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(jìn)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(jì)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(hù)航。

為每個(gè)航天員個(gè)性定制

船在升空和著陸時(shí)，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(gè)重要部件，可有效減輕飛船升空和著落時(shí)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(jì)時(shí)，需要‘量體裁衣’，僅僅有腰圍、胸圍、肩寬等簡單的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，設(shè)計(jì)時(shí)，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(diǎn)，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(jì)個(gè)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(hù)航天員的安全，航天員的坐墊設(shè)計(jì)有點(diǎn)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(tuán)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(shí)，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(jìn)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(xiàng)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(gè)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(gè)制造過程是在計(jì)算機(jī)控制下自動進(jìn)行的。”

“這次制作神十坐墊時(shí)，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(diǎn)從幾十萬個(gè)增加到上百萬。”崔國起介紹說，由于賦型坐墊從量體、設(shè)計(jì)、制作模型、模型驗(yàn)證，再到模具制作，都主要運(yùn)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(shí)，在模型驗(yàn)證環(huán)節(jié)省略了一個(gè)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(shí)間，提高了設(shè)計(jì)精度。

劉洋評價(jià)說“好” 延續(xù)女性研究團(tuán)隊(duì)

“神九返回后，據(jù)劉洋反饋，認(rèn)為天津大學(xué)設(shè)計(jì)制造的坐墊無論是舒適性還是安全性都很好，她的評價(jià)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(tuán)隊(duì)很早就得知神舟十號飛船仍然將有女航天員的加入。

因?yàn)楸仨殹傲可碓O(shè)計(jì)”，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(jì)團(tuán)隊(duì)，專門為女航天員進(jìn)行“量身設(shè)計(jì)”。但出于保密需要，在他們的頭腦中，航天員只是一個(gè)一個(gè)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(jì)專屬坐墊的經(jīng)驗(yàn)，這次為女航天員設(shè)計(jì)坐墊過程仍然十分順利。量體—設(shè)計(jì)—制作模型—模型驗(yàn)證—模具制作，崔國起和同事們用了3個(gè)月左右的時(shí)間保質(zhì)保量地按時(shí)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(jì)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(jì)出了符合設(shè)計(jì)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(jì)模型都不同。由于采用了先進(jìn)的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證方法，他們有信心在“神十”上再次驗(yàn)證“天津設(shè)計(jì)”的正確性。（通訊員 劉思思）

實(shí)習(xí)編輯 夏雪