“航天调音师”,打造安静舒适的“太空之家”

2022年08月11日 15:43 次阅读 稿源:中国载人航天 条评论

神舟十四号航天员“太空出差”两个月以来,身体状态良好,近期正围绕问天实验舱环控生保系统建立和出舱活动展开各项工作。问天实验舱现已基本满足入住条件,航天员蔡旭哲还担任了新舱段的“试睡员”,已经在问天舱的新睡眠舱居住了一段时间。

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作为中国空间站第二个舱段,问天实验舱内配置了多台实验机柜和3个睡眠区,是航天员将来重要的工作和生活场所。如何控制舱内噪声、为航天员提供安静舒适的工作环境的议题备受重视。承担此次问天实验舱噪声评估与治理工作的是中国空间技术研究院总装与环境工程部空间站力学试验团队。从模拟噪声源、找准“大嗓门”到让设备“安静”下来,这支“航天调音师”团队想尽妙招。

模拟“起飞的声音”,从神舟飞船开始

神舟载人飞船发射过程中,舱外噪声可达到140至160分贝。如此环境中,飞船能否保持正常工作状态?舱内航天员能否承受得住?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。在我国自主研制的世界第二大混响室中,声压可超过飞机起飞时噪声的百倍,保证飞船各项力学试验“身临其境”,预演数据“分毫不差”。

发射前,飞船都会在混响室内进行全面“体检”。在试验团队的操作下,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”,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”。飞船只有通过严格“体检”,才能奔赴发射场。

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、风扇等工作设备,以及用于姿态控制的控制力矩陀螺和空间生命科学研究任务所需搭载的“太空冰箱”等诸多设备,这些设备工作的噪声叠加在一起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组成了连通的整体,航天员会进入实验舱开展空间科学实验等工作。为了给航天员提供安静舒适的工作环境,必须找出“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。

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,但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,“航天调音师”们就组建了一支替身“合唱团”队伍,把噪声模拟出来。通过声源模拟子系统,模拟空间站上各扰源产生的噪声,再通过噪声测量子系统,测量舱内声压。


“航天调音师”进行降噪前声音测试

噪声源模拟技术好比学习唱歌,既要练好“腔调”,又要控制好“嗓门”。同时,它也有自己的“录音棚”——消声室,可进行频率、声压、功率全方位立体模拟。学会“唱歌”之后,声源模拟系统就可以安装在空间站,这时还需关注其安装状态,“演员站位”不准,“合唱”就会乱套。通过独唱、二重唱、合唱等各种排练,最终找出影响最大、需要进行严格降噪的设备。


噪声源模拟相关设备

因材施教,让“大嗓门”安静下来

找到“大嗓门”后,如何让设备“安静”下来,是“航天调音师”团队需要攻克的下一批技术难点。问天实验舱搭载的“太空冰箱”在设计时做到了最大程度的集成,各组成部分间环环相扣。另外,为了保证舱内空气质量,空间站对材料选择有严格要求,这就导致很多地面常用的降噪材料不适用于空间站。

为了高效降噪,研制人员首先对其关键泵机进行设计,在保证制冷效率的同时,将声能输入降至最低,并选用新型附着材料提升结构阻尼,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……利用这些细节设计,将“太空冰箱”的噪声指标降低了近20分贝。

此外,舱内设备的噪声成因、安装位置、体积大小各不相同,为此试验团队选择“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”,避免振动产生的噪声影响航天员;以声辐射为主的噪声源,被放在隔声较好的盒子里……

借助各种妙招,“航天调音师”们将问天实验舱工作区噪声保持在60分贝以下,睡眠区保持在50分贝以下,相当于我们平时在室内正常谈话的音量,满足了相关医学标准要求,为航天员切实提供了安静舒适的工作生活环境。

“太空之家”的升级扩建,使“新房间”有了新物资、新配套,同时也带来了许多新任务和新挑战。为了航天器的安全稳定和航天员的安心舒适,以“航天调音师”团队为代表的中国航天人正不懈努力,致力打造舒适的“太空之家”,为工程的建设发展贡献更多精彩!

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