为飞船瘦身

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  在我国广袤的大地上,当3 名航天英雄完成了太空漫游,乘“轻装战船”载誉而归时,华夏大地沸腾了。
  神舟七号3 名航天员的安全“回家”,再次印证了“减重是飞船飞行成功的重要环节”,同样也昭示了这次神舟七号飞天完美的成功,减重工作功不可没。
  
  返回舱减重
  
  神舟七号返回舱减重问题早在2007年初总装刚刚开始时,便被列入了议事日程。神舟七号为什么要瘦身减重呢?
  大家知道,“神六”升空是2 个人,而“神七”是3个人,而且还要完成出舱任务。增加1 个人后,返回舱中航天员的生活、救生物品、应急食品随之增加。而仅1 个人的装备压力服、生理测量等加在一起就要增加70~80 千克。“当时我感觉质量有问题了,所以,马上建议作方案设计的同志把返回舱质量复核一下。果然,复核后发现返回舱开伞指标超重60 多千克。”主任设计师朱光辰如是说。其实,经验丰富的飞船专家们对此也早有隐忧了。
  载人航天,人命关天。返回舱超重后果不堪设想。因为回收时返回舱质量的大小受降落伞能力的制约,而回收降落伞大小已经定型无法改动。如果返回舱质量大了,重力必然增大,着陆速度要大,着陆冲击力也随之增大,这样,对航天员承受能力有很大影响;而且随着冲击力增大,航天员的不安全因素也会大大增加。
  技术透明以及发现问题随时研究讨论,是我国飞船研制的好传统。所以问题提出后,第一时间通报工程总体。领导随即拍板,返回舱开伞质量指标不能超。老总鼓励大家集思广益,建言献策,在保证不影响重要功能配置的情况下,为返回舱“瘦身”。
  
  缜密绝招新鲜“出炉”
  
  日日夜夜,人勤灯耀,攻关不止。大家艰辛的“设计——试验——再试验”后,几大可行的减重力措终于浮出水面了。“神五”“神六”升空时,最多是2 人,当时,对与航天员舒适性有关的配置多多益善。而“神七”已经超重了,所以,要精打细算。只要保证航天员的舒适度,不牵扯到安全、可靠性的冗余设计和配置尽量减少。其二,返回舱再入大气层的过程,对返回舱的质心位置是有特殊和严格要求的,所以在保证质心和再入大气层时飞行姿态稳定的前提下,尽可能优化配重。目标确定下来,“减重瘦身”的脉络渐渐清晰了,接下来就是考虑细节了。
  第一步研究人员首先提出可以取消舱内1 个座舱风扇。返回舱内本来有2 个风扇,这次取消了1 个,“可不是拍脑袋就作的决定,为验证这个方案切实可行,我们还专门做了流场试验。”朱光辰说。试验内容是:2 个风扇都开、都不开或开1 个关1 个。用风速传感器,不停地测量风速,结果数据显示,开1 个或2个,风速没有明显变化。就是说,在上升段10 分钟工作中取消1 个风扇几乎没有什么影响。
  第二招叫“搬家”。航天员完成任务返回前,将完成使命返回时不再用的物品转移到轨道舱去俗称“搬家”。这些东西包括灭火器、防毒面具和救生船等十几千克的物品。
  一个着陆风机同样退出了历史舞台。舱内其实风机较多,有服装风机、净化风机和着陆风机。研究人员想了一个办法,让着陆风机与服装风机共用。服装风机是给航天员穿的舱内压力服装通风用的,着陆时服装风机闲置了,所以,它就可以再工作一次二者兼用了。为了验证这个办法是否可行,研制人员找到了一个空投试验用的返回舱,做了一次着陆空投试验。试验表明,不用着陆风机而用其他风机与原来工作模式进行反复比较,很快,大家高兴地看到,指标完全满足要求。如此叠加起来,舱内几十千克质量就减下来了。
  人的智慧是无穷的。此时,大家想到还有一个配重可以减掉,就是4 千多克的热控被动吸湿材料。这个材料原本是在飞船等待发射一直到入轨前使用的,这时段主动温控设备不启动,舱内吸湿控制主要靠吸湿材料。具体地说,航天员呼吸代谢产生的水汽要由它吸走。但是“神七”作方案时了解了以往的飞行数据,发现吸湿材料其实在“神五”“神六”中的作用有限,其利用的时间“掐头去尾”不足2 个小时,入轨后主动温控启动,它的作用也就终结了。这段时间一个周密的湿度控制试验也表明了这点,于是它的退出在所难免了。
  有人说,飞船自研制那天起,就一直在与质量做顽强的斗争。这话不假。而这次“神七”减重贡献最大的非返回舱优化配重莫属,此举就减掉了30多千克。
  飞船质心所在位置是有范围要求的。过去神舟发射,质心“瞄准理想值”,而这次是在指标范围之内“接近理想值”。几字之差让配重大大减少了。关于飞船的质心问题,在做“神七”布局时就超前考虑了,它是在正样船上做的试验。就是将电子设备和不用航天员去触摸的设备尽可能压在飞船的大底上,使质心降低。质心降低,配重自然相应减少。
  “神七”返回舱减重问题从提出到实现,一共用了9 个月的时间。作为本次飞船派生的新任务,研制过程紧张而艰辛。但是,成功总是垂青那些执著和不畏劳苦的人。在研制队伍充分依据科学分析,不断试验验证,按照预想程序和计划顽强推动下,“减重”工作一鼓作气地完成了。
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