“神七”航天员太空出舱头盔面窗研发纪实!!

9月25日晚9时10分,酒泉卫星发射中心神舟七号航天发射现场。随着长征二号F型火箭的腾空而起,我国自行研制的神舟七号载人飞船发射成功,现场掌声雷动,欢呼声响彻夜空!


在欢腾的人群中,有一个人显得格外激动,他就是郑州大学校长、橡塑模具国家工程研究中心主任申长雨教授。


神舟七号飞船进入太空后,航天员将身穿我国自行研制的太空服走出船舱,实现中国人遨游太空的千年梦想。其时,大家看到的航天员出舱所使用的头盔面窗,就是由郑州大学橡塑模具国家工程研究中心的科研人员研制完成的。作为该项目的负责人,申长雨这次是作为特邀代表前往现场观看发射的。


“能够到发射现场亲眼见证这一伟大时刻,我感到非常激动,特别是能够为我国的航天事业作出自己应有的贡献,使我感到万分荣幸。”谈起自己的感受,申长雨激动之情溢于言表。


来自航天城的重托


当初,承接航天员出舱头盔面窗的研制,可以说是一个突如其来的任务。


2005年元月的一天,橡塑模具国家工程中心的科研人员突然接到一个来自解放军总装备部航天所的电话,讨论载人航天员出舱面窗研制事宜。他们在全国查访了许多科研单位,经过认真对比,最后把目光锁定到郑州大学橡塑模具国家工程研究中心。


面对这一突如其来的任务,接到电话的科研人员不敢怠慢,在第一时间把这个消息传递给了当时在加拿大进修的橡塑模具国家工程中心副主任李倩教授,李倩深感事情重大,立即通过越洋电话向申长雨作了汇报。经过认真讨论,大家一致认为,这是一件为国争光的任务,机会难得,不论困难多大,都要毫不犹豫地承担下来。


在随后的两个月时间内,模具中心和航天所的相关人员经过深入探讨,并做了大量的调研论证工作,最后达成了共识,决定该项目由郑州大学橡塑模具国家工程研究中心和河南郑工橡塑模具国家工程研究中心有限公司联合承担,具体研发工作由郑州大学国家重点学科材料加工工程学科第一学术带头人申长雨主持。


2005年3月8日,郑大模具中心正式接受总装航天所的委托,开始投入该项目的研制工作。


日积跬步,志在飞天


郑州大学橡塑模具国家工程研究中心自1993年国家批准成立以来,分别承担和完成了国家自然科学基金重大项目、重点项目、国家攀登计划项目、“863”计划项目和国家“八五”攻关、“九五”攻关、“十五”攻关和国家“十一五”支撑计划等20 余项国家级科研任务,获得包括2项国家科技进步奖、1项国家科技攻关重大科技成果奖等在内的国家和省部级科研奖励20余项,自主开发出了具有我国自主知识产权的橡塑成型过程计算机模拟及模具优化设计集成系统,在注塑模具优化设计的理论和方法,注塑成型机理的数学、物理模型和数值计算方法,挤出成型流变、传热过程数学模型和数值计算方法,气体辅助注射成型充模过程的数值计算方法等方面,作出了开创性的贡献。


有这样的实力和技术做支撑,模具中心的科研人员信心倍增。他们原以为完成这项光荣的任务会十分轻松和顺利,然而,当科研人员进行研制时才发现,这个外观看起来似乎与普通头盔面窗没有多大区别的产品,真要设计制造出来并达到要求,其难度之大超出了所有人的预想。


首先是对原材料的要求非常高。太空是一个没有氧气、没有大气压力、极端低温、有强烈电磁辐射和粒子辐射、足以致人于死命的环境,航天员在这样的环境中活动是一个既复杂又危险的过程。为了保证航天员出舱后的生命安全并高效完成观测太空的任务,必须要有先进的技术措施和完善的保障条件,航天服便是关键,其中面窗是热点,不仅要具备防辐射、防紫外线、抗骤冷、抗骤热等功能,而且还必须要确保在恶劣环境下面窗的透明度、光洁度和抗应力应变度。这就对面窗的材料选取和技术性能提出了非常高的要求。


模具中心的科研人员经过反复的材料性能试验,选取了几种原材料,结果在试制过程中,不是在高温注射下产生变形,就是成型后面窗的透视率达不到要求。最后,经过反复的选取和实验,才最终确定了理想的原材料。


原材料的问题解决了,接下来是攻克一系列的技术难题。包括面窗的使用环境、面窗的外观要求、面窗的成型要求、面窗的光学性能要求、面窗的强度要求五大方面,涉及温度、湿度、透明度、光洁度、厚度、压强以及光谱透射率等14个具体技术指标。每一项技术指标都要经过6个方面的严格技术检测,包括最大注射压力、最大锁模力、最大剪切应力、最大剪切速率、平均体收缩和最大翘曲变形量。


最难的是产品的成型和性能要求。成型后的面窗是一个三面尺寸都不一样的非规则半椭球几何形状,厚度仅有2.5毫米,要求表面不准有任何的流痕和斑痕,还要保证透光性和防止光的折射。


要做出这样一个仅有2.5毫米均匀厚度的不规则半椭球状,并确保各项技术指标符合要求,这对模具的结构设计、加工精度、抛光研磨、产品加工过程的控制等都提出了极其严格的要求,其难度之大可想而知。


模具中心的十余位科研人员经过两年多夜以继日的艰苦奋战,采用中心最先进的模具加工和成型技术,历经上百次反复实验,攻克了一道接一道的技术难关,终于在2007年7月研制出了正式样品,并初步通过了总装备部组织专家的验收。


军令状下,无怨无悔


正当大家为终于完成任务击掌相庆的时候,不料,从总装备部反馈回来的一条意见,却给大家的心里蒙上了一层阴影。


原来,在正样分别送往上海、北京、武汉等地的相关科研院所作外围试验的过程中,试验人员通过精密的检验,发现面窗层里出现了极其细微的银纹。


按照航天项目的惯例,产品质量必须进行归零,也就是说,一切必须推倒从零重新开始。


申长雨和他的课题组成员经历了一场严峻的考验。原以为可以提前一年把合格的成品交到总装备部,却不料出现了这样意想不到的现象。


“这些细微的瑕疵,虽然不会危及航天员的生命,但却有可能影响航天员对太空的观察效果,事关国家和民族的声誉。我们已向总装立下军令状,要确保彻底解决这一问题!”申长雨给全体科研人员下达了任务,并制定了工作方案。


模具中心的科研人员放弃了假期和双休日,加班加点对数百张设计图从头到尾进行了全方位的复查,就连一根细微的线条都不放过。通过对成型过程中的关键理论问题和技术数据进行反复分析和验算,终于找到了问题的症结,对设计方案进行整改优化,并提出了最佳加工建议。在河南郑工橡塑模具国家工程研究中心有限公司的密切配合下,最终合理解决了在模具设计与制造、产品成型和制品检测中的关键问题。

产品提前半年上交到总装备部,在航天城缝合、组装后,进行了全方位的试验,包括高低温试验、抗冲击试验、抗辐射试验、光线折射试验和耐压试验等,各项性能指标完全满足航天要求,部分指标优于美国和俄罗斯的同类产品。



航天员出舱头盔面窗项目的顺利完成,不仅为国家节约了大量外汇,更重要的是,解决了我国航天领域重要产品的国产化问题,具有重要的社会效益、经济效益和深远的历史影响,受到总装备部领导的高度赞扬。


“面窗从设计——实验——生产——检验——试验,到最后通过航天专家的鉴定,历经两年半多时间,直接参与该项目的模具中心科研人员有十多人。其间,我们先后前往北京航天城求教和汇报工作有十多次,总装备部领导和专家先后来模具中心检查和指导工作不下20次。这个项目的成功,是模具中心全体科研人员团结协作的结果,也是各级领导、专家和兄弟科研单位大力支持和帮助的结果,荣誉应当归功于大家。 ”刚刚从酒泉卫星发射现场荣归郑州的申长雨在接受记者采访时,一脸的谦虚。


9月25日晚,正在外地出差的李倩及课题组的部分同事,围坐在宾馆的电视前,怀着紧张而激动的心情一起观看“神七”的发射。两年多来,在申长雨的带领下,围绕头盔面窗的研制工作,开展了紧张的科研攻关,其间经历的挫折和失败至今仍历历在目。看着那缓缓升入太空的“神七”飞船,想到航天员们将穿着我国自己设计制造的舱外服出舱行走,大家都情不自禁地欢呼雀跃。李倩激动地说:“遨游太空是中国人民数千年的梦想,今天神舟七号的顺利升空朝这个梦想迈出了坚实的一步。探索浩翰的宇宙奥秘是我们无数科技工作者的理想,国家橡塑模具工程研究中心有幸参加了‘神七’航天服的研制,全体工作人员倍感骄傲和自豪,以百倍的努力圆满完成了任务。祝愿航天员穿上我们自己研制的航天服完成漫步于太空的神圣使命!我们愿尽自己的努力继续为我国的航天事业作出自己的贡献!”


石凡是申长雨和李倩的研究生。他在谈到自己对“神七”发射上天的感想时说,从“单人航天 ”到如今的“三人航天”,变化的不仅仅是人数,更在于这其中包含的科技含量的提升,再次显示了我国运载火箭发射的新水平,标志着我国对空间科技的拓展研究。郑州大学国家橡塑模具工程研究中心担任了神舟七号航天员出舱头盔面窗等防护装置的研究,真是太荣幸了。这次科研任务的成功完成,彰显了郑州大学的科技实力,真是为参加此项科研任务的老师们感到高兴,为郑州大学感到骄傲!


郑大公共管理学院王逸楠同学兴奋地说:“神舟七号载人飞船航天员戴的面罩是我校研制的,作为一名郑大学子,我的心情非常激动,更感到无比的自豪!”历史学院的李梦竹同学还即兴做了一副对联:“国人看神七精确入轨太空传佳音,世界评中国科学发展人民显神气。”校团委书记厉励激动地说:“当神舟七号载人飞船画出一道银线、刺穿云层直冲苍穹时,中国的太空探索进入了一个新的纪元。这一次,是我们在用自己的力量迈开脚步走向太空,是中国人民攀登世界科技高峰的又一伟大壮举。作为一名郑大人,我们也为自己的母校而感到骄傲和自豪,因为神舟七号也凝结着我们郑大人的心血和汗水。”其他观看现场直播的同学也纷纷表示,将以神舟七号发射成功为动力,勤奋刻苦学习,勇攀科技高峰,为国家富强作出我们应有的贡献。


申长雨教授简介


1963年生;1984年本科毕业,获机械制造专业学士学位;1987年硕士研究生毕业,获计算机辅助设计专业硕士学位;1990年博士研究生毕业,获计算力学专业博士学位。1993年晋升为教授,1996年被评为博士生导师。


1987年开始从事模具及高分子材料成型技术研究。二十余年来,相继主持国家自然科学基金重大项目,重点项目,国家杰出青年科学基金项目,国家攀登计划项目,国家“863”计划项目,国家“八五”、“九五”、“十五”、“十一五”科技攻关项目,国家航天计划项目等国家级项目20余项,作为第一完成人获得包括国家科技进步奖、国家科技攻关重大科技成果奖、化工部科技进步奖一等奖、河南省科技进步奖一等奖等在内的各类科技奖励近20项,出版专著6本,发表论文150余篇,指导博士生和硕士生110 余人。1993年被评为享受国务院政府特殊津贴专家、1994年被授予国家级有突出贡献专家、1996年首批入选国家“百千万人才工程”、1996年获中国青年科技奖、1994年被评为河南省优秀党员、2001年被授予河南省科技功臣,2001年被评为全国优秀科技工作者,2007年被授予“中原学者”称号。


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