崔國起用模具演示賦型坐墊的使用方法

“航天員坐墊的制造技術(shù)隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展也在不斷進步。”隨著神舟十號載人飛船的成功發(fā)射，天津大學(xué)為神舟十號航天員量身設(shè)計的“賦型緩沖減振坐墊”，在繼“神五”到“神九”之后，第六次升上太空為神舟飛船保駕護航。

為每個航天員個性定制

船在升空和著陸時，會產(chǎn)生較大的加速度和顛簸，對航天員脊椎和頸椎會產(chǎn)生較大的沖擊。“賦型緩沖減振坐墊”作為航天員大系統(tǒng)中一個重要部件，可有效減輕飛船升空和著落時產(chǎn)生的加速度和顛簸對航天員身體的影響，最大限度地提高航天員升空和著落過程中的舒適性和安全性。

“‘賦型緩沖減振坐墊’是根據(jù)航天員的身體形狀量身定做的。設(shè)計時，需要‘量體裁衣’，僅僅有腰圍、胸圍、肩寬等簡單的數(shù)據(jù)遠遠不夠，設(shè)計時，需要用流動式光學(xué)測量儀等特殊設(shè)備，從航天員身上采集大量的數(shù)據(jù)點，這些數(shù)據(jù)會在電腦中形成數(shù)字化的身體模型，并按照航天醫(yī)學(xué)等方面的要求來設(shè)計個性化的坐墊。這樣做是為了盡可能合理地增加身體與坐墊的接觸面積，減少沖擊加速度。”天津大學(xué)快速成形中心主任崔國起介紹說。

崔國起介紹說：“為了保護航天員的安全，航天員的坐墊設(shè)計有點像澡盆的復(fù)雜曲面形狀。升空過程中，宇航員的腿部和上身是團在一起的，坐墊是用聚安酯等復(fù)合材料制造的，平均厚度大體在70毫米左右，它可提高舒適性。”飛船返回時，賦形坐墊可在發(fā)生撞擊的瞬間，有效分散人體的應(yīng)力。

3D技術(shù)進步 提高坐墊性能

對航天員量體，將他們的身體數(shù)據(jù)在電腦上形成三維數(shù)字模型，是研制坐墊的第一步。隨后，坐墊便通過快速成形系統(tǒng)，也就是常說的3D技術(shù)開始打印出立體的坐墊。

崔國起介紹說：“快速成形中心的RP技術(shù)是一項快速直接地制造復(fù)雜零件的技術(shù)，可以根據(jù)零件的形狀，每次制作一個特定形狀的截面，然后把它們逐層粘起來，就得到了立體的零件，整個制造過程是在計算機控制下自動進行的。”

“這次制作神十坐墊時，三維測量的像素從80萬提高至200萬，對航天員量體的數(shù)據(jù)采集點從幾十萬個增加到上百萬。”崔國起介紹說，由于賦型坐墊從量體、設(shè)計、制作模型、模型驗證，再到模具制作，都主要運用了3D技術(shù)。與前5代的坐墊相比，神舟十號搭載的坐墊從精度，到舒適度、安全度都有了提高。

同時，在模型驗證環(huán)節(jié)省略了一個模具的制作過程，而用3D技術(shù)代替，也一定程度上縮短了制作時間，提高了設(shè)計精度。

劉洋評價說“好” 延續(xù)女性研究團隊

“神九返回后，據(jù)劉洋反饋，認(rèn)為天津大學(xué)設(shè)計制造的坐墊無論是舒適性還是安全性都很好，她的評價也讓我們更加有了自信。”崔國起說，與神舟九號類似，他和研制團隊很早就得知神舟十號飛船仍然將有女航天員的加入。

因為必須“量身設(shè)計”，因此，天津大學(xué)快速成形中心特別派出了一支全部由女性科研人員組建研發(fā)設(shè)計團隊，專門為女航天員進行“量身設(shè)計”。但出于保密需要，在他們的頭腦中，航天員只是一個一個的編號和編號后的一大串的測量數(shù)據(jù)。

由于有了為劉洋設(shè)計專屬坐墊的經(jīng)驗，這次為女航天員設(shè)計坐墊過程仍然十分順利。量體—設(shè)計—制作模型—模型驗證—模具制作，崔國起和同事們用了3個月左右的時間保質(zhì)保量地按時完成了任務(wù)。

15年打造六代飛船坐墊

“從1998年到現(xiàn)在，研究航天員坐墊已經(jīng)將近15年了。”天津大學(xué)快速成形中心主任崔國起回憶說，1998年，負(fù)責(zé)神舟五號飛船設(shè)計制造的相關(guān)單位找到天津大學(xué)快速成形中心，希望他們能夠承擔(dān)宇航員專用坐墊的研制任務(wù)。

接到任務(wù)后，崔國起立即和同事開始探討技術(shù)路線，并組織可行性論證。2002年下半年至2003年，該中心終于設(shè)計出了符合設(shè)計要求的賦形坐墊及其制造模具，并首次在“神五”飛船上得到成功應(yīng)用。

由于每次飛行都選用了新的航天員，所以每次用的設(shè)計模型都不同。由于采用了先進的設(shè)計和驗證方法，他們有信心在“神十”上再次驗證“天津設(shè)計”的正確性。（通訊員 劉思思）

實習(xí)編輯 夏雪