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学校隆重举行现代工程技术实验教学楼开工奠基仪式
首页 > 科学研究 发布时间:2019-10-18 20:39:10

    哈工大报讯(本报记者吉星)北京航天城,中国航天事业的圣地,一个令人向往的地方。中秋节前夕,我和同事有幸跟随材料学院特种容器设计与制造研究所所长王若维高工来到位于北京西北郊的航天城参观了神舟七号中我们哈工大参与的一些项目。走在绿树掩映的航天城,周围高楼耸立,抬头湛蓝清澈的天空,像是从哈尔滨搬过来的一样,很难想象这个地方在1994年哈工大承担KM6时还是一片茫茫的稻田,当时连道路都没有,而且十几个单位同时施工,水、电、都要共享,食宿条件更是无法跟现在相比。
    崛起的航天城是哈工大参与中国载人航天事业的见证。“诗圣”杜甫曾言“诗是吾家事”,而立足航天,服务国防的哈工大也可以自豪地说“航天是吾家事”。在举世瞩目的“神舟”号系列飞船研制过程中,哈工大攻克了大型地面空间环境模拟装置、返回舱焊接变形的矫形、三轴仿真实验转台等多项技术难关。如今神七发射在即,哈工大参与神七中的项目又成了人们关注的焦点。

    航天训练不犯难 人工造就水中天

    首先来到的是中国航天员科研训练中心,这里面有我校参与承担的中国载人航天工程重点建设项目、航天员太空出舱活动地面失重训练用“模拟失重训练水槽”和“舱外航天服低压试验舱”。我校参与了“模拟失重训练水槽”槽体、舱外航天服低压试验舱舱体设计与制造,王若维高工是这两项工程哈工大指挥部的总指挥。据他介绍,“模拟失重训练水槽”是亚洲最大的地面失重训练水槽,相当壮观。 
    “耳听为虚,眼见为实”,等我们来到三楼水槽训练大厅时,才不得不由衷地发出了赞叹――就是在这里,“模拟失重训练水槽”完成了航天员教官试训、航天员试训和神舟七号航天员飞行乘组及备份乘组的正式模拟失重训练,为神舟七号任务的完成奠定了坚实的基础,为我国载人航天工程的二期任务做出了重要贡献。 
    大厅中间就是水槽,已经注满了水,清澈见底,由于折射看起来并不很深。王若维高工介绍说,为了保护航天员,水槽里水的水质非常好,甚至可以直接饮用。在蓝绿色的水槽底映衬下,我们看到水体晶莹透彻、美不胜收,仿佛是出自九寨沟。大厅的墙上挂着两个条幅,分别写着:“准确入轨 正常运行 出舱活动圆满 安全健康返回”和“精心指挥 精心实施 确保万无一失 确保圆满成功”,鲜艳醒目。航天员中心对航天员出舱活动的重视也由此可见一斑。
    航天员出舱活动是载人航天的重要技术组成部分,通过出舱活动,航天员可以完成航天器的在轨维修和故障排除、有效载荷的布放、回收以及大型航天器(如空间站)的在轨安装构建等任务。这些任务的完成需要航天员穿着舱外航天服在空间失重环境下进行。
    失重状态是物体所受的合力为零的状态。为了完成出舱活动任务,航天员必须熟练掌握失重状态下运动和作业的规律和技巧,需要在地面模拟的失重环境中对航天员进行大量的训练。
    航天员模拟失重训练的方式都有哪些呢?王若维表示,目前能够模拟失重环境的设备有落管、落塔、探空火箭、失重飞机和模拟失重训练的水槽等,但是能够进行航天员训练的失重环境模拟设备只有失重飞机和模拟失重训练水槽,其他模拟设备由于获得的失重时间过短、试验有效容积太小等都不能进行载人试验。失重飞机进行抛物线飞行时能够产生15~30s的失重环境,在这样短的时间内,仅能对航天员进行失重环境体验及简单的操作训练,因此,复杂的出舱活动运动和作业只能在模拟失重训练水槽中进行。
    模拟失重训练水槽模拟失重的工作原理是浮力配平。航天员穿着水槽训练航天服全部浸没在水中,通过为航天员配重使其在水中受到的浮力和本身重力大小相等,重心和浮心尽可能一致,即使其达到中性浮力状态。这时航天员会产生一种随遇平衡的漂浮感。要往上浮的时候航天员只需吸一口氧,想往下沉就呼一口气,凭借呼吸能够像鱼一样在水中自由穿梭,其感受与在太空失重状态下非常相似。在模拟失重训练水槽中可以用全尺寸航天器模型为对象对航天员进行训练,训练时间充足。载人航天舱外活动实践表明,利用模拟失重训练水槽模拟失重环境对航天员进行舱外活动训练是最有效和逼真的方法。
    在模拟失重训练水槽里航天员出舱活动训练有哪些呢?王若维介绍说,承担舱外活动任务的航天员需要在水槽中进行大量的失重环境模拟训练、演练并熟练掌握出舱活动作业程序,体验失重状态下的漂浮感,掌握失重状态下运动的协调性以及姿态控制、空间运动、空间操作、运送货物和维修作业等活动的方法和技巧,包括移动、转身、开闭舱门、操作设备等。
    我校承担的失重训练水槽槽体是经过几年的项目跟踪和技术准备,在各级领导的关怀和相关技术专家反复论证后,于2006年9月经两轮投标中标,由冯吉才任总师,张凯峰任副总师,王若维任总指挥。2006年11月开始施工准备,2006年12月工程材料陆续进入施工现场开始工程建设。根据建设单位和神舟七号任务节点的要求,2007年8月该工程成功地完成了水槽槽体的注水检测试验,2007年10月经建设单位和使用单位全面验收合格,正式交付给中国航天员科研训练中心使用。整个工程制造期比国外短得多,造价也非常低,训练效果却是一样的。”

    看似寻常最奇崛 成如容易却艰辛

    水槽建设后期,随着航天员训练日期的临近,要求水槽制造加速进行,正在这时,出现了一些技术难点――高精度的观察窗、照明窗大法兰的加工在北京已经找不到协助单位了。幸好最后时刻项目组在江苏无锡找到了合适的加工单位,但是这时工期已经相当紧张了。于是无锡工厂那边的部件在机床上加工出来一个,马上打好包装,装到旁边待命的运输车直接运送至无锡、常州等地的机场。北京这边就在首都机场等候,飞机一到就第一时间把运来的部件拿到,紧急运到航天城施工现场并立刻往水槽上组装。水槽上大大小小一共24个法兰,总重接近5吨,全部由飞机从无锡空运过来,像接力赛一样,前前后后用了一个星期。
    而在最后的验收过程中,项目组更是在水槽旁整整守了10天。之后,航天员中心需要考察整个槽体的性能,学校应航天员中心要求,协助他们把后续的工作任务完成。
    “我校项目组前前后后一共在测试验收现场工作了10天时间,这10天都是需要连续24小时不间断的监测。项目组就把折叠床搬到现场,盒饭送到现场,和失重水槽最亲密地接触了10天。”王若维笑着说。他特别提到了主管科研的原副校长强文义教授,“强校长是我们项目的主心骨,我们施工中最困难的时候都是强校长给我们当心理医生:不放弃,往前闯,总能过去。强校长给了我们非常大的支撑。从立项到完成,强校长都是全程参与,每周即使到不了北京也得通几次电话。”
    我校在国家载人航天工程建设中,曾用了3年的时间,以最好的质量和最快的速度圆满完成了国家载人航天重大工程项目――KM6工程。在继承KM6工程项目经验的基础上,项目组在这次施工中还突破了以下技术难题:大尺寸薄壁筒体的焊接和安装技术;大尺寸大厚度照明窗、观察窗法兰和薄壁水槽筒体的焊接技术;大尺寸大厚度照明窗用石英玻璃的毛坯制造和视窗体精加工及安装技术;大尺寸照明窗、观察窗水下密封方案和安装技术;现场施工材料采购、部件外协加工、施工计划组织落实、安全施工组织落实等。
    这个水槽工程在我国的工程制造中是前所未有的,难免出现技术修改和变更。我校项目组会同设计、使用和建设单位团结一心,在工程制造的过程中严格把关、层层审核,协助设计,全力把设计做的更好,终于使得“模拟失重训练水槽”项目成为“没有影响神舟七号”任务节点的项目。”
    “过程固然辛苦,但大家的斗志非常高,凭着对航天事业的热爱,千方百计克服时间困难和身体上的劳累,没有任何怨言。能为国家的载人航天尽自己的一份力,再苦再累大家也愿意。”王若维高工说:“航天员舱外作业是一项技术复杂且具有极高风险的工作,对精确性和时间性要求极高,需要各方面的协调运作,因此包括舱外维修、有效载荷布放与回收、空间结构构建等各种舱外作业都必须制定详细的程序。所有的舱外作业方案和程序都需要通过模拟失重训练水槽模拟试验的验证。模拟失重训练水槽槽体是哈工大承担国家重点工程的又一项杰出作品,我们项目组代表学校完成了任务,看到航天员在水槽里圆满完成训练任务,心里非常高兴。我们更期待着航天员出舱的那一天,看到航天员在太空的动作跟在水槽里完全一样,那时候我们会更加高兴的。”

    辗转航天城参观 巧遇神七航天员

    我校特种容器设计与制造研究所在2006年9月承担了“舱外航天服低压试验舱”的制造任务。在11个月的工程施工期间,项目组克服了容器在工厂整体制造、超大部件公路运输、快开大门设计制造、现场特殊位置整体吊装等难题。2007年8月经建设单位和使用单位验收合格后交付给中国航天员科研训练中心投入使用。
    参观完“模拟失重训练水槽”已经快到中午,本来计划去看中国载人航天二期工程“舱外航天服低压试验舱”,得到的消息是上午有航天员正在里面训练,现在不方便参观。没办法,只好抓紧时间先去看KM6。 
    “翟志刚!”刚下到一楼时,王若维高工突然低呼一声。我们顺着王若维的目光看去,在大厅门口站在几个人,其中两个人身着蓝色航天训练服。王若维一边快步走到跟前同他们打招呼,一边催我们拿出他早已经给我们准备好的航天纪念封赶快找翟志刚签名。翟志刚和王若维都是老朋友了,听说我们是哈工大来的,很爽快地答应了。趁着我们围着翟志刚要签名的时候,王若维高工帮我们拍下了几张珍贵的照片。正要签第四个纪念封的时候,接航天员的车来了,保卫人员催翟志刚上车,翟志刚笑着说:“等等,再给他们签完这个吧。”
    “你们看刚才翟志刚是靠在门口的,训练是很耗费体力的,一上午下来肯定都累得不行。”王若维告诉我们,“舱外航天服低压试验舱”能够在地面模拟出一个高真空、超低温的空间环境。“舱外航天服”在组装制造的各个阶段,要无数次的进行空间环境试验,太空出舱航天员也要多次身着舱外航天服进入低压试验舱进行试验和训练。所以说,该设备按期完成,为我国“舱外航天服”的研制和神舟七号航天员的空间环境试验和地面着装训练做出了重要贡献。
    怀着激动的心情告别中国航天员中心,顾不上吃饭,王若维高工带着我们径直前往中国空间技术研究院去看为神舟签发“通行证”的KM6。KM6的含义,王仲仁教授曾说明,实际上它是汉语拼音缩写的代号。K是空间的缩写,M是模拟器的缩写,6代表序号。KM6是我国最大的空间环境模拟器的缩写,也是世界上著名的三大空间环境模拟器之一。
    当我们身穿参观服,站在KM6面前时,还是被它的伟岸震惊了。它就是传说中的人造 “太空环境”实验室,包括超低温、辐射及高真空,是空间飞行器和载人航天器的关键试验和检测设施之一。我国的“神舟”系列飞船和多种大型卫星顺利升空前均曾在其中作过多次检测试验,经过它的质量验证和性能考核,通过后才能运抵卫星发射中心等待发射。
    这次神舟七号任务中我校还承担了KM6水平舱舱门设计制造。据王若维高工介绍,KM6水平舱是为航天员进行出舱活动空间环境训练的重要设备。在该舱中可以进行“神舟七号”轨道舱的整舱空间环境试验。航天员可以身着舱外航天服进入轨道舱进行“人、船、服”综合空间环境试验。试验过程中舱门的顺利关闭和开启是保障试验顺利进行并保证航天员生命安全的关键。
    哈工大特种容器设计与制造研究所承担了该项目的设计制造任务,重新设计制造了KM6水平舱舱门结构和开启关闭机构,为此设计制造了特种现场加工机床,在KM6真空容器筒体上重新加工了舱门的密封面。加工完成的舱门机构整体功能和精度完全达到设计和使用要求,已交付中国空间研究院相关单位使用,运转良好,已完成多次神舟七号教练员和航天员的“人、船、服”重大试验,为神舟七号总体任务的完成提供了可靠的保障。“甚至有两次水平舱进行试验的时候,哈工大的技术人员就在舱门外进行技术保障。咱们哈工大人也参加了航天员训练过程中的一些任务。”王若维高兴地说。

    项目中展现实力 工程里体现精神 

    航天城中哈工大参与的神七项目参观完毕,我们依依不舍地离开航天城。
    “王老师,您可真幸福,还可以经常见得到航天员。”
    “呵呵,对呀,我也觉得是这样。我就是喜欢这种环境,愿意参与到航天事业中来。”
    1994年10月份,学校成立KM6建设工程指挥部,当时王若维辞去材料学院办公室副主任之职,加入KM6建设工程指挥部任办公室主任,1995年5月份开始进入北京航天城施工现场,负责组织现场施工。
    “参与KM6工程建设是我人生最大的转折,我一直非常怀念建设KM6那段时光。”王若维动情地说,“哈工大在全国高校一向以航天特色和工程特色著称,学校在一开始接KM6项目的时候,好多单位、甚至合作者也怀疑:一个学校能做什么?通过实践检验,证明哈工大有能力来承担国家大型工程建设项目,哈工大在国家这么重大的航天任务中做出了贡献,作为哈工大人我们感到非常的骄傲和自豪。”
    这次一起来航天城的姚国防是校电视台的同事,他跟王若维是几十年的莫逆之交,两人都是在17岁的时候来到哈工大工作,如今已经37年了。当年他们还一起参加文工团多年,姚国防跳舞,王若维打扬琴。谈起王若维,姚国防说了8个字:“认真、坚持、无私、热情”,
    为了建造KM6,王若维两个春节都是在北京度过的。刚参加北京航天城建设的时候,儿子王亮才小学二年级,每天自己背着书包、带着饭坐公交上学。别人家的父母工作忙也会抽时间去看孩子,但是在王若维家却是“孩子去看父亲”。利用假期、周末的时间,小王亮也会挂个“无人陪伴”的牌子,一个人乘飞机来北京看父亲。如今为神七项目自己常年在北京,儿子在威海校区上学,爱人在哈尔滨工作。虽说一家3口在3个地方,可是每个人都没有怨言。相反,爱人和儿子还非常支持他,都说参与国家载人航天工作机会难得,非常荣幸。儿子在放假的时候还会来到北京帮忙,甚至到施工队伍中一起干活。
    工作之余,在航天城里没有其他活动,王若维就搞起了航天集邮。现在王若维已经成为国内航天集邮界的行业负责人。他曾为黑龙江省集邮品在飞船、卫星上多次争取到搭载的舱位。此外摄像、摄影也是王若维的一大兴趣爱好,他曾不顾危险多次距火箭发射塔几百米的近距离拍摄火箭升空,如今他又要奔赴酒泉拍摄神七发射。谈到这里,王若维话语里充满自豪之情,他说正是参与航天事业这个得天独厚的条件成就了自己的兴趣。
    “认真、努力,没有杂念,不考虑个人得失是工程顺利完成的秘诀。至于技术难题,谁也不是生来就会的,用我们自己的话来说就是只要坚持,没有过不去的坎儿。套用现在比较时髦的一句话就是‘不放弃’,总会有结果的。”王若维表示,为神舟七号地面训练设备项目,必须认真对待,这些项目的成败直接关系到神舟七号能不能顺利完成既定任务。所以觉得自己肩上的担子非常重,不敢有丝毫的懈怠。自己也一直在努力做好,以求不辱没“哈工大人”这个招牌。“参与神七中的项目担任工程总指挥,这不是我一个人的事情,不管是由谁来做都会完成的这么出色。从17岁走进哈工大这个门,哈工大精神已经在身上打下了深深的烙印,我们也从老领导和老专家身上学到了这种精神。轮到自己承担这些任务,我们也要把这种精神发挥好,不辜负老领导和老专家们的期望。”
    进入航天城参与航天工程建设14年,从KM6到FL-9低速增压风洞工程、KM5―A工程,再到如今的神七项目和正在进行的KM7工程建设,王若维最大的感受是,祖国的航天事业近年来发展很快,祖国也强大起来了。作为哈工大人自己能参与其中的一点工作,能为促进国家航天事业发展尽一份力他觉得很欣慰,也希望哈工大在国家载人航天后续任务的工作中,还会承担更多的任务,完成得更好,继续为祖国的航天事业做出自己应有的贡献。

航天员在模拟失重训练水槽中训练 

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