2022年9月2日0時(shí)33分，經(jīng)過約6小時(shí)的出艙活動，神舟十四號航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲密切協(xié)同，完成出艙活動期間全部既定任務(wù)，陳冬、劉洋安全返回問天實(shí)驗(yàn)艙，出艙活動取得圓滿成功。航天員在艙外作業(yè)時(shí)使用的維修工具就是出自航天科技集團(tuán)五院總裝與環(huán)境工程部艙外維修工具研制團(tuán)隊(duì)之手。

這支團(tuán)隊(duì)全程參與了航天員出艙天地一體技術(shù)支持工作，在本次出艙任務(wù)中，他們的神經(jīng)一直緊繃，直到航天員關(guān)上艙門、安全“返家”那一刻。

科技創(chuàng)新沒有捷徑，這支團(tuán)隊(duì)從零起步，實(shí)現(xiàn)了我國在軌艙外維修工具從無到有的突破。在三年多時(shí)間里，研制團(tuán)隊(duì)完成了中國空間站核心艙、問天實(shí)驗(yàn)艙總計(jì)36類238件艙外維修工具的自主研制，累計(jì)上行總重量達(dá)509千克。隨著空間站結(jié)構(gòu)的逐漸完整，他們堅(jiān)持深耕在軌維修技術(shù)、持續(xù)打造太空出艙精品，助力艙外維修工具“家族”不斷壯大力量。

太空上的“螺絲刀”

2021年7月4日，神舟十二號航天員執(zhí)行首次出艙活動，這是空間站艙外電動工具的首次亮相。2022年9月1日，作為此次空間站維修任務(wù)的“骨干選手”，艙外電動工具再次不辱使命，配合航天員完成了出艙設(shè)備拆裝工作。

由于發(fā)射時(shí)火箭對航天器的包絡(luò)限制，相機(jī)抬升支架等艙外結(jié)構(gòu)不能直接展開到位，需要后續(xù)由航天員出艙進(jìn)行調(diào)整與維護(hù)。艙外維修工具是航天員的“機(jī)械伙伴”，直接關(guān)系著出艙任務(wù)的順利進(jìn)行。研制團(tuán)隊(duì)結(jié)合航天員以往的使用體驗(yàn)反饋，對包含艙外電動工具在內(nèi)的“機(jī)械伙伴”進(jìn)行多次迭代設(shè)計(jì)，讓它們具有更多的功能，更可靠、更好用。

相比于空間站本身帶給人們的科幻感和視覺沖擊力，在出艙工作的直播畫面里，艙外維修工具顯得更貼近生活?；蛟S有人覺得，艙外電動工具這把太空版“電動螺絲刀”，與我們在市面上隨處可見的手電鉆似乎沒有太多不同。艙外電動工具設(shè)計(jì)師說：“接到任務(wù)的第一時(shí)間，由于可參考的經(jīng)驗(yàn)太少，我們也曾閃過這樣的念頭，但設(shè)計(jì)起來才發(fā)現(xiàn)有多難?！?/p>

在失重狀態(tài)下，航天員出艙時(shí)僅能靠扶手和腳部限位器調(diào)整姿態(tài)，工具和人的受力情況都與地面使用手電鉆相去甚遠(yuǎn)；并且航天員還要身著艙外航天服，單手操作艙外電動工具。為了保證任務(wù)順利推進(jìn)，研制團(tuán)隊(duì)需要對每一個(gè)抓握、按壓、旋擰操作進(jìn)行了反復(fù)研究。

另外，出艙任務(wù)處于艙外復(fù)雜的真空和高低溫交變環(huán)境中，艙外電動工具集電路、電機(jī)、電源、熱控、機(jī)構(gòu)等組件于一體，必須保證所有組件在如此嚴(yán)苛的環(huán)境條件下正常且穩(wěn)定工作，執(zhí)行任務(wù)全程要保證所有零件不會“逃走”，成為太空垃圾，給空間站長期在軌穩(wěn)定運(yùn)行埋下安全隱患……研制團(tuán)隊(duì)連續(xù)幾周不斷復(fù)核航天員在軌仿真位姿變化的每一幅場景，精準(zhǔn)定位艙外電動工具在軌應(yīng)用的20余種在軌溫度變化工況，最終圓滿完成艙外電動工具的設(shè)計(jì)工作。

▲ 航天員陳冬揮手：“我已出艙，感覺良好！”

假設(shè)自己是航天員

如何設(shè)計(jì)出一套好工具？對于這個(gè)問題，研制團(tuán)隊(duì)成員心里有一個(gè)共同的答案：假設(shè)執(zhí)行出艙任務(wù)的是自己。

“以這種心情去工作，追求產(chǎn)品的完美就是自然而然的事情?！睂τ诿考ぞ?，設(shè)計(jì)師們都會進(jìn)行至少三輪演練：第一輪，從航天員操作角度出發(fā)，在腦內(nèi)從頭到尾推演執(zhí)行任務(wù)全過程，并結(jié)合出艙工作場景不斷完善設(shè)計(jì)方案；第二輪，在設(shè)計(jì)圖紙的基礎(chǔ)上，用計(jì)算機(jī)建立仿真模型并驗(yàn)證設(shè)計(jì)功能；第三輪，在工效學(xué)評價(jià)中與航天員面對面溝通，爭取把所有細(xì)節(jié)做到盡善盡美。

針對航天員從問天氣閘艙出艙的新場景，研制團(tuán)隊(duì)對存放工具的工具箱進(jìn)行了適應(yīng)性的改動。但在航天員在進(jìn)行模擬失重驗(yàn)證時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)，雖然工具箱在功能上可滿足指標(biāo)，但航天員需要身體完全探出氣閘艙，才能將便攜式腳限位器和艙外操作臺取下或裝好。“工具取放是航天員出艙任務(wù)的第一步，不能讓他們在這兒就開始覺得沒底。”為此，研制團(tuán)隊(duì)與總體單位密切配合，仔細(xì)詢問航天員感受，數(shù)次升級方案，最終確保航天員在半出艙的狀態(tài)下就能完成取放，有效提升了操作便捷性和安全性。

此外，設(shè)計(jì)師還對艙外操作臺的材質(zhì)進(jìn)行了改進(jìn)，使得其質(zhì)心降低、轉(zhuǎn)動慣量減小；對安裝端頭進(jìn)行了形狀優(yōu)化，便于航天員更順暢地把艙外操作臺插入工具箱的安裝座內(nèi)……圍繞取放工具這個(gè)“小環(huán)節(jié)”，研制團(tuán)隊(duì)就討論、修改了數(shù)十次。

“逼”出來的成功

盡管研制周期異常緊迫，研制經(jīng)驗(yàn)幾乎為零，在這個(gè)平均年齡只有32歲的隊(duì)伍里，從未有人打“退堂鼓”。人都是“磨”出來的，這項(xiàng)任務(wù)“逼”著每個(gè)人快速成長為設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、加工的“多面手”。

任務(wù)初期，研制工作一度陷入瓶頸，經(jīng)過多方面調(diào)研與探索，頭腦活、點(diǎn)子多的他們另辟蹊徑，把目光從維修工具本身轉(zhuǎn)移到空間站總裝工作中：技能工人們既然能在地面把空間站建設(shè)好，那他們對空間站“在軌建設(shè)”工作內(nèi)容是否也有較深的理解呢？

為此，他們多次深入生產(chǎn)一線與技能工人交流，來完善自身在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用中的知識體系，仔細(xì)分析每一個(gè)使用工況、精確模擬每一個(gè)運(yùn)動軌跡、深入探討每一個(gè)故障模式。

團(tuán)隊(duì)先后攻克工具功能、環(huán)境適應(yīng)性等方面的多項(xiàng)技術(shù)難點(diǎn)，承研過程中共完成產(chǎn)品初、正樣文件編制626份，圖紙2565份。每一種工具不僅經(jīng)受了高低溫試驗(yàn)、力學(xué)試驗(yàn)等嚴(yán)苛考驗(yàn)，還被送到航天員手中進(jìn)行充分模擬驗(yàn)證，研制團(tuán)隊(duì)交出的這份答卷得到了總體單位及航天員系統(tǒng)的高度認(rèn)可。

集體的力量擦出智慧火花，年輕的頭腦迸發(fā)不竭靈感，無畏的精神凝聚攻堅(jiān)合力。如今，研制團(tuán)隊(duì)依然在追求卓越的道路上奮勇前行，他們傾心設(shè)計(jì)的幾件全新“機(jī)械伙伴”將隨著后續(xù)出艙任務(wù)逐一亮相。

對于后續(xù)空間站在軌運(yùn)行中可能產(chǎn)生的新需求，研制團(tuán)隊(duì)也有信心承擔(dān)好相應(yīng)工具研制任務(wù)，弘揚(yáng)擔(dān)當(dāng)、協(xié)作、創(chuàng)新的精神，為空間站建設(shè)維護(hù)和在軌科學(xué)研究貢獻(xiàn)力量。