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智造问天丨看“航天调音师”打造安静舒适的“太空之家”

时间:2022年08月01日 信息来源:本站原创 点击:390 字体:

“嗡嗡嗡……”正在紧张进行的技术研讨会骤然被隔壁临时装修的声音打断。办公室的墙壁太薄,被噪音影响的情况时有发生,正在汇报的小冯隔了好几秒才找回自己的思路。

 

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会议结束,小冯揉了揉太阳穴,“嗡嗡”的声音仿佛还在脑海中绕来绕去,思绪再次回到团队已攻关数十天的天和核心舱降噪关键技术中——

 

办公室被噪音影响,可以去安静的地方,但在空间站里,若没有舒适安静的环境,航天员们怕是只能戴上耳塞才能专心工作和休息了。

 

“一定要啃下硬骨头,为航天员提供一个安静舒适的家!”小冯坚定地说。

 

小冯来自航天科技集团五院(以下简称五院)总装与环境工程部空间站力学试验团队。这支航天科研团队在三十余年里始终致力于深耕力学试验技术领域,与载人航天的发展同步成长,伴随空间站的建设不断壮大,实现了航天力学试验设备从引进走向自主建设,声试验从自主走向国际,试验效率、试验能力大幅提升。


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现在,小冯和他的团队正处于技术攻坚的关键时期。他们肩负着新的任务:问天实验舱噪声评估与治理。因此他们也被戏称为驯服空间站问天实验舱噪音的“航天调音师”。


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帮助航天员

提前感受“起飞的声音”


神舟飞船发射过程中,舱外噪声可达到140~160分贝。如此“灌耳魔音”,飞船能否保持正常工作状态?舱内航天员能否承受得住?这些问题,五院技术人员时刻记挂于心。

 

为此,在神舟飞船研制之初,为飞船量身定制的大型噪声试验室应运而生。其自主研制的世界第二大混响室,声压超过飞机起飞时噪声的100倍,保证飞船各项力学试验“身临其境”,预演数据“分毫不差”。


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神舟飞船在发射前,都会在混响室内进行全面且严格的“体检”。在五院试验团队的操作下,几十个发声设备同时工作,产生发射过程中的高声强噪声,数百只传感器对飞船进行“望闻问切”,并检测飞船返回舱内的噪声环境是否满足设计指标要求,提前帮航天员感受“起飞的声音”。

 

组建替身“合唱团”

找准“大嗓门”


问天实验舱内部安装了大量压气机、泵、风扇、用于姿态调整的CMG等设备,又由于空间生命科学研究任务所需,搭载了“太空冰箱”等诸多“不太安静”的设备,这些设备工作的噪声叠加在起来就构成了空间站内的复杂噪声环境。

 

问天实验舱与天和核心舱交会对接后,将组成连通的整体,航天员将会进入到问天实验舱内开展一系列空间实验研究工作。为了给他们提供安静舒适的工作环境,就必须找出那些“嗓门”最大、影响最明显的设备,进行更精准、更严格的噪声治理。


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问天实验舱中的设备来自多个研制单位,到位时间各不相同,然而噪声评估工作不能等到所有噪声源就位再开展。没有噪声源,试验人员就组建了一支替身“合唱团”队伍,把噪声模拟出来。

 

噪声源模拟技术就像学习人唱歌,既要学好“腔调”,又要控制好“嗓门”。噪声源有自己的录音棚——消声室,可进行频率、声压、功率全方位立体模拟。学会噪声源“唱歌”之后,声源模拟系统就可以装在空间站,进行登台表演了,通过“独唱”、“二重唱”、“合唱”等各种排练,最终找出那些影响最大、需要进行严格降噪的设备。

 

“因材施教”

让“大嗓门”安静下来


“大嗓门”已经被找到,如何让设备“安静”下来,是试验团队需要攻克的下一批技术难点。

 

以问天实验舱搭载的我国首台“太空冰箱”为例,对于它的降噪工作有着许多的限制条件,如为了保证舱内的空气质量,空间站对材料的选择有着严格的要求,而很多地面常用的降噪材料不适用于空间站。那么如何在最有限资源、最低重量、最小空间内最高效地完成“太空冰箱”的降噪工作呢?

 

试验团队首先在消声室内搭建了全包络的测试平台,攻克了复杂系统带来的传递路径繁琐的问题,在千丝万缕的关联中,找到了最关键的几个环节,进而明确了降噪路线。

 

“擒贼先擒王”,试验团队对关键的泵机进行了开创性的设计,在保证制冷效率的同时,完美地将声能输入降至最低。同时,通过选用新型附着材料提升结构的阻尼,改良箱体的声辐射效率,通过改变连接关系,改善结构传导特性……通过完善每一处细节,使航天冰箱的噪声指标降低了近20分贝。

 

舱内设备的噪声成因、安装位置、体积大小各不相同,试验团队“因材施教”。以振动为主的噪声源,被穿上金属橡胶定制的松软舒适的“鞋子”;以声辐射为主的噪声源,被放在隔声比较好的盒子里……最终,问天实验舱工作区噪声可保持在60分贝以下,睡眠区可保持在50分贝以下,满足相关医学标准要求。

 

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7月25日,问天实验舱在试验团队的夙夜牵挂中,与天和核心舱对接成功。舱门缓缓开启,航天员的家正式升级扩建——新的房间有新的物资、新的配套,也有新的任务、新的挑战。

 

队员们盯着屏幕的紧绷表情,随着航天员进入新房间时舒心的笑容慢慢放松下来。他们互相拥抱,互相祝贺,互相鼓励,共同期待着下一段星辰大海的征程。

 

随着航天事业的发展,五院总装与环境工程部空间站力学试验团队已经在噪声、振动、冲击、加速度和模态领域探索了一万多个难忘的日夜。一路走来,他们肩负神圣使命,在拼搏中披荆斩棘,为了航天器的安全稳定、为了航天员的安心舒适、为了中国航天事业的蓬勃发展,勇攀新的高峰,创造更多精彩。



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