筑梦九天·广东力量 | 天宫“神器” 广东智造

2023-1-7 21:46| 发布者: 梅克尔机电| 查看: 94| 评论: 0|来自: 大洋网

摘要: 来自中科院官网的一篇科普文章显示,太空任务对太空笔提出了极其苛刻的要求,它可以在任意角度下书写,甚至倒着写;它可以在失重的真空条件下书写;它可以在极寒冷的环境下或者沸腾的温度下书写;它几乎可以在任何表 ...

今年10月,梦天实验舱发射升空,成功与天和核心舱对接。历时三十年,中国空间站终建成。近日,神舟十五号发射成功,神舟十四号与神舟十五号实现首次在轨交接;12月4日,神舟十四号顺利返回。一个个历史性瞬间,书写着中国航天奋起直追、勇攀高峰的不懈追求与努力。广州日报特推出《筑梦九天·广东力量》系列报道,细数智造、育种、卫星方面广东企业的艰苦攻关,讲述那些筑梦九天的故事。

当你拿起一支笔随意在纸上涂写、当你花一小时烹煮好一餐美食、当你顺手将厨余扔进垃圾箱……你或许很难想象,这些极为简单的日常小事,在400多公里外的太空,会变得异常复杂,看似轻松地遨游太空,其实是一场“失重大挑战”。

在这场逐梦太空的挑战中,广东智造不曾缺席。“太空限定”版航天微波炉、保持太空之家整洁无菌的真空压缩袋、可以任意角度书写的太空笔……一直以来,广东企业攻坚克难,经过无数次的尝试和试验,将许多“不可能”变成“可能”,默默为中国“航天梦”提供着支持和保障。

“中山造”真空收纳袋

首次升天时间:神舟八号

用途:收集宇航员饮食起居产生的废弃物

绝技:阻隔性、阻氧性、耐穿刺性

3名航天员空间站住半年大概要用2000个收纳袋

航天真空收纳袋。

在太空舱密不透风和失重的环境下,细菌繁殖能力是地面上的80倍,航天员起居饮食产生的残余物品飘浮在舱内,若处理不当,极易腐烂并产生挥发性气体,危及工作空间和生存环境。因此,航天员在空间站工作生活产生的废弃物,如换洗衣物、食品包装、厨余垃圾等物品,都要分门别类、仔细地收纳到对应的装置里。

从神舟八号飞船开始,广东太力科技集团股份有限公司研制生产的真空收纳袋已经15次登上太空,“这些袋子虽然看起来很普通,但是航天员在飞船上的饮食起居都离不开它们。”该公司总工程师王振昌介绍,由于航天环境的特殊性,上太空的真空压缩袋都要根据用途特别定制,“这些袋子跟我们平时用的不一样,因为这些袋子收纳之后最久要在空间站里面存放半年以上,这对收纳袋的阻隔性、阻氧性、耐穿刺性都要求很高。”

航天真空收纳袋。

以用来收集航天员餐厨垃圾的二型压缩袋为例,阻隔性主要是防止食物残渣的异味飘出来,还有防止液体泄漏;阻氧性就是防止细菌在里面滋生,因为食物残渣很容易滋生细菌;耐穿刺性则是为了防止某些物品的包装过硬,抽真空后变形将袋子刺破。

除了残留食品包装压缩袋以外,还设计有残余物品压缩袋、服装压缩袋、废物收集袋、铝箔密封袋等,不同类型的真空压缩袋分别对应不同的作用,有的用于处理食物残渣,有的用于收纳航天员的衣服行李,有的用于处理航天员起居所产生的生活垃圾以及排泄物。

别看这样一个小小的真空密封收纳装置,实际上,真正“升空”前经过了逾5000次的检测和3000余次试验,突破各种技术难题并不断优化,才能顺利成行的。

可以说,航天员在太空中的工作、生活处处都离不了这个不起眼的小袋子。据介绍,航天员在太空中平均每天要使用5~6个真空收纳袋,此前神舟十三号3名航天员在空间站工作生活长达半年,大概使用了2000个真空收纳袋。

“当前我们还在不断地研发创新,以提升现有的产品质量。”王振昌表示,下一步,集团将加大新材料新技术的研发投入,打造出更多更好的产品,助力航天事业创造整洁无菌的“太空之家”。

“东莞造”便携式卫生用品

首次升天时间:神舟六号

用途:特殊功能设计的尿液收集装置

绝技:祛除异味、抑菌、防泄漏

这款卫生用品多次随“神舟”航天员上天

“人有三急”,哪怕是在太空漫游也是如此,而东莞智造的产品提供了“方便”。坐落于东莞市茶山镇的广东茵茵股份有限公司(以下简称“茵茵”)是中国航天员科研训练中心的重点协作单位,其研制的便携式卫生用品陪伴中国航天员多次登上太空。

2021年9月17日,神舟十二号载人飞船返回舱成功着陆,执行飞行任务的航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波安全顺利出舱。三个月来的太空任务中,他们用上了这款便携式卫生用品——一种以纸尿裤为基础,包含了特殊功能设计的尿液收集装置。

据了解,在飞船起飞和着陆以及空间站出舱时,航天员都是“全副武装”穿着航天服,同时也会穿戴上述便携式卫生用品。

由于航天服是密闭的,尿收集装置设计需要有更高的吸收能力、更有效的净味能力、更强大的锁水能力和防漏能力等。为此,该企业设立了技术中心,建有微生物检测、化学、物理、恒温技术等专业实验室,创新实现了太空速渗导流、航天炭芯净味等技术突破。

翟志刚在神舟十三号飞船中整理垃圾。(视频截图:中国载人航天官网)

“茵茵”研制的尿收集装置,注重通过核心技术和人性化设计,实现高效的吸取、净味、抑菌、锁水和防漏能力。企业相关负责人曾对媒体表示,从神舟六号开始,每次航天员从太空返回地球,都会给公司提出一些新的建议,经过不断地改良和改进,目前在卫生用品方面企业已经有100多个专利产品,其质量和舒适度也在不断改进。

从2004年6月完成第一次航天员卫生用品合格交付开始,“茵茵”至今承担并出色地完成了神舟六号、神舟七号、神舟九号、神舟十号、神舟十一号、神舟十二号等飞行任务的宇航员便携式卫生用品的研发生产任务。

“佛山造”航天微波炉

首次升天时间:天舟二号货运飞船

用途:为航天员烹制一日三餐

绝技:极致紧凑型“身材”、超一级能效

7分钟便可烹制完成三名航天员的餐食

第14届中国航展上亮相的中国空间站组合体1:1展示舱里,展出的微波炉(上)和冰箱(下)模型。

远在太空,航天员们如何解决一日三餐?每逢佳节想念“家的味道”时,怎么办?神舟十四号乘组在空间站与神舟十五号“太空会师”,共同生活工作的5天里,他们会吃些什么呢?这台特别为太空定制的微波炉,将提供健康、营养、美味的餐食。

实际上,中国是世界上第一个、也是目前唯一一个让航天员在太空用上微波炉的国家,这台微波炉界的“天花板”,由佛企格兰仕自主研发。如今,航天微波炉已两度“上天”,2021年5月29日,首台航天微波炉随着天舟二号货运飞船进入太空。而在今年的7月26日,第二台航天微波炉随“问天”实验舱入驻中国空间站,按照计划,每台航天微波炉要在中国空间站持续工作十年。

在太空中完成一餐主食,并非易事。航天微波炉要如何抗住重力上天?要怎么抵抗微波干扰、在真空环境中运行?如何在极致节能的同时,还能高效烹饪,并百分百还原食品风味?这些都是需要攻克的难题。

作为微波炉的“心脏”,磁控管技术是核心。普通磁控管的微波频段与空间站Wi-Fi的频段恰巧重叠,一旦发生干扰,后果非常严重。格兰仕专门研制出特种磁控管,经过无数次频率调整测试,确保航天微波炉能够在太空环境长期正常且安全高效运行。

由于空间站能源有限,航天微波炉的参数与地面一般家电相比“大不同”。航天微波炉既要做到体积小,强度大,并且运作还要高效,堪称“螺蛳壳里做道场”。航天微波炉使用功率仅600瓦,体积控制在7升,远小于普通的家用产品。在重量上,航天微波炉的电源元件仅0.6公斤,比起普通微波炉减重了80%以上。以极致紧凑型“身材”做到超一级能效,使用变频微波电源代替传统高压变压器,两台航天微波炉,7分钟便可烹制完成三名航天员的一餐主食。

此外,在研发过程中,设计团队还不断优化产品结构,加强产品本身的机械强度,并创造性采用紧固件、一体成型等创新工艺,在减小体积的同时,让航天微波炉产品更加“结实”。“升天”前,经过多次震动测试,贴合的软包、扎实的结构强度,完美解决高频、共振的冲击问题。

经过多款实验产品的迭代,不断提升相关技术,中国首台航天微波炉才得以“诞生”。

“韶关造”太空笔

首次升天时间:神舟十号

用途:在太空中书写

绝技:在极寒冷温度或100℃高温下均能使用

笔芯自带加压装置

可任意角度书写甚至倒着写

镌刻着“祥云图案”的太空笔。

从神舟十号到神舟十四号,一支来自韶关始兴企业生产的太空笔都让大家津津乐道。在神舟系列飞船发射升空的场景里,人们经常看到中国航天员用这支笔来验证在轨失重状态,它在镜头前的每一次漂浮与旋转,仿佛都在向世人传递着“一切正常”和“状态良好”的信号。

早在2012年,盛怡公司开始为中国航天研制太空笔。该企业研制的中国第一支太空笔随“神舟九号”搭载升空试验,2013年在“神舟十号”正式使用。经过飞行任务的验证,该笔使用方便,书写流畅,功能正常,满足任务需求。“神十”任务书写笔是中国自主研发的第一支太空笔,极大地解决了太空铅笔在太空上书写的不便。

2021年,该公司设计研发的“祥云图案”太空笔随“神舟十二号”升空成为中国空间站航天员工作用笔,再次成为中国航天科技的历史见证。之后,“祥云图案”太空笔又随神舟十三号和神舟十四号载人飞船再次“飞”上“天宫”。

小小一支笔从设计到研发再到生产,一系列技术都已经牢牢掌握在了中国人手中。这支笔的生产材料、油墨、笔芯等都是在始兴县制笔园区的工厂内生产完成的。其最核心的技术是笔芯,不仅使用了高黏度的特种油墨,还自带加压装置。无论是在油墨的黏度、书写体验、书写长度等方面,都优于国外同类产品。

据相关企业负责人介绍,太空笔产品研制从设计开始就有着严格的要求。书写笔的材料、质量、模具、印刷、油墨、检验等整个过程必须一丝不苟。如在检测环节就有渗透性、干燥性、耐水性、耐光性、耐冲击性、出芯机构灵活性检验等数十项。还要进行书写性能测试、冲击振动试验、快速减压试验,在安全可靠性上的设计更是十分苛刻。小小的一管笔,用“浴火重生”来形容一点也不为过。产品出厂前,对全部产品进行抽查,如有一支不合格,整批产品都需报废。

来自中科院官网的一篇科普文章显示,太空任务对太空笔提出了极其苛刻的要求,它可以在任意角度下书写,甚至倒着写;它可以在失重的真空条件下书写;它可以在极寒冷的环境下或者沸腾的温度下书写;它几乎可以在任何表面上书写而不会对笔造成损坏,如沾了油的纸、胶片、玻璃、金属、木块、石头等。

策划、统筹:占豪剑

文、图:广州日报·新花城记者 张翔宇、卜瑜、谢英君、黄子宁


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