10月14日,翟志剛、王亞平、葉光富3名航天員,身著東華大學航天員服裝研發設計團隊研制的常服,集中亮相酒泉衛星發射中心問天閣,開啟神舟十三號載人飛船星辰大海之旅。
常服上,五角星的數量表明佩戴者執行載人飛行任務的次數,前肩隱喻航天飛行軌跡的S形弧線與前胸象征勝利的V形直線拼條兩相呼應……這是神舟十二號載人飛船發射后,短短4個月間,東華大學設計研發的保障航天員太空和地面工作生活全程的系列專用服裝,再次陪伴神舟載員太空出差半年。

航天員服裝實驗室。徐瑞哲 攝
不妨揭秘衣柜的背后……為中國空間站一圓飛天夢,為空天戰略織就強國夢,新中國第一所紡織高等學府東華大學從1951年建校起,就擔當紡織強國使命。他們如何憑借紡織、材料、設計等特色優勢學科,完成神舟、天宮、北斗等任務,以一系列頂天立地的科研成果對接國家特需、服務國計民生?

李俊教授在暖體假人實驗室。徐瑞哲 攝
【多學科!設計數十個種類服裝】
說到載人航天工程,東華大學航天員服裝研發設計團隊負責人李俊教授就想起,從1993年開始,還是研究生的自己就隨導師干起了航天服科研,導師70歲退休后,他接過棒又是10年。

團隊一起收看神十三航天員亮相
從神五到神十二,每次載人飛行任務圓滿完成之后我們都收到來自航天系統的賀信或賀電等嘉獎。他向解放日報·上觀新聞記者自豪地表示,這支團隊設計既包括航天員在空間站工作生活的工作服、鍛煉服、休閑服、失重防護服、睡具等,也包括常服、任務訓練服、專用服飾等地面任務服裝多個種類。考慮到男女航天員不同穿搭,在整套‘新裝’中,甚至還有從圍巾、領帶到絲巾的各種服飾配件。
中國航天員專用服裝是以功能性和工效性優先、兼具美觀性的多功能服裝。李俊透露,各具功能的數十個種類服裝,有的幫助航天員在長時間太空飛行中對抗失重對人體肌肉的不利影響,有的呵護航天員調節他們的情緒狀態,有的還要考慮艙內光線環境下進行攝影、攝像和圖像傳輸后的顯示效果,還有時天上飛、地上改以最快速度從連體款改裝出分體款——可謂一樣菜滿足百家胃。其背后,二三十人構成的設計+工藝團隊,橫跨多個學科合力而成。

太空鞋
身著太空華服,腳踏飛天祥云,起居太空之家離不開居家鞋。航天員艙內用鞋研發設計團隊負責人、東華大學上海國際時尚科創中心教授鄭嶸介紹,艙內用鞋的設計研制同樣多學科交叉,整合了學校人體測量學、人體工學、材料學、三維建模、快速成型、產品設計等多個學科優勢,并獲得行業資源及相關合作單位支持,各方都不言利益、默默奉獻。

考慮到艙內的微重力環境以及飛船載人的重量要求,艙內用鞋比老百姓日常穿的普通鞋要輕很多。鄭嶸表示,在保證功能性基礎上,整個鞋底布滿中國元素,其鏤空設計源于九天攬月的篆書藝術設計感,外圈環繞的周天星宿紋樣周而復始,彰顯壯志凌云大國氣魄。

航天員服裝制作設備。徐瑞哲 攝
【前瞻性:提前落子又與時俱進】
在缺少飛機更無飛船的年代,時名華東紡織工學院的東華大學老校長、我國纖維高分子學科奠基人錢寶鈞,惦念著解決6億人口溫飽問題,他們籌建完成我國第一個化纖專業,直接助推國家化纖產業化,緩解紡織工業原料匱乏糧棉爭地矛盾,終結布票時代永別穿衣難。
國家戰略需求隨著時代變遷而變,這座高等學府的家國情懷始終未變。因需而變,與時俱進,東華人敏銳捕捉大紡織科學前沿,前瞻性調整攻關方向,直指空天。

實驗室測試航天員服裝
當下中國空間站建設,航天員出艙不止單人單次。而20年前,東華就開始考慮航天員穿衣問題,承擔起艙外航天服關鍵材料研發任務。即使一無資料、二無實物,仍通過反復試驗,實現了紡織涂層和外層材料在抗高溫、抗輻射等方面的指標突破,兼具防撕裂、耐磨損、防熱輻射、防微流星、耐化學腐蝕、防離子輻射等防護性能。這種艙外服最外層的盔甲,比皮革還軟,比鏡片還薄,比手機還輕,妥妥地保護了神舟七號航天員翟志剛太空行走安全。

暖體假人實驗室。徐瑞哲 攝
由外而內,飛船繞地球一周的一個多小時中,乘員面臨的溫度很可能從上一分鐘的100攝氏度以上,下降到下一分鐘的零下幾十度。因此,艙外航天服還必備靠著內層、貼身穿著的液冷服,使體感溫度始終保持正常狀態。
最先試穿這些航天服樣衣的不是航天英雄,而是體溫37度且會出汗的暖體假人。東華大學服裝學院張渭源教授團隊研制出假人系統,皮膚以及體核部位分布著密密麻麻的各類傳感器等電子器件。電腦計算輸出的0.3或0.1,就量化預測了著裝時人體是微微出汗或大汗淋漓,從而判斷出衣服的舒適程度。當年的張渭源弟子、如今的服裝與藝術設計學院院長李俊表示,這樣它就可以替代航天員在模擬外太空條件下進行生物物理學評價,為我國第一代艙外航天服定型獲取工程數據。

HYF尿收集與應急大便收集裝置
貼身再進一步,研發提前落子。從載人航天工程立項研究伊始,東華大學化工生物學院袁琴華教授團隊從零開始,為未來航天員方便研發出航天衛生材料。太空馬桶課題組相繼為多艘次飛船航天員提供方便,甚至預先為女航天員量身打造了專用款。

東華團隊參與神舟五號飛船材料研制獲嘉獎
【卡脖子?關鍵技術一一攻克】
事實上,我國第一次載人航天飛行任務時,東華大學材料學院韓文爵高級工程師團隊所研制的航天飛行器高可靠鈍化玻璃就成功應用于神舟五號。該種玻璃用在控制系統大功率整流器件上,既能抵抗炸裂,又能防強輻射,保證控制精度和顯示成像,成功伴著航天英雄楊利偉首飛。

潘鼎教授(左四)團隊在碳纖維一線開展研究
航天器是擁有成千上萬構件的復雜系統,缺一不可又要萬無一失,最怕被卡脖子。作為航天器防熱層關鍵材料,航天級高純粘膠基碳纖維的品質直接關系飛行成敗。因其原料要求極高、制備技術極難,當時世界上只有幾個大國擁有,且對我國實行嚴密禁運和技術封鎖。東華大學潘鼎教授領銜的碳纖維項目組臨危受命,采用棉漿基纖維素為原料,先后攻克原絲、工藝、強度、排廢等難關,苦戰4年終于研制成功,為我國空天事業提供關鍵性技術支持,后來還貢獻給大飛機等重大專項。

半剛性電池帆板玻璃纖維網格關鍵材料
有意思的是,飛船的翅膀真是織出來的。從天宮一號、二號到天舟一號,它們那對太陽能帆板的關鍵材料——半剛性電池基板玻璃纖維網格,就由東華大學紡織學院陳南梁教授團隊用玻璃纖維編織而成。所謂紡織,通常是經線、緯線十字交叉,而團隊則在45度甚至20度等方向上再編一路,這樣的經編網格更為剛柔并濟。陳南梁難忘,五六人整天泡在廠里,甚至身邊博士生倒在沒有空調的車間直冒冷汗,經歷種種失敗才最終告成。這種電池基板形成中空結構,不僅散熱性能好,而且可以雙面發電:向陽一面吸收陽光發電,背陽一面也能利用地球反光發電。結果天宮長期留軌,相比2年設計壽命大大延遲退休。

航天員專用服裝制作。徐瑞哲 攝
織雙翼、接天線,東華智造一一打通航天器瓶頸。長期以來,我國星載天線金屬網主要靠進口。也是陳南梁團隊,實現了將只有頭發絲1/4細的鍍金鉬絲纖維合股加捻的技術突破,宛若為航天器撐起的一把太空傘,極大提高北斗導航衛星、移動通信衛星等多個系列衛星的通訊能力,開創我國衛星采用自主研發金屬網天線的歷史。
欄目主編:徐瑞哲 文字編輯:徐瑞哲 題圖來源:徐瑞哲 攝
本文圖片來源:除署名外為東華大學供圖,其他為本報記者攝
來源:作者:徐瑞哲
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