产品的密封,对内密封掉,不让它往里面漏。还有,我们看能不能把有害气体放到舱外去,这样对舱里的密封也会减轻一些压力。

  主持人:关于减震系统,不知道咱们这边做了哪些方面的突破,如何增强它的减震功能?

  祁玉峰:我们航天员落地主要还是靠降落伞给舱体减速,我们内部也有一个座椅缓冲器,座椅缓冲器在开伞以后提升,建立一个缓冲的行程,在落地的时候可能还是 有一定的过载,为了避免传给航天员的身体,我们靠这个减震器吸能。前期我们减震吸能的环节,原理上是没有问题的,但是功能实现上还是有一些不太好控制的地 方,我们用了另外一种缓冲吸能的方法解决掉了。

  主持人:能详细介绍一下吗?还是不能讲的部分?

  祁玉峰:简单来讲,后来换成这种方法,靠一个金属薄壁结构的压缩,包括变形吸能。

  主持人:在这个过程中还有什么其他的时间点是重大的变化?在神一到神九的过程中?

  祁玉峰:我们每次根据任务不同会重点关注一些东西,比如神六的时候我们对返回舱的门有一些实验,包括它具体的控制环节,我们会重点做一些验证实验。神七, 我们出舱的时候首先要开门,这个相对来讲也是当时做过很多的工作。神八,我们主要对结构的减重,舱门通道的开启,以及仪器的检漏我们都做了一些工作。

  主持人:我们时间稍微退回出一点点到神七的位置,当初要出舱行,当时要开门要做一些变化和改动,这里面的变化是什么?

  祁玉峰:神七要出舱首先有一个出舱的航天服,这是由别的系统做,我们负责把它放在舱体上。我要保证在发射段的时候连接要可靠,不能破坏人家本身的功能和性 能,把它可靠的连接在舱体上。在失重的情况下方便航天员把它拿出来穿在自己的身上,我们也做了一些工作。还有门我们在原有的基础上做了一些改进。

  主持人:能具体讲讲有哪些改进吗?在舱门这一块我们实现了哪些技术突破?

  祁玉峰:我们在设计上,首先它的口径比我们以前的口径要大了,原来返回舱的门是650通径,我们出舱门是850的通径,口径大了以后,对它整个的强度和刚度要有一个新的要求,因为整个舱压是不变的,我们保证强度和跟度的基础上进行一些优化设计,包括出舱是一个真空的环境,包括它的开启力是不是有一些增大, 导致航天员开启的时候比较费力。其他型号的实验,型号总体我们一起协助他们做这个实验,当时的情况就是这样。

  主持人:谢谢祁老师,祁老师讲的非常的好,特别的浅显易懂。我们目前在飞船设计上有什么样的难点是还没有突破,非常想突破,正在研究的?

  祁玉峰:飞船我们形成非常完善的天地往返系统,我们载人飞船目前还是相对比较成熟,后续的型号,包括我们的空间站,货运飞船,这一块还有一些工作要做。包括空间站大型结构的设计,我们空间机械臂的研制,这些都是需要突破的。

  主持人:现在我们跟西方国家技术上还是有一些差距的,在您看来,在飞船设计方面,我们的差距大吗?到底有多大的差距?

  祁玉峰:应该讲我们通过几十年整个国家,以及我们在航天系统人的一些努力,这个差距还是有所缩小。但是从自身来讲,肯定跟欧、美、日、俄罗斯这些发达国家来讲差距还是挺大的。

  主持人:您能描述一下这个差距吗,这个差距现在到底有多大?比如在技术方面我们需要多少年追赶他们?

  祁玉峰:我们结构和机构设计来讲,首先是基础工业原材料,我认为我们原材料控制还是有一些差距。还有电子产品的元器件,这一块这个国家需要大力扶植。

  主持人:谢谢祁老师,希望我们可以看到在短时间内可以追上西方的技术。我们整体技术上都落后于西方国家,还是说我们有一些技术比西方国家先进的?存不存在这样的技术?

  祁玉峰:我们肯定是有的,因为我们中国人不是那么傻,我们中国人还是比较勤奋,还是比较聪明的。一些技术我在这里不太方便讲,相信我们航天人能够做出自己的成绩。

  主持人:您是否期待未来可以跟西方国家共同合作?

  祁玉峰:非常期待。

  主持人:您觉得我们现在技术发展到今天,是不是已经有了跟他们对话和合作的资本?

  祁玉峰:应该是,因为我们从整个航天的任务形势来讲,从上世纪九十年代,到现在二十一世纪,我们发展非常快。包括我们的人才,我们的技术手段,包括我们的管理都有一个非常大的进步。我们那儿也经常有国外来访的专家和学者,他们也表达了跟我们同样的合作意愿。

  主持人:现在也有很多国外的专家表达了跟中国合作的意向。

  祁玉峰:对。

  主持人:您认为合作什么时候可以实施展开?

  祁玉峰:这可能跟国外的政治环境,技术上应该没问题。

  主持人:我们注意到这一次又中国第一位女性航天员上太空,从飞船设计有没有对女性特殊的照顾?

  祁玉峰:从我们这儿来没有,因为我们这儿是一个平台的部分。但是对于其他系统还是有一些相对大的变化。

  主持人:我听说天宫一号的内部跟神舟九号相比,天宫一号简直是一个“别墅”,不知道天宫一号比神舟九号漂亮在什么地方?更像别墅是豪华在什么地方?

  祁玉峰:我想最主要是它的空间比较大,因为我们的飞船如果你看电视就可以看到,它的两个舱体连在一块儿,供航天员活动的有效空间就是8立方米左右,而且它 那个空间是比较不规则的,人的活动很受限制。天宫一号整个构型比飞船大,供航天员活动有效空间可以达到15立方米左右,这样它的活动空间增大了一倍。而且 它的空间跟我们所居住的房子一样是方方正正的,人待在里面比较舒服。天宫里面有一些科学仪器,包括锻炼仪器,这一块儿在在轨可以从事的工作会比较多,而且 他个人的一些娱乐活动等等,要比飞船里面舒适很多。

  主持人:其实天宫不是您设计的,宇航员再过一段时间他们要从您设计的神舟九号飞船里进入到豪华的天宫一号“别墅”里去了,我们期待那个时刻到来。最后一个 时刻想问问您,作为一个从事飞船结构设计的工程师,您是如何看待中国航天事业?您认为中国航天事业的意义是什么?

  祁玉峰:航天是我们古今中外对外太空都有美好的向往,以前限于技术条件我们可能做不到,目前我们国家经济水平,科技水平达到了这样一个程度,所以我们航天 也能够顺应国家的潮流发展起来。对于我们这一代人来讲,我们正好赶上这样一个时代,国家提供了这么好的一个平台,我们希望能够自己努力,包括全国人民的支 持,能够对我们的航天技术有一个提升。反过来,航天技术提升也是对我们国家综合国力的一个反映,可以提升全国人民的自豪感、归属感。

  主持人:谢谢祁老师,非常感谢祁老师今天来到我们现场,可以通过祁老师看到这一代航天人对自己所处的这个时代感到非常的幸运。能够处在这样一个飞速发展的 时代,能够不断的把我们的技术向前推进,能够把我们带来自豪感,也是让自己非常高兴的事情,非常自豪的事情。我们也期待神舟九号可以顺利的回到地面,等待 祁老师的团队可以欢呼的那一刻。谢谢大家,谢谢祁老师。

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