“飞天战袍”大揭秘：解码我国自主研制的新一代舱外航天服

航天员聂海胜、刘伯明太空互拍。由中国载人航天工程办公室供图

航天员刘伯明身着新一代“飞天”舱外服出舱。

8月20日,随着神舟十二号航天员乘组最后一次出舱任务的完成,又一组“太空大片”刷屏了。

这其中,最受瞩目的莫过于两名航天员的“太空互拍”:聂海胜站在核心舱机械臂上,面向镜头挥手致意,身后是蔚蓝的地球家园,两者几乎融为一体;刘伯明则几乎是“挂”在空间站上,双腿前伸。两人身着我国自主研制的新一代“飞天”舱外航天服,在太空中格外醒目。

这些比黄金还贵重的舱外航天服,被称为航天员的“飞天战袍”。其最大作用就是保障航天员生命安全,同时便于太空工作。早期的航天服只能在飞船内使用,防止舱内失压造成航天员缺氧窒息,后期研制的舱外航天服,可供航天员岀舱活动,也称为拟人“飞船”。

13年前,神舟七号任务中,航天员翟志刚首次进行出舱行走,将五星红旗展示在太空。当时,他在太空穿的服装就是舱外航天服。

中国航天员科研训练中心航天服工程研究室主任、载人航天工程航天员系统副总设计师张万欣告诉记者,相比实现我国航天员首次太空出舱的神舟七号任务,空间站任务中的航天员要进行更长时间的舱外操作,对舱外航天服的性能提出的要求更高。关键时刻,它们就是航天员的保命“铠甲”。

装配一套航天服最快需近4个月

在中国航天员中心研发与总装测试部服装车间,有一群手法老练的“制衣匠”,就是他们打造了属于中国的“飞天战袍”。缝纫组组长杨金兴说,舱外航天服是航天员生命安全的保障,生命安全无小事,体现在工艺上就是复杂且精密。

据他介绍,舱外航天服的软结构,包括上肢、下肢和手套,从里到外是舒适层、备气密层、主气密层、限制层和热防护层等,既能抵抗太空风险,又能穿着舒适、行动灵活,重而不笨。

“舱外航天服重达120公斤,但穿脱非常方便,经过专业训练,5分钟内就可以完成穿脱。”张万欣说,航天员准备就绪后,只要从服装背后的背包门进去,关好并锁紧背包门就表示穿着完毕。

战袍缝纫,一针一线均维系航天员生命安全,慢工才能出细活。

杨金兴透露,仅做一副舱内航天服的上肢限制层,就需要130多个小时,做一副舱外航天服的下肢限制层,需要260多个小时,而装配一套舱外航天服,需要近4个月,而这已经是他们的最快速度了。

以打结为例,因为结点是多条线的交错处,特别硬,就要用簪子扎孔、穿针,再用镊子把针拽出,光打结就有3道工序,一套舱内航天服上肢,有76处孔需要打结,仅这个活就得干上两三天。

必须用手工吗?能不能用设备替代呢?

车间主任李杨告诉记者:“从目前的技术能力看,还真不行。毕竟,没有任何一个机械比手更灵活。”

国外也是如此,无论是美国还是俄罗斯,制造航天服都离不开手工作业,就连充满黑科技元素的SpaceX公司,其航天服也一样。

在太空,航天员穿着航天服后活动的操作,主要靠上肢实现。所以制作时既要考虑活动的灵活性,还得考虑充压后的承力性。

缝纫车间的王其芳工龄最长——21年。她的针线活走针紧密、顺直,用杨金兴的话说:“她做的航天服上肢是最好的!”

与王其芳同样手巧的,还有做手套的师傅郭浓。他两个月要交付6副舱外手套,几乎每天都在埋头苦缝。

就算是手缝,同样要求精准,尺寸公差也不超过1毫米。郭浓说,更重要的是,由于航天服的特殊性,不能反复拆缝,走针的时候务必小心,力争一次到位。

正因如此,郭浓和同事在缝制的时候,必须做到“手到哪儿眼到哪儿”,时间久了,练就出一双双火眼金睛。

“我们这里的工匠,个个视力都是2.0。”李杨开玩笑说。

张万欣说,经过不断优化,我国“飞天”舱外航天服目前在轨操作的可达域、精细度、灵活性等方面都有所提高,比如手套的灵活度,可以达到“最小抓握直径5毫米”的程度。

手一抖可能导致整个材料报废

航天员在舱外活动时会产生热量,需要穿上给身体降温的液冷服。

液冷服由弹性材料制成,全身上下都是细密的小孔,供42根液冷管路线均匀穿过,每两孔间穿1厘米的线,全身上下铺设100米左右,就要穿两万个孔,尤其是头部的蛇形分布线路,要穿出个太极图。

“没有极大的耐心,是无法完成这么细致的活儿的。”负责粘胶的李琴萍告诉记者,舱内航天服气密层是橡胶材质,靠粘胶拼接而成。

在真空中,有这样一个现象:人体血液中的氮气,会变成气体,造成减压病。因此,研制人员必须给航天服加压充气,否则就会因体内外的压差悬殊,而造成生命危险。

这对航天服的气密性要求极为严苛。

李琴萍先要用验光机,仔细比对气密层的橡胶材料,看是否有瑕疵,再清洗、晾干,然后用砂纸,小心打磨粘胶部分。

最难的是用剪刀把橡胶材料剪成一个个服装裁片,稍微不小心,剪出一丢丢豁口或毛刺,一刷胶就会造成大片断裂。

“眼睛看着剪刀尖往前走,刀刃卡在线中间的位置。”这是李琴萍总结出的经验。

车间的林波师傅,负责舱外航天服气密层的刷胶,更是“压力山大”。刷胶也不是简单地刷,要观察温湿度、刷胶时间、薄厚度要适量均匀。

“刷完晾,晾完刷,要反复刷上几遍。”林波说。刷胶时,他生怕手抖,手一抖造成的失误,不仅会导致整个材料报废,还会延误工期。

粘胶组组长莫让江说,舱外航天服气密层的材料表面非常光滑,粘胶前必须涂上一层表面处理剂,稍微处理不当,表面就有可能造成损伤。有时,肉眼看不见这些特别小的损伤,到后期加工完再充压测试,就为时已晚。

张万欣说,经过进一步研制,如今的“飞天”舱外航天服,在功能上已相当于一个微型的载人航天器,在使用寿命上,自主工作时间可达8个小时。

一粒浮尘都有可能酿成大祸

舱外航天服有个金属结构的“硬躯干”,外形像一个铠甲,背后挂有保障生命的通风供氧装置。李杨说,这套结构光单机产品有100来个,由30多个外协单位分别生产,最后从五湖四海聚集到舱外航天服系统集成总装车间装配。

这更是考验研制人员的技术和耐心。

金属“硬躯干”上,有1000多个米粒大的小孔,以及配套各种不同规格的螺丝。组长岳跃庆带着组员,用镊子夹着酒精棉,一点点仔细擦拭,再用放大镜检查是否彻底擦洗干净。

“整个过程暗藏凶险,一粒浮尘都有可能酿成大祸。”岳跃庆说。

碰到毛刺,岳跃庆就变身“整形医生”,要给金属表面做“磨皮”手术。手术刀、止血钳、手术剪,应有尽有。

多年来,岳跃庆练就了“好手功”。他说,哪怕是0.1毫米的细微毛刺,都能摸出来。

舱外航天服的背包门,被称为航天员的“生命之门”。

在太空环境下,背包门如果密封不严,将直接威胁航天员的生命。

岳跃庆说,背包门的插销座和插销门各有4组,插销座和插销门合上时,要天衣无缝。

为此,他们用卡尺一点点地量,精度精确到几十微米。最终,他们用极精准的工艺手段,让开背包门省力一半多。此外,他们还凭着毅力和巧劲,硬是把口径只有几毫米的不锈钢小孔,打磨得跟镜面一样光滑。

“干就要干到极致。”岳跃庆说,“舱外航天服里有气液、通风管路和电缆,在保证性能的前提下,还要注意各条线路安装美观、整齐,胶痕清理干净,标识可视角度便利。”

看到航天员安全出舱一切都值了

王其芳每次回老家,说起自己的工作——给航天员做服装,大家都很羡慕她。

“我就是一个高中毕业生,却能通过我的技术,跟这些硕士、博士一起干着载人航天的大事,我觉得自己很了不起。”王其芳说。

李琴萍告诉记者,“这么多年了,每天小心翼翼地呵护这些‘飞天战袍’,照顾它,跟照顾婴儿一样。”

岳跃庆也是一样,这么多年,一个个用于“飞天战袍”的产品就跟他的孩子一样,每个结构每个螺丝钉他都很熟悉。

每当志愿者身着舱外航天服参加水下试验时,都好奇岳跃庆操作怎么这么灵活,他便开玩笑道,“我对服装太熟悉了,我想让它怎么动就怎么动。”

张万欣说,每套航天服研制出来之后,都要做很多实验,凡是有可能穿这套服装的人,都要来试穿。上肢是根据人的关节来设置的,一共有三个轴承,以其中的肘关节为例,要求其弯曲时达到至少60度的活动范围。

这群“制衣匠”,学历虽然不高,却有着最朴素的心愿。他们把手头的作品视作自己的孩子,用最大的努力守护航天员的生命安全。

“每天晚上至少加班到9点半,周六保证不休息,周日不保证休息。”这是中国航天员中心研发与总装测试部副部长邓小伟定下的规矩。

其结果是,整个研制生产效率大幅提高近3倍。在他看来,祖国利益高于一切,航天员生命重于一切。对他们这些“飞天战袍”的“制衣匠”来说,生产只要在线,保障必须在线。

8月20日14时33分,聂海胜、刘伯明顺利完成此次出舱全部既定任务,安全返回空间站天和核心舱,比原计划提前了约1小时。

航天员返回节点舱前,地面指挥再次喊话:“请神舟十二号分别位于环形扶手内侧和环形扶手外侧,面向全景摄像机D,地面将为你们合影留念。”汤洪波也在舱内对着镜头敬礼。

随后,刘伯明“诗兴大发”,分享了自己的出舱感言:“漫步太空人不老,中国航天接力跑。”

通过电视直播,王其芳看到这一幕。聂海胜、刘伯明太空漫步所着的战袍,正是他们一针一线缝制出来的。那一刻,她觉得一切都是值得的。(记者 邱晨辉)