神七宇航员太空出舱头盔面窗:郑大研制

  • 2008年09月25日 21:41
  • 来源:大河网
  • 记者:郭俊华
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大河网讯

  2008年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!

  在这欢腾的人群中,有一个人显得格外的激动,他,就是郑州大学校长、国家橡塑模具工程研究中心主任申长雨教授。

  神舟七号飞船进入太空后,宇航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,大家看到的宇航员出舱所使用的头盔面窗,就是由郑州大学国家橡塑模具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,申长雨这次是被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的时刻,我感到非常的激动,特别是能够为我国的航天事业做出自己应有的贡献,使我感到万分的荣幸。”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,承接宇航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,国家橡塑模具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,讨论载人航天宇航员出舱面窗研制事宜。他们在全国查访了许多科研单位,经过认真的对比,最后把目光锁定到了郑州大学国家橡塑模具研究工程中心身上。

  面对着这个突如其来的任务,接到电话的科研人员不敢怠慢,第一时间把这个消息传递给了当时在加拿大进修的国家橡塑模具工程中心副主任李倩教授,李教授深感事情重大,立即通过越洋电话向中心主任申长雨教授作了汇报。大家经过认真的讨论一致认为,这是一件为国争光的任务,机会难得,不论困难再大,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国家橡塑模具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、国家工程中心主任申长雨教授主持。

  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

  郑州大学国家橡塑模具工程研究中心自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”支撑计划等二十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,做出了开创性的贡献。

  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,才忽然发现,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之高。太空是一个没有氧气、没有大气压力、极端低温、有强烈的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桩既复杂又危险的过程。为了保证航天员出舱后的生命安全和高效地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、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实验,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,涉及到温度、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,都要经过六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、模具的加工精度、模具的抛光研磨、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10余位科研人员经过两年多月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,历经上百次的反复实验,攻克了一道接一道的技术难关,终于于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做外围实验的过程中,实验人员通过精密的检验,发现了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。

  申长雨教授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,虽然不会危及宇航员的生命,但却有可能会影响宇航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,进行了全方位的实验,包括高低温实验、抗冲击实验、抗辐射实验、光线折射实验和耐压实验等,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。

  宇航员出舱头盔面窗项目的顺利完成,不仅为国家节约了大量的外汇,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2年半多时间,直接参与该项目的模具中心科研人员有10多人。期间,我们先后前往北京航天城求教和汇报工作有10多次,总装备部领导和专家前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。”刚刚从酒泉卫星发身现场荣归郑州的申长雨教授在接受记者的采访时,一脸的谦虚。

  附:项目主持人申长雨教授简介

  申长雨,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。

  现任郑州大学校长、全国青联副主席、橡塑模具国家工程研究中心主任、教育部“材料成型及模具技术”重点实验室主任、国家重点学科“材料加工工程”第一学术带头人;主要社会兼职有:中国青年科协副主席、教育部“高分子材料与工程”教学指导委员会副主任、中国科协委员、中国石化协会常务理事等。

  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、化工部科技进步一等奖、河南省科技进步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经、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。

责任编辑:亢楠
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