2022年9月2日0時33分，經(jīng)過約6小時的出艙活動，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，陳冬、劉洋安全返回問天實驗艙，出艙活動取得圓滿成功。航天員在艙外作業(yè)時使用的維修工具就是出自航天科技集團五院總裝與環(huán)境工程部艙外維修工具研制團隊之手。

這支團隊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，這支團隊從零起步，實現(xiàn)了我國在軌艙外維修工具從無到有的突破。在三年多時間里，研制團隊完成了中國空間站核心艙、問天實驗艙總計36類238件艙外維修工具的自主研制，累計上行總重量達509千克。隨著空間站結(jié)構(gòu)的逐漸完整，他們堅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備拆裝工作。

由于發(fā)射時火箭對航天器的包絡限制，相機抬升支架等艙外結(jié)構(gòu)不能直接展開到位，需要后續(xù)由航天員出艙進行調(diào)整與維護。艙外維修工具是航天員的“機械伙伴”，直接關(guān)系著出艙任務的順利進行。研制團隊結(jié)合航天員以往的使用體驗反饋，對包含艙外電動工具在內(nèi)的“機械伙伴”進行多次迭代設計，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。或許有人覺得，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。艙外電動工具設計師說：“接到任務的第一時間，由于可參考的經(jīng)驗太少，我們也曾閃過這樣的念頭，但設計起來才發(fā)現(xiàn)有多難。”

在失重狀態(tài)下，航天員出艙時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；并且航天員還要身著艙外航天服，單手操作艙外電動工具。為了保證任務順利推進，研制團隊需要對每一個抓握、按壓、旋擰操作進行了反復研究。

另外，出艙任務處于艙外復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、電源、熱控、機構(gòu)等組件于一體，必須保證所有組件在如此嚴苛的環(huán)境條件下正常且穩(wěn)定工作，執(zhí)行任務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)定運行埋下安全隱患……研制團隊連續(xù)幾周不斷復核航天員在軌仿真位姿變化的每一幅場景，精準定位艙外電動工具在軌應用的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計工作。

▲ 航天員陳冬揮手：“我已出艙，感覺良好！”

假設自己是航天員

如何設計出一套好工具？對于這個問題，研制團隊成員心里有一個共同的答案：假設執(zhí)行出艙任務的是自己。

“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。”對于每件工具，設計師們都會進行至少三輪演練：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)行任務全過程，并結(jié)合出艙工作場景不斷完善設計方案；第二輪，在設計圖紙的基礎上，用計算機建立仿真模型并驗證設計功能；第三輪，在工效學評價中與航天員面對面溝通，爭取把所有細節(jié)做到盡善盡美。

針對航天員從問天氣閘艙出艙的新場景，研制團隊對存放工具的工具箱進行了適應性的改動。但在航天員在進行模擬失重驗證時，他們發(fā)現(xiàn)，雖然工具箱在功能上可滿足指標，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?！肮ぞ呷》攀呛教靻T出艙任務的第一步，不能讓他們在這兒就開始覺得沒底?！睘榇耍兄茍F隊與總體單位密切配合，仔細詢問航天員感受，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，設計師還對艙外操作臺的材質(zhì)進行了改進，使得其質(zhì)心降低、轉(zhuǎn)動慣量減小；對安裝端頭進行了形狀優(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“小環(huán)節(jié)”，研制團隊就討論、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)驗幾乎為零，在這個平均年齡只有32歲的隊伍里，從未有人打“退堂鼓”。人都是“磨”出來的，這項任務“逼”著每個人快速成長為設計、試驗、加工的“多面手”。

任務初期，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好，那他們對空間站“在軌建設”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)品設計和工程應用中的知識體系，仔細分析每一個使用工況、精確模擬每一個運動軌跡、深入探討每一個故障模式。

團隊先后攻克工具功能、環(huán)境適應性等方面的多項技術(shù)難點，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、力學試驗等嚴苛考驗，還被送到航天員手中進行充分模擬驗證，研制團隊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合力。如今，研制團隊依然在追求卓越的道路上奮勇前行，他們傾心設計的幾件全新“機械伙伴”將隨著后續(xù)出艙任務逐一亮相。

對于后續(xù)空間站在軌運行中可能產(chǎn)生的新需求，研制團隊也有信心承擔好相應工具研制任務，弘揚擔當、協(xié)作、創(chuàng)新的精神，為空間站建設維護和在軌科學研究貢獻力量。