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神十三带3人组太空出差半年,男女航天员“衣柜”啥不同,围巾、领带或丝巾?
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来源:上观新闻 作者:徐瑞哲 2021-10-14 17:00
摘要:“太空马桶”课题组相继为多艘次飞船航天员提供“方便”,甚至预先为女航天员量身打造了专用款。

10月14日,翟志刚、王亚平、叶光富3名航天员,身着东华大学航天员服装研发设计团队研制的常服,集中亮相酒泉卫星发射中心问天阁,开启神舟十三号载人飞船“星辰大海”之旅。

常服上,五角星的数量表明佩戴者执行载人飞行任务的次数,前肩隐喻航天飞行轨迹的S形弧线与前胸象征胜利的V形直线拼条两相呼应……这是神舟十二号载人飞船发射后,短短4个月间,东华大学设计研发的保障航天员太空和地面工作生活全程的系列专用服装,再次陪伴神舟载员“太空出差”半年。


航天员服装实验室。徐瑞哲 摄

不妨揭秘“衣柜”的背后……为中国空间站一圆飞天梦,为空天战略“织就”强国梦,新中国第一所纺织高等学府东华大学从1951年建校起,就担当“纺织强国”使命。他们如何凭借纺织、材料、设计等特色优势学科,完成神舟、天宫、北斗等任务,以一系列“顶天立地”的科研成果对接国家特需、服务国计民生?


李俊教授在暖体假人实验室。徐瑞哲 摄


【多学科!设计数十个种类服装】


说到载人航天工程,东华大学航天员服装研发设计团队负责人李俊教授就想起,从1993年开始,还是研究生的自己就随导师干起了航天服科研,导师70岁退休后,他接过棒又是10年。

团队一起收看神十三航天员亮相

“从神五到神十二,每次载人飞行任务圆满完成之后我们都收到来自航天系统的贺信或贺电等嘉奖。”他向解放日报·上观新闻记者自豪地表示,这支团队设计既包括航天员在空间站工作生活的工作服、锻炼服、休闲服、失重防护服、睡具等,也包括常服、任务训练服、专用服饰等地面任务服装多个种类。考虑到男女航天员不同穿搭,“在整套‘新装’中,甚至还有从围巾、领带到丝巾的各种服饰配件。”

“中国航天员专用服装是以功能性和工效性优先、兼具美观性的多功能服装。”李俊透露,各具功能的数十个种类服装,有的帮助航天员在长时间太空飞行中对抗失重对人体肌肉的不利影响,有的呵护航天员调节他们的情绪状态,有的还要考虑舱内光线环境下进行摄影、摄像和图像传输后的显示效果,还有时“天上飞、地上改”以最快速度从连体款改装出分体款——可谓“一样菜满足百家胃”。其背后,二三十人构成的设计+工艺团队,横跨多个学科合力而成。


“太空鞋”

身着“太空华服”,脚踏“飞天祥云”,起居“太空之家”离不开“居家鞋”。航天员舱内用鞋研发设计团队负责人、东华大学上海国际时尚科创中心教授郑嵘介绍,舱内用鞋的设计研制同样多学科交叉,整合了学校人体测量学、人体工学、材料学、三维建模、快速成型、产品设计等多个学科优势,并获得行业资源及相关合作单位支持,各方都不言利益、默默奉献。

“考虑到舱内的微重力环境以及飞船载人的重量要求,舱内用鞋比老百姓日常穿的普通鞋要轻很多。”郑嵘表示,在保证功能性基础上,整个鞋底布满中国元素,其镂空设计源于“九天揽月”的篆书艺术设计感,外圈环绕的“周天星宿”纹样周而复始,彰显壮志凌云大国气魄。


航天员服装制作设备。徐瑞哲 摄


【前瞻性:提前落子又与时俱进】


在缺少飞机更无飞船的年代,时名华东纺织工学院的东华大学老校长、我国纤维高分子学科奠基人钱宝钧,惦念着解决6亿人口温饱问题,他们筹建完成我国第一个化纤专业,直接助推国家化纤产业化,缓解纺织工业原料匮乏“粮棉争地”矛盾,终结“布票时代”永别“穿衣难”。

国家战略需求随着时代变迁而变,这座高等学府的家国情怀始终未变。因需而变,与时俱进,东华人敏锐捕捉“大纺织”科学前沿,前瞻性调整攻关方向,直指空天。


实验室测试航天员服装

当下中国空间站建设,航天员出舱不止单人单次。而20年前,东华就开始考虑航天员“穿衣问题”,承担起舱外航天服关键材料研发任务。即使一无资料、二无实物,仍通过反复试验,实现了纺织涂层和外层材料在抗高温、抗辐射等方面的指标突破,兼具防撕裂、耐磨损、防热辐射、防微流星、耐化学腐蚀、防离子辐射等防护性能。这种舱外服最外层的“盔甲”,比皮革还软,比镜片还薄,比手机还轻,妥妥地保护了神舟七号航天员翟志刚太空行走安全。


暖体假人实验室。徐瑞哲 摄

由外而内,飞船绕地球一周的一个多小时中,乘员面临的温度很可能从上一分钟的100摄氏度以上,下降到下一分钟的零下几十度。因此,舱外航天服还必备靠着内层、贴身穿着的液冷服,使体感温度始终保持正常状态。

最先试穿这些航天服样衣的不是航天英雄,而是体温37度且“会出汗”的暖体假人。东华大学服装学院张渭源教授团队研制出假人系统,皮肤以及体核部位分布着密密麻麻的各类传感器等电子器件。“电脑计算输出的0.3或0.1,就量化预测了着装时人体是微微出汗或大汗淋漓,从而判断出衣服的舒适程度。”当年的张渭源弟子、如今的服装与艺术设计学院院长李俊表示,这样它就可以替代航天员在模拟外太空条件下进行生物物理学评价,为我国第一代舱外航天服定型获取工程数据。


“HYF”尿收集与应急大便收集装置

“贴身”再进一步,研发提前落子。从载人航天工程立项研究伊始,东华大学化工生物学院袁琴华教授团队从零开始,为未来航天员“方便”研发出航天卫生材料。“太空马桶”课题组相继为多艘次飞船航天员提供“方便”,甚至预先为女航天员量身打造了专用款。


东华团队参与“神舟五号”飞船材料研制获嘉奖


【卡脖子?关键技术一一攻克】


事实上,我国第一次载人航天飞行任务时,东华大学材料学院韩文爵高级工程师团队所研制的“航天飞行器高可靠钝化玻璃”就成功应用于“神舟五号”。该种玻璃用在控制系统大功率整流器件上,既能抵抗炸裂,又能防强辐射,保证控制精度和显示成像,成功伴着航天英雄杨利伟首飞。


潘鼎教授(左四)团队在碳纤维一线开展研究

航天器是拥有成千上万构件的复杂系统,缺一不可又要万无一失,最怕被“卡脖子”。作为航天器防热层关键材料,航天级“高纯粘胶基碳纤维”的品质直接关系飞行成败。因其原料要求极高、制备技术极难,当时世界上只有几个大国拥有,且对我国实行严密禁运和技术封锁。东华大学潘鼎教授领衔的碳纤维项目组临危受命,采用棉浆基纤维素为原料,先后攻克“原丝、工艺、强度、排废”等难关,苦战4年终于研制成功,为我国空天事业提供关键性技术支持,后来还贡献给大飞机等重大专项。


“半刚性电池帆板玻璃纤维网格关键材料”

有意思的是,飞船的“翅膀”真是织出来的。从天宫一号、二号到天舟一号,它们那对太阳能帆板的关键材料——半刚性电池基板玻璃纤维网格,就由东华大学纺织学院陈南梁教授团队用“玻璃纤维”编织而成。所谓纺织,通常是经线、纬线十字交叉,而团队则在45度甚至20度等方向上再编一路,这样的经编网格更为“刚柔并济”。陈南梁难忘,“五六人整天泡在厂里,甚至身边博士生倒在没有空调的车间直冒冷汗,经历种种失败才最终告成。”这种电池基板形成中空结构,不仅散热性能好,而且可以双面发电:向阳一面吸收阳光发电,背阳一面也能利用地球反光发电。结果“天宫”长期留轨,相比2年设计寿命大大延迟“退休”。


航天员专用服装制作。徐瑞哲 摄

织双翼、接天线,东华“智造”一一打通航天器瓶颈。长期以来,我国星载天线金属网主要靠进口。也是陈南梁团队,实现了将只有头发丝1/4细的镀金钼丝纤维合股加捻的技术突破,宛若为航天器撑起的一把太空伞,极大提高北斗导航卫星、移动通信卫星等多个系列卫星的通讯能力,开创我国卫星采用自主研发金属网天线的历史。

栏目主编:徐瑞哲 文字编辑:徐瑞哲 题图来源:徐瑞哲 摄
本文图片来源:除署名外为东华大学供图,其他为本报记者摄
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