人民网《壮丽70年·河南创造的70个第一》专栏报道我校自主研发的航天面窗(图)
发布人:杨明  信息来源:党委宣传部 橡塑模具国家工程研究中心  发布日期:2019.12.18  阅读次数:12177 

2019年12月18日人民网河南频道

                                挑战!我国自主研发的第一款航天面窗是这样诞生的

编者按:一部河南史,半部中国史。70年来,在这片有着8000年底蕴的黄土地上,亿万中原儿女团结一致、敢闯敢拼,推动河南大地改革潮涌、各项事业发展取得新成就,开放的河南越来越“中”!为庆祝新中国成立70周年,人民网河南频道联合中共河南省委宣传部策划推出《壮丽70年·河南创造的70个第一》融媒体系列报道,对河南在新中国成立以来创造的国内或省内多个“第一”进行集中采访。今天推出第39篇,人民网记者为你讲述我国自主研发的第一款航天面窗的故事。


    “那个下午,当舱门缓缓打开,镀了纳米金的面窗慢慢露了出来,我知道我们成功了,成功了!”
    11年后,当郑州大学学科与重点建设处处长刘春太再忆起当年的情形时,仍然难掩兴奋与激动:“那一瞬间,如释重负后的欢喜一下子涌上心头!那个时刻,就如同世界杯决赛上的压哨点球,成功了就是为国争光,失败了,我们就可能是民族的罪人。”
    2008年,郑州大学“神七”宇航员太空出舱头盔面窗科研团队当选为当年感动中原十大人物(集体)。郑大与“神七”之间究竟有着怎样的故事与渊源?事情还得再往前追溯三年。


    接下重任,两年多夜以继日研制出面窗样品
    2005年元月的一天,解放军总装备部航天医学工程研究所一行到郑州大学国家橡塑模具研究工程中心调研,讨论载人航天宇航员出舱头盔面窗研制的可能性。
    “他们在全国查访了许多科研单位,经过认真对比,最后把目光锁定到了我们团队身上。” 刘春太说,2005年3月8日,郑州大学国家橡塑模具研究工程中心团队正式接受中国航天员科研训练中心的委托,开始投入该项目的研制工作。
    一个小小的航天面窗为何受到如此重视?
    为了探索宇宙奥秘,航天员必须穿着选用特殊材料、特殊工艺、特殊技术加工的航天服进行太空飞行和出舱活动。头盔面窗组件是宇航员在外太空活动时观察外界的窗口,可以说是宇航员的“眼睛”,它不仅要给宇航员提供一个清晰、良好的视野,也是航天员生命保障最关键的部件之一。
    “首先,它要能承受太空极端的温度环境。由于没有空气传热和散热,受阳光直接照射的一面,可产生高达100℃以上的高温,而背阴的一面,温度则可低至-100℃以下,航天面窗要承受极端的热胀冷缩而无缺陷产生。”刘春太说,其次,航天面窗必须是零缺陷,由于太空中是零大气压,任何缺陷都会使航天员暴露在太空中,并将面临失压、缺氧、低温和辐射损伤4大危险。如果直接暴露于太空,由于没有氧气,人将立即窒息而死。再次,航天面窗要能阻隔太空辐射。没有了大气层的保护,宇航员会受到更强烈的辐射伤害。除此之外,航天员还可能遭遇具有足够高动能的空间碎片的冲击。
    在没有任何经验借鉴的情况下,郑州大学国家橡塑模具研究工程中心团队经过两年多夜以继日的艰苦奋战,结合航天面窗的使用环境和使用功能,采用中心最先进的模具加工和成型技术,历经数百次实验,攻克了一道又一道技术难关,终于研制出了面窗初样产品。样品被送到不同的单位进行测试,团队觉得如释重负。


    推倒重来,三个月挑战极限终获成功
    “然而,正当大家为终于完成任务击掌相庆的时候,不料晴天霹雳,样品在极端实验中发现了极其细微的银纹。”刘春太说,“按照惯例,一切必须推倒从零重新开始,这就意味着我们近两年的工作不具备任何意义,所有都需要从头开始。”
    最关键的是,发现问题的时候,距规定的任务完成时间已非常近,只剩下短短三个月,要推到重来,任务重,要求高,如何保证完成?团队所有人都感受到前所未有的巨大压力。
    “那个夏天,我们跑到长春、北京、成都,四处走访专家,我们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复查,就连一根细微的线条都不放过。我们还对产品成型重新进行了整体的仿真模拟,并对所有环境因素对产品性能的影响进行了更详细的实验。”刘春太说,“虽然只是细微的瑕疵,却责任重大,事关国家和民族的声誉,事关航天员的生命安全。我们立下军令状,要确保彻底解决这一问题!”
    那些没明没夜的日子里,团队每一位成员都背负着极大的身心压力,大家咬牙默默地干着、坚持着。
    终于,可能的原因找到了,措施也提出了,接下来就是落实了。2007年7月开始,短短1个月时间,郑州大学国家橡塑模具研究工程中心团队重建了5000平米的航天面窗专用车间,并跑到一个国家专用平台,把材料从原料、成型装备、模具设计造成、加工工艺、后处理、检测方法等各个环节,在-100℃到100℃环境中的性能全部测试了一遍。
    此后,由载人航天工程的总设计师、副总师等几十人组成的专家组又对产品进行了最严格的测试,包括高低温实验、抗冲击实验、抗辐射实验、光谱透过实验和耐压实验等。结果显示,各项性能指标完全满足航天要求。
    历时2年半多,最终检验的时刻终于来到了。2008年9月25日晚21时10分,在酒泉卫星发射中心载人航天发射现场,随着长征二号F型火箭腾空而起,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!
    然而,航天面窗能否经得住考验?“发射成功后,我曾仔细询问过我们的大部分研发团队成员,问大家当时的感受,说实话,尽管我们在地面上开展了成千上万次实验,尽管我们相信自己,但是没有一个人不是忐忑不安的。”刘春太说,“我们团队的领导者申长雨院士告诉我,他的腿都是软的,我自己也一支接一支地抽着烟来回走动着,手足无措地试图去平复心中的不安。”
    “终于,当舱门缓缓打开,镀了纳米金的面窗慢慢露了出来,我知道,我们成功了!”
    经过接近两天的在轨飞行,2008年9月27日16时41分,中国航天员翟志刚身着我国自行研制的“飞天”宇航服在太空中留下了中国宇航员的身影,中国成为第三个掌握太空出舱技术的国家。中国航天工作者也开始向太空伸出更为广阔的触角。


    突破创新,新一代航天面窗研制出炉
    “神七”航天面窗从设计—实验—生产—检验—试验,到最后通过专家鉴定,历经2年半多时间,突破了重重难关,在这件我国自主创新的高科技头盔面窗上,凝聚着众多科研人员智慧和汗水的结晶。
    在完成出舱任务后,郑州大学国家橡塑模具研究工程中心团队又接到了新的任务——研制航天员太空长期驻留的航天服面窗。
    “2008年神七发射成功后,中国的舱外活动只持续了18分钟,并没有经历长期的考验。”刘春太说,“这也为我们新一代航天面窗的研制提出了更大的挑战。”
    模具中心团队又开始了新一轮的研制,为了提高航天面窗的抗老化性能,团队专门开展了树脂的热稳定性研究,并在世界上首次建立了成型-光学性能分析和测试理论。为了实现产品服役行为的模拟,团队还构建了独有的拉伸—压缩统一本构模型,为合理预测航天面窗的服役行为奠定了重要基础。
    2012年6月16日至29日,航天员景海鹏、刘旺、刘洋圆满完成天宫一号与神舟九号首次载人交会对接任务。“这标志着载人航天工程第二步任务取得了重大成果,也为空间站的建设奠定了良好的基础。”刘春太说,“这次,我们河南籍的航天员刘洋,带着我们研制的航天面窗遨游了太空。”
    2016年10月16日,北京航天指挥中心的三楼大厅里,刘春太又作为特邀专家,和200多位专家一起目睹神舟十一号发射升空,并成功进入预定轨道。由模具中心团队研制的舱内航天服头盔面窗作为“眼睛”,伴随着航天员陈东、景海鹏一起进入太空。“我们河南籍的航天员陈东,又带着我们研制的航天面窗遨游了太空。”刘春太说。
    星空浩瀚无穷,探索永无止境。从神七、神九、神十再到神十一,航天服面窗保障了宇航员的安全,也向外界显示了郑大的科技力量。“未来的载人登月计划也会有我们的产品,我们又将接受新的挑战。”刘春太说,“这也激励我们在支撑高端部件的理论和技术方面既要聚焦坚守,更要突破创新。我们将始终满怀信心,攻坚克难,继续努力为我国航天梦、中国梦的实现奉献自己的一份力量。”

                

                  “神七”宇航员太空出舱头盔面窗郑州大学科研团队当选2008年感动中原十大人物

          

                              时任河南省委副书记陈全国为申长雨院士科研团队颁奖
          

                                   郑州大学教师代表与“神七”宇航员合影

          

                                                荣誉奖牌

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