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神七太空舱

　
　　★ 引言

　　与“神六”相比，“神七”除多了一名航天员外，还有许多之前神舟系列飞船从未有过的新改进和新功能，例如气闸舱、小伴星等。“神七”究竟做了哪些优化和改进？飞船总装主管设计师刘晓震、飞船副总设计师潘腾等接受本报记者采访，揭开了这些秘密。

　
　　为确保航天员顺利完成太空行走及释放小卫星等活动，“神七”在“神六”基础上进行了数十项优化和改进。神七的种种改动不但提高了飞船安全系数，还让很多操控设施更加人性化。

　　轨道舱变身

　　增添功能兼作气闸舱

　　“神六”上的轨道舱仅是航天员在太空中的生活舱，航天员的吃喝拉撒睡全在这个舱段进行。“神七”航天员要出舱进行太空行走。为此，轨道舱增添了许多新的功能，且对舱内设备进行“瘦身”腾出了更多的空间，航天员出舱时，轨道舱将作为气闸舱使用。

　　据介绍，两名航天员要在这个舱换上出舱服，一人出舱进行太空行走。为此，该舱增添了舱内气压泄除和恢复系统，舱内有线和舱外无线的出舱活动通信系统，出舱活动操作显示界面、照明和摄像装置，舱外航天服接口支持系统等。

　　舱门增肥

　　750毫米加大到850毫米

　　飞船结构与机构分系统副主任设计师游巍说，考虑到航天员身着出舱航天服，充压后服装体积会增大，因此把“神七”的舱门通径变大了，由“神六”时的750毫米加大到850毫米。

　
　　另外，由于气闸舱需要泄压和复压，舱外前端专门装了5个圆圆的复压气瓶。气瓶上方，是一个将被释放的小伴星。出舱航天员太空行走的同时，这颗小伴星将被飞船放飞太空。

　　翅膀变少

　　4块太阳能帆板变为两块

　　根据此次的任务要求，设计师们对飞船外观做了不少新的改进。取消了以往飞船上的留轨功能和附加段，还取消了飞船上的一对太阳能帆板等。通俗地说，过去看到飞船上的四只翅膀，在“神七”上只有两只了。

　　同时，为了记录太空行走的画面，“神七”还增加了舱外摄像机、照明灯、舱外扶手，还有各种阀门和管路系统等。

　　坐椅更安全

　　压力燃气换成空气

　　除了轨道舱的改进，返回舱内的坐椅也进一步优化设计。“神五”、“神六”返回舱坐椅都采用火工品爆燃提升的设计，有害气体万一泄漏，后果不堪设想。

　　“神七”返回舱坐椅下的压力燃气包被“压缩空气”取代，并相应增加了一套“气源组件系统”作为动力源。这意味着即便发生泄漏，也不会对航天员产生任何不利影响。

　　“神七”档案

　　身高：9.19米

　　体重：7890公斤

　　组成：轨道舱、返回舱和推进舱

　　能力：在轨正常飞行3天并具备

　　最长5天飞行能力

　　1　气闸舱

　　由“神六”轨道舱变身而来，该舱兼具气闸舱和轨道舱。增加了舱内卸压和复压系统、出舱活动通信系统、舱外航天服接口支持系统、航天服穿脱架等。

　　2　舱门（“生死门”）

　　航天员身着出舱航天服，充压后服装体积会增大，舱门通径比“神六”的750毫米增加了100毫米，以便于身穿航天服的航天员进出。

　　3　内饰

　　舱内扶手增加，有软有硬，以方便航天员活动。舱体地面用褐色的阻燃装饰层覆盖，而其余各处则用乳白色装饰层包裹，可使航天员增强上下空间感。

　　4　舱外照明设备

　　航天员舱外活动时，若光线不足，可提供照明。

　　5　坐椅下燃气换空气

　　返回舱内坐椅下压缩空气取代压力燃气，更加安全。

　　6　舱外扶手

　　新增舱外扶手，供航天员太空行走时扶持。

　　7　舱外摄像机

　　舱体前后端各有一台，可拍航天员舱外活动过程。

　　8　复压气瓶

　　航天员太空行走返回舱内后，给舱内复压。

　　9　小伴星

　　重40公斤，将被放飞，可拍照并传回飞船画面。

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　　■ 四大优化

　　褐色“地板”让飞船有家的感觉

　　据飞船总装主管设计师刘晓震介绍，“神七”内部设施在“神六”基础上的优化，可归纳为四大类，有的优化举措是根据航天员空间返回后的反馈信息进行的。

　　瘦身运动

　　“神七”的设计在飞船内部的空间保障上做足了文章。由于此次太空之旅要完成出舱活动任务，而舱外航天服的体积较大，两名航天员要进行穿脱动作，此外还要携带3人5天的生活物品，这势必要占据舱内的有限空间。

　　为此，“神七”飞船内，各种仪器被装载在类似货架的格框上，提高了空间使用率。

　　视觉引导

　　为了让航天员更好地“捕捉”方向感，在内部装饰上，把舱体地面用褐色的阻燃装饰层覆盖，而其余各处则用乳白色装饰层包裹。

　　涂褐色的地面是地球所在的方位，因为褐色代表土壤，可使航天员找到“家”的感觉。这就改变了传统上以　单一浅色调为主的构图，形成一定的色彩反差，从而使身在太空的航天员有立体的视觉归属感。

　　集中布局

　　为了使处于失重状态的航天员工作更为便捷，“神七”的设计者将舱内的设备进行了分区域规划布局，按设备的用途、性能等因素合理地放置。

　　例如，将操控设备进行了集中摆放。航天员将会面对多个显示器来监控飞船的飞行状态，包括舱压、换热、供氧以及调试舱外航天服时等各项数据指标，设备操作更加直观、简单、便捷。

　　软硬兼施

　　根据以往的经验，航天员在太空的活动对扶手的依赖程度很高。从航天员空间返回后的反馈得知，舱内部分扶手的“手感”不佳。为此，“神七”更加重视扶手的便捷性与实用性，在舱体内外安置了数量不等、共20余个“软”、“硬”扶手。

　　舱内以软扶手为主，而“硬”扶手则被安置在舱门和轨道舱脚踏板上，及舱外行走路线上，用作着力点。

　　■ 揭秘

　　“生死门”关不紧人就回不来

　　不论是航天员出舱进行太空行走，还是返回轨道舱，关好舱门非常重要，因而飞船舱门被设计师们称为“生死之门”。

　　“神七”的任务涉及航天员出舱行走，在执行任务过程中，需要开关好两道舱门。

　　太空中开门关门均很难

　　亲身经历过太空飞行的航天员深有体会，开关好舱门，看似简单，实际要完成多项步骤。

　　毫无疑问，“神七”上的航天员开关舱门时，要完成开保险锁、开关转动手柄、拉开舱门、给舱门套上保护罩等一套规定动作。

　　飞船结构与机构分系统副主任设计师游巍说，为方便航天员进出，“神七”不仅增大了舱门通径，还在沿用了“神六”舱门的工作原理和设计形式等成熟技术的基础上，进行了十多个项目的改进设计，为此曾设计出了80多张图。

　　舱门打得开、关得上、密封可靠成为三个非常重要的环节。太空环境又直接影响到开关舱门，特别是在真空、高低温、失重等太空环境下，将舱门打开，并不是像地面开关门那么轻而易举。而且舱门若不能保证密封，轨道舱内就无法复压，意味着2名航天员将无法脱掉舱外航天服，不能回到返回舱。

　　真空环境中锤炼“生死门”

　　要百分之百地保证舱门打得开、关得上、密封可靠，必须在地面做真空和高低温环境下的试验验证。2004年，设计人员特意研制了真空热环境舱门开关装置。

　　游巍描述说：舱门专用的“真空罐”里，设置了开关舱门的机构，像个机械手在模拟航天员的操作。设计人员为了获得舱门在更为恶劣的太空环境中的数据，在真空环境中，还把温度拉偏到零下45摄氏度和零上45摄氏度。科研人员通过计算机操作，获得了试验验证数据。

　　自2005年起，对生产出的舱门和开关机构进行了大大小小的各种试验达数十次。低温环境对舱门开关影响最大，设计人员进一步对舱门进行可靠性试验，在零下20摄氏度的低温环境下打开舱门的动作反复做了数百次，获得了可靠的数据。

　　■ 程序变化

　　与“神六”相比，“神七”除了硬件上的优化和改进，飞行程序也做了改变。由于“神七”此次主要任务是航天员太空行走，飞行程序的改变也多是为太空行走服务。包括发射返回时间调整、返回时放弃轨道舱等以下五种变化。

　　Ⅰ夜发昼返

　　方便阳照时太空行走

　　“神五”“神六”的发射时间都是在上午八九点，返回的时间都是在凌晨。而“神七”的发射时间调整为晚上，返回的时间是下午6点左右。

　　时间调整，主要是考虑到航天员出舱时间是在阳照区，便于图像传输。航天员出舱进行太空行走的活动将会被观测得“一清二楚”。飞船返回时是白天，不仅便于对航天员的搜救，也便于对返回舱进行快速处置。

　　Ⅱ 出舱活动

　　关键点均可地面测控

　　由于舱外的环境比舱内环境要复杂的多，按照满足舱外服约束条件，同时保证航天员能够顺利完成出舱程序的原则，神舟七号飞船总体系统设计了分为四个阶段的正常出舱程序。并设计了七个关键事件点，同时保证这些事件点全部都在地面测控范围以内。

　　除此之外，飞船总体系统还设计了四个应急处理程序和30个出舱故障预案设计。

　　Ⅲ 三人多天

　　神舟飞船首次满负荷

　　神舟系列飞船的初始设计承载量为三人，神舟一号到四号飞船为非载人状态，“神五”载一人，“神六”载两人。“神七”将首次实现满负荷状态下的考核，实现三人多天的在轨飞行。

　　与神舟六号飞船相比，在多增加一人的情况下，神舟七号飞船要提供满足多增加一人的坐椅、食品、饮用水、环境控制功能等多种资源支持。

　　Ⅳ 在轨试验

　　太空行走回收试验品

　　“神七”将搭载我国第一个上天的中继卫星用户终端，这个用户终端能够大大提高我国中低轨道航天器的测控覆盖能力，实现测控覆盖率由原来的13％提高到45％左右。

　　“神七”还将进行固体润滑材料的在轨试验，将中科院提供的固体润滑材料在外太空暴露后，由航天员在出舱行走时进行回收。

　　“神七”还将完成伴随卫星的在轨试验。

　　Ⅴ 弃舱返回

　　轨道舱将会燃烧消失

　　“神七”减少了轨道舱的16台发动机，仅保留了推进舱和返回舱的动力设备，其原因是航天员完成任务准备返回地球时，轨道舱将不再像“神六”那样保留，而是与飞船分离，燃烧并消失。

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