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        太空中,擰顆螺絲釘要費(fèi)多大勁

        2016-04-11 12:07:09金鳳
        初中生世界 2016年38期
        關(guān)鍵詞:螺絲釘天宮航天員

        金鳳

        太空中,擰顆螺絲釘要費(fèi)多大勁

        金鳳

        在太空中,航天員開(kāi)艙門、插拔插頭、抓操縱桿、用扳手?jǐn)Q個(gè)螺絲釘,需要用多少力氣?如何設(shè)計(jì)空間站,才最符合人體工程學(xué),讓航天員“量力而行”?這些問(wèn)題很快就會(huì)有答案。2016年中秋夜,隨天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室一起升空的,還有東南大學(xué)科研人員研發(fā)的“航天員在軌操作力測(cè)量系統(tǒng)”。10月中旬,“神舟十一號(hào)”載人飛船升空后,該系統(tǒng)將會(huì)測(cè)量航天員在軌操作時(shí)的各種操作力的信息。

        失重環(huán)境中,撿根針都不那么簡(jiǎn)單

        天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室成功發(fā)射之后,“神舟十一號(hào)”將搭載兩名航天員送入天宮。在太空失重的環(huán)境中工作和生活30天,并不是一件輕松的事。

        “在日常生活中,我們開(kāi)門、插拔插頭、抓操縱桿、用扳手?jǐn)Q個(gè)螺絲釘,需要用多少力,都很清楚,但在太空失重條件下,這些還存在未知因素?!薄昂教靻T在軌操作力測(cè)量系統(tǒng)”的負(fù)責(zé)人、東南大學(xué)儀器科學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)宋愛(ài)國(guó)舉了個(gè)例子,在地面上,撿一根針輕而易舉,但在失重環(huán)境中,上身蹲下的同時(shí),下身由于動(dòng)量守恒會(huì)反向漂浮起來(lái)。要完成一個(gè)撿東西的動(dòng)作,并非輕而易舉。又例如開(kāi)艙門時(shí),要打開(kāi)旋鈕,但因?yàn)槿狈Ψ醋饔昧?,航天員可能使不出在地面上那么大的力氣?!霸诘孛嫔峡梢允钩?0公斤的推拉力,在太空中可能只能使出十幾公斤的推拉力。”

        在空間生活久了之后,骨骼中的鈣會(huì)流失,這會(huì)直接影響運(yùn)動(dòng)能力。宋愛(ài)國(guó)說(shuō),科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)的這款測(cè)量系統(tǒng),主要用于航天員在軌各種操作力的測(cè)量,以及人機(jī)工程學(xué)和生物力學(xué)實(shí)驗(yàn),為航天員今后長(zhǎng)期空間在軌生存和空間站的科學(xué)合理設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和參數(shù)。

        據(jù)宋愛(ài)國(guó)介紹,這套測(cè)量系統(tǒng)被集成在一個(gè)手提式儀器箱里,比地面模擬實(shí)驗(yàn)的測(cè)量設(shè)備要縮小許多,包括多種力傳感器、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng),以及各種測(cè)量附件。開(kāi)展實(shí)驗(yàn)時(shí),航天員將儀器箱打開(kāi),取出其中一種測(cè)力傳感器并將其固定在給定的區(qū)域,再將附件與傳感器機(jī)械連接,就可以測(cè)量。

        “例如艙門,如果和地面上的艙門設(shè)計(jì)得同樣緊密,那到了太空,就有可能拉不開(kāi),就會(huì)影響一些空間作業(yè)任務(wù)的執(zhí)行。又例如設(shè)計(jì)一個(gè)閥門把手時(shí),將閥門把手安裝在哪個(gè)位置、什么高度,才最省力,都可以借助測(cè)量系統(tǒng)提供的依據(jù)。”宋愛(ài)國(guó)說(shuō)。

        實(shí)驗(yàn)從水下17米做到萬(wàn)米高空

        為了研發(fā)這套小型化、高精度、高可靠的測(cè)量設(shè)備,東大科研人員歷經(jīng)七年的攻關(guān)。實(shí)驗(yàn)從水下17米做到了萬(wàn)米高空。宋愛(ài)國(guó)說(shuō),早在2009年,科研人員就啟動(dòng)了模擬環(huán)境中的航天員人機(jī)工程學(xué)和生物力學(xué)的測(cè)量設(shè)備研究,后來(lái)又將實(shí)驗(yàn)環(huán)境搬到了17米深的水池里,去模擬失重效應(yīng)下的操作力測(cè)量。

        “當(dāng)時(shí)先制作了一個(gè)2米寬和2米高的架子,再將11組多維力傳感器安裝在架子的不同部位,然后用吊車吊到水底。用這套系統(tǒng)測(cè)量航天員在模擬失重效應(yīng)的水下作業(yè)過(guò)程的腳蹬力、開(kāi)門力、插拔力、推拉力、旋轉(zhuǎn)力等數(shù)據(jù)。”不過(guò),因?yàn)槭撬伦鳂I(yè),所以,所有的測(cè)量部件都要做成防水裝置,數(shù)據(jù)采集處理單元與電纜線是防水的,傳感器采用不銹鋼材料制作,所以體積很大。水池實(shí)驗(yàn)一做就是一個(gè)多月。

        水下實(shí)驗(yàn)環(huán)境距離真實(shí)的空間環(huán)境還有一段距離。要?jiǎng)?chuàng)造逼真的空間失重環(huán)境,還得在失重飛機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)??蒲腥藛T請(qǐng)航天員攜帶測(cè)量設(shè)備搭乘飛機(jī)進(jìn)行試驗(yàn),飛機(jī)從1萬(wàn)多米高空以某種曲線方式快速下降時(shí)會(huì)產(chǎn)生幾十秒失重狀態(tài),這幾十秒的失重狀態(tài)最接近空間站的微重力環(huán)境。”

        宋愛(ài)國(guó)說(shuō),用于失重飛機(jī)試驗(yàn)的測(cè)量設(shè)備要比水下測(cè)量設(shè)備小很多,而這次為天宮二號(hào)研制的測(cè)量設(shè)備體積更小、可靠性更高,而且抗震和抗過(guò)載的能力更強(qiáng),要能抗拒“天宮二號(hào)”升空時(shí)火箭推力帶來(lái)的強(qiáng)烈震動(dòng)。

        (選自2016年9月18日《現(xiàn)代快報(bào)》)

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