今年10月,夢天實驗艙發射升空,成功與天和核心艙對接。歷時三十年,中國空間站終建成。近日,神舟十五號發射成功,神舟十四號與神舟十五號實現首次在軌交接;12月4日,神舟十四號順利返回。一個個歷史性瞬間,書寫著中國航天奮起直追、勇攀高峰的不懈追求與努力。廣州日報特推出《筑夢九天·廣東力量》系列報道,細數智造、育種、衛星方面廣東企業的艱苦攻關,講述那些筑夢九天的故事。
當你拿起一支筆隨意在紙上涂寫、當你花一小時烹煮好一餐美食、當你順手將廚余扔進垃圾箱……你或許很難想象,這些極為簡單的日常小事,在400多公里外的太空,會變得異常復雜,看似輕松地遨游太空,其實是一場“失重大挑戰”。
(相關資料圖)
在這場逐夢太空的挑戰中,廣東智造不曾缺席。“太空限定”版航天微波爐、保持太空之家整潔無菌的真空壓縮袋、可以任意角度書寫的太空筆……一直以來,廣東企業攻堅克難,經過無數次的嘗試和試驗,將許多“不可能”變成“可能”,默默為中國“航天夢”提供著支持和保障。
“中山造”真空收納袋
首次升天時間:神舟八號
用途:收集宇航員飲食起居產生的廢棄物
絕技:阻隔性、阻氧性、耐穿刺性
3名航天員空間站住半年大概要用2000個收納袋
航天真空收納袋。
在太空艙密不透風和失重的環境下,細菌繁殖能力是地面上的80倍,航天員起居飲食產生的殘余物品飄浮在艙內,若處理不當,極易腐爛并產生揮發性氣體,危及工作空間和生存環境。因此,航天員在空間站工作生活產生的廢棄物,如換洗衣物、食品包裝、廚余垃圾等物品,都要分門別類、仔細地收納到對應的裝置里。
從神舟八號飛船開始,廣東太力科技集團股份有限公司研制生產的真空收納袋已經15次登上太空,“這些袋子雖然看起來很普通,但是航天員在飛船上的飲食起居都離不開它們?!痹摴究偣こ處熗跽癫榻B,由于航天環境的特殊性,上太空的真空壓縮袋都要根據用途特別定制,“這些袋子跟我們平時用的不一樣,因為這些袋子收納之后最久要在空間站里面存放半年以上,這對收納袋的阻隔性、阻氧性、耐穿刺性都要求很高?!?/p>
航天真空收納袋。
以用來收集航天員餐廚垃圾的二型壓縮袋為例,阻隔性主要是防止食物殘渣的異味飄出來,還有防止液體泄漏;阻氧性就是防止細菌在里面滋生,因為食物殘渣很容易滋生細菌;耐穿刺性則是為了防止某些物品的包裝過硬,抽真空后變形將袋子刺破。
除了殘留食品包裝壓縮袋以外,還設計有殘余物品壓縮袋、服裝壓縮袋、廢物收集袋、鋁箔密封袋等,不同類型的真空壓縮袋分別對應不同的作用,有的用于處理食物殘渣,有的用于收納航天員的衣服行李,有的用于處理航天員起居所產生的生活垃圾以及排泄物。
別看這樣一個小小的真空密封收納裝置,實際上,真正“升空”前經過了逾5000次的檢測和3000余次試驗,突破各種技術難題并不斷優化,才能順利成行的。
可以說,航天員在太空中的工作、生活處處都離不了這個不起眼的小袋子。據介紹,航天員在太空中平均每天要使用5~6個真空收納袋,此前神舟十三號3名航天員在空間站工作生活長達半年,大概使用了2000個真空收納袋。
“當前我們還在不斷地研發創新,以提升現有的產品質量。”王振昌表示,下一步,集團將加大新材料新技術的研發投入,打造出更多更好的產品,助力航天事業創造整潔無菌的“太空之家”。
“東莞造”便攜式衛生用品
首次升天時間:神舟六號
用途:特殊功能設計的尿液收集裝置
絕技:祛除異味、抑菌、防泄漏
這款衛生用品多次隨“神舟”航天員上天
“人有三急”,哪怕是在太空漫游也是如此,而東莞智造的產品提供了“方便”。坐落于東莞市茶山鎮的廣東茵茵股份有限公司(以下簡稱“茵茵”)是中國航天員科研訓練中心的重點協作單位,其研制的便攜式衛生用品陪伴中國航天員多次登上太空。
2021年9月17日,神舟十二號載人飛船返回艙成功著陸,執行飛行任務的航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波安全順利出艙。三個月來的太空任務中,他們用上了這款便攜式衛生用品——一種以紙尿褲為基礎,包含了特殊功能設計的尿液收集裝置。
據了解,在飛船起飛和著陸以及空間站出艙時,航天員都是“全副武裝”穿著航天服,同時也會穿戴上述便攜式衛生用品。
由于航天服是密閉的,尿收集裝置設計需要有更高的吸收能力、更有效的凈味能力、更強大的鎖水能力和防漏能力等。為此,該企業設立了技術中心,建有微生物檢測、化學、物理、恒溫技術等專業實驗室,創新實現了太空速滲導流、航天炭芯凈味等技術突破。
翟志剛在神舟十三號飛船中整理垃圾。(視頻截圖:中國載人航天官網)
“茵茵”研制的尿收集裝置,注重通過核心技術和人性化設計,實現高效的吸取、凈味、抑菌、鎖水和防漏能力。企業相關負責人曾對媒體表示,從神舟六號開始,每次航天員從太空返回地球,都會給公司提出一些新的建議,經過不斷地改良和改進,目前在衛生用品方面企業已經有100多個專利產品,其質量和舒適度也在不斷改進。
從2004年6月完成第一次航天員衛生用品合格交付開始,“茵茵”至今承擔并出色地完成了神舟六號、神舟七號、神舟九號、神舟十號、神舟十一號、神舟十二號等飛行任務的宇航員便攜式衛生用品的研發生產任務。
“佛山造”航天微波爐
首次升天時間:天舟二號貨運飛船
用途:為航天員烹制一日三餐
絕技:極致緊湊型“身材”、超一級能效
7分鐘便可烹制完成三名航天員的餐食
第14屆中國航展上亮相的中國空間站組合體1:1展示艙里,展出的微波爐(上)和冰箱(下)模型。
遠在太空,航天員們如何解決一日三餐?每逢佳節想念“家的味道”時,怎么辦?神舟十四號乘組在空間站與神舟十五號“太空會師”,共同生活工作的5天里,他們會吃些什么呢?這臺特別為太空定制的微波爐,將提供健康、營養、美味的餐食。
實際上,中國是世界上第一個、也是目前唯一一個讓航天員在太空用上微波爐的國家,這臺微波爐界的“天花板”,由佛企格蘭仕自主研發。如今,航天微波爐已兩度“上天”,2021年5月29日,首臺航天微波爐隨著天舟二號貨運飛船進入太空。而在今年的7月26日,第二臺航天微波爐隨“問天”實驗艙入駐中國空間站,按照計劃,每臺航天微波爐要在中國空間站持續工作十年。
在太空中完成一餐主食,并非易事。航天微波爐要如何抗住重力上天?要怎么抵抗微波干擾、在真空環境中運行?如何在極致節能的同時,還能高效烹飪,并百分百還原食品風味?這些都是需要攻克的難題。
作為微波爐的“心臟”,磁控管技術是核心。普通磁控管的微波頻段與空間站Wi-Fi的頻段恰巧重疊,一旦發生干擾,后果非常嚴重。格蘭仕專門研制出特種磁控管,經過無數次頻率調整測試,確保航天微波爐能夠在太空環境長期正常且安全高效運行。
由于空間站能源有限,航天微波爐的參數與地面一般家電相比“大不同”。航天微波爐既要做到體積小,強度大,并且運作還要高效,堪稱“螺螄殼里做道場”。航天微波爐使用功率僅600瓦,體積控制在7升,遠小于普通的家用產品。在重量上,航天微波爐的電源元件僅0.6公斤,比起普通微波爐減重了80%以上。以極致緊湊型“身材”做到超一級能效,使用變頻微波電源代替傳統高壓變壓器,兩臺航天微波爐,7分鐘便可烹制完成三名航天員的一餐主食。
此外,在研發過程中,設計團隊還不斷優化產品結構,加強產品本身的機械強度,并創造性采用緊固件、一體成型等創新工藝,在減小體積的同時,讓航天微波爐產品更加“結實”?!吧臁鼻?,經過多次震動測試,貼合的軟包、扎實的結構強度,完美解決高頻、共振的沖擊問題。
經過多款實驗產品的迭代,不斷提升相關技術,中國首臺航天微波爐才得以“誕生”。
“韶關造”太空筆
首次升天時間:神舟十號
用途:在太空中書寫
絕技:在極寒冷溫度或100℃高溫下均能使用
筆芯自帶加壓裝置
可任意角度書寫甚至倒著寫
鐫刻著“祥云圖案”的太空筆。
從神舟十號到神舟十四號,一支來自韶關始興企業生產的太空筆都讓大家津津樂道。在神舟系列飛船發射升空的場景里,人們經??吹街袊教靻T用這支筆來驗證在軌失重狀態,它在鏡頭前的每一次漂浮與旋轉,仿佛都在向世人傳遞著“一切正?!焙汀盃顟B良好”的信號。
早在2012年,盛怡公司開始為中國航天研制太空筆。該企業研制的中國第一支太空筆隨“神舟九號”搭載升空試驗,2013年在“神舟十號”正式使用。經過飛行任務的驗證,該筆使用方便,書寫流暢,功能正常,滿足任務需求?!吧袷比蝿諘鴮懝P是中國自主研發的第一支太空筆,極大地解決了太空鉛筆在太空上書寫的不便。
2021年,該公司設計研發的“祥云圖案”太空筆隨“神舟十二號”升空成為中國空間站航天員工作用筆,再次成為中國航天科技的歷史見證。之后,“祥云圖案”太空筆又隨神舟十三號和神舟十四號載人飛船再次“飛”上“天宮”。
小小一支筆從設計到研發再到生產,一系列技術都已經牢牢掌握在了中國人手中。這支筆的生產材料、油墨、筆芯等都是在始興縣制筆園區的工廠內生產完成的。其最核心的技術是筆芯,不僅使用了高黏度的特種油墨,還自帶加壓裝置。無論是在油墨的黏度、書寫體驗、書寫長度等方面,都優于國外同類產品。
據相關企業負責人介紹,太空筆產品研制從設計開始就有著嚴格的要求。書寫筆的材料、質量、模具、印刷、油墨、檢驗等整個過程必須一絲不茍。如在檢測環節就有滲透性、干燥性、耐水性、耐光性、耐沖擊性、出芯機構靈活性檢驗等數十項。還要進行書寫性能測試、沖擊振動試驗、快速減壓試驗,在安全可靠性上的設計更是十分苛刻。小小的一管筆,用“浴火重生”來形容一點也不為過。產品出廠前,對全部產品進行抽查,如有一支不合格,整批產品都需報廢。
來自中科院官網的一篇科普文章顯示,太空任務對太空筆提出了極其苛刻的要求,它可以在任意角度下書寫,甚至倒著寫;它可以在失重的真空條件下書寫;它可以在極寒冷的環境下或者沸騰的溫度下書寫;它幾乎可以在任何表面上書寫而不會對筆造成損壞,如沾了油的紙、膠片、玻璃、金屬、木塊、石頭等。
策劃、統籌:占豪劍
文、圖:廣州日報·新花城記者 張翔宇、卜瑜、謝英君、黃子寧
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