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“天津造”助力三代神舟
为航天员量身设计赋形坐垫
“神七”将再次验证“天津设计”
神舟七号载人飞船已从北京运抵酒泉卫星发射中心,转至载人航天发射场总装测试厂房,“神七”任务进入全面实施阶段,预计今年10月正式发射。据介绍,天津人为航天员量身设计的赋形坐垫,将为神舟七号保驾护航,这次发射将再次验证赋形坐垫方案设计的正确性。
10个年头打造三代飞船坐垫
“研究航天员坐垫已经10个年头了,每一次成功,都使我们脸上的笑容更加灿烂。”天津大学快速成形中心主任崔国起回忆说,1999年,负责神舟五号飞船设计制造的相关单位找到天津大学快速成形中心,希望他们能够承担宇航员专用坐垫的研制任务。
接到任务后,崔国起立即和同事开始探讨技术路线,并组织可行性论证。2002年下半年至2003年,该中心终于设计出了符合设计要求的赋形坐垫及其制造模具,并首次在“神五”飞船上得到成功应用。
2005年10月,“神六”飞船的成功飞行再次验证了航天员专用坐垫设计方案的正确性。由于每次飞行都选用了新的航天员,所以每次用的设计模型都不同。由于采用了先进的设计和验证方法,他们有信心在“神七”上再次验证“天津设计”的正确性。
“量体裁衣”采集几万数据点
赋形坐垫都是根据航天员的身体形状量身定做的。设计时,需要“量体裁衣”,仅仅有腰围、胸围、肩宽等简单的数据远远不够,需要用特殊的设备从航天员身上采集几万个数据点,这些数据会在电脑中形成一个数字化的身体模型,之后还需要按照航天医学等方面的要求来设计个性化的赋形坐垫。
崔国起介绍说:“飞船在升空和着陆时,会产生较大的加速度和颠簸,对航天员脊椎和颈椎会产生较大的冲击,航天员坐垫可以有效缓解这一效应。升空过程中,宇航员的腿部和上身是团在一起的,坐垫是用聚安酯等复合材料制造的,平均厚度大体在70毫米左右,它可提高舒适性。”飞船返回时,赋形坐垫可在发生撞击的瞬间,有效分散人体的应力。
电脑“打印”零件制造自动化
航天员的身体数据在电脑上形成三维数字模型后,坐垫便通过快速成形系统开始打印。这可不是普通的打印机,它可以打印出立体的坐垫。崔国起介绍说:“快速成形中心的RP技术是一项快速直接地制造复杂零件的技术,可以根据零件的形状,每次制作一个特定形状的截面,然后把它们逐层粘起来,就得到了立体的零件,整个制造过程是在计算机控制下自动进行的。”为了保护航天员的安全,航天员的坐垫设计有点像澡盆的复杂曲面形状,用快速成形技术验证坐垫设计,可以将研发时间大大降低。
验证设计采用液态光敏树脂
验证坐垫设计的实体模型所用的成形材料是一种液态的光敏树脂,这种材料被激光照到的地方会立即凝固,没有照到的地方依然是液体。为满足坐垫设计要求,崔国起多次与航天员接触,一旦航天员说哪里不舒服,崔国起便会立即进行修改。为防止坐垫引起航天员皮肤过敏,坐垫制作出来后,崔国起和研究人员总是率先试坐,确认坐垫不会引起过敏后,才交付使用。
崔国起介绍,快速成形技术已用于汽车、电子、通讯、家电等多个领域,它大大缩短了新产品的研制周期。