載人飛船總裝內(nèi)窺鏡應(yīng)用

熊濤  喬敏  解承建

（中國空間技術(shù)研究院總裝與環(huán)境工程部，北京 100094）

Application of endoscopy in assemble of inhabited spacecraft

摘要：文章提出了載人飛船總裝過程中遇到的盲操作、多余物等問題，并提出了初步解決方案，介紹了工業(yè)視頻內(nèi)窺鏡在航天器總裝工作中的應(yīng)用背景和應(yīng)用案例。

關(guān)鍵詞：飛船 總裝  內(nèi)窺鏡  應(yīng)用

1 前言

   由醫(yī)學(xué)上的神奇，引發(fā)人們將工業(yè)內(nèi)窺鏡應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。工業(yè)內(nèi)窺鏡用于對(duì)高溫、有毒有害、核輻射及人眼無法觀察到的場所的觀察，可以方便而且迅速地檢查各種機(jī)器、設(shè)備、組裝物體的內(nèi)部，不需拆或破壞組裝就能進(jìn)行有效的質(zhì)量管理，甚至在研究開發(fā)、生產(chǎn)制造等各個(gè)領(lǐng)域大顯身手^[1]。

工業(yè)內(nèi)窺鏡在航天領(lǐng)域的應(yīng)用已有十幾年的歷史，但大多應(yīng)用于管路、儲(chǔ)箱以及壓力容器等的無損檢測。在衛(wèi)星、飛船等航天器的總裝中尚無應(yīng)用的先例。

載人飛船屬于艙體密封結(jié)構(gòu)，設(shè)備密集程度高、操作空間狹小、構(gòu)造復(fù)雜、開敞性差。因此，在飛船總裝實(shí)施過程中，存在著一些問題如：插頭盲插、多余物檢查和拾取、狹小空間內(nèi)操作情況檢查等。這些操作中的問題，目前只能依靠工人的技能和職業(yè)道德來保證。如果在飛船總裝采用工業(yè)內(nèi)窺鏡檢查技術(shù)，可以很好的解決上述問題，對(duì)提高飛船總裝質(zhì)量，消除質(zhì)量隱患和提高技術(shù)安全等方面有非常重要的意義。

本研究工作針對(duì)航天器總裝工藝的特點(diǎn)，分析了裝配中的問題，確立了飛船應(yīng)用工業(yè)內(nèi)窺鏡檢查的方法以及設(shè)備改造的方案，為航天器總裝工藝引進(jìn)工業(yè)內(nèi)窺鏡新技術(shù)手段，解決現(xiàn)有航天器裝配實(shí)際問題做出了有益的嘗試。

2 飛船總裝中存在的困難

載人飛船的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，艙內(nèi)操作空間狹小，尤其是返回艙大底上的設(shè)備安裝分三層。在總裝后期存在以下困難：

1. 受操作空間限制，軌道艙和返回艙均有部分插頭盲插；
2. 落入返回艙大底的多余物查找、撿出困難；
3. 返回艙內(nèi)部分環(huán)控設(shè)備狀態(tài)檢查、設(shè)置困難；
4. 有安裝精度要求的設(shè)備，由于操作空間限制，無法測量間隙尺寸；

5）狹小操作空間內(nèi)，三按三檢實(shí)施困難。二崗、檢驗(yàn)只有等一崗人員操作完出艙后，才能輪流進(jìn)艙進(jìn)行檢查。這樣人員頻繁進(jìn)艙，增加了飛船艙內(nèi)的安全隱患。

以上問題，集中反映的是人的視野范圍的局限性問題。對(duì)于目視不能看到的地方，其操作結(jié)果的檢查和確認(rèn)同樣難以實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于以上困難，目前在飛船總裝過程中只是采取被動(dòng)的防護(hù)措施，還沒有主動(dòng)預(yù)防的有效措施。

工業(yè)工業(yè)內(nèi)窺鏡作為一種成熟的檢驗(yàn)手段，是人視覺的延伸，可以很好的解決上述困難。

3 工業(yè)內(nèi)窺鏡在飛船總裝中應(yīng)用的方案

  工業(yè)工業(yè)內(nèi)窺鏡應(yīng)用與航天器的研制，首先要滿足航天器總裝的基本要求，其次，要針對(duì)飛船的總裝工藝特點(diǎn)，進(jìn)行適應(yīng)性的改造和合理的配置，形成適用于飛船總裝的方案。

3.1 航天器總裝的通用要求^[2]

• 溫度：20±5ºC
• 相對(duì)濕度：40%～60%
• 潔凈度為100，000級(jí)
• 噪聲不大于60dB
• 有防靜電設(shè)施

3.2 飛船總裝工藝的特點(diǎn)

飛船總裝是指從各分系統(tǒng)交付總裝進(jìn)行驗(yàn)收開始，至完成全部裝配和測試，并將合格的產(chǎn)品交付發(fā)射為止的全過程。包括飛船的總裝、測試、地面大型試驗(yàn)、 出廠轉(zhuǎn)運(yùn)、發(fā)射場再總裝和測試，以及發(fā)射塔架的后總裝和測試工作。航天器總裝實(shí)施是嚴(yán)格按照總裝設(shè)計(jì)文件、圖樣和工藝文件的要求進(jìn)行的，主要具有下列四個(gè)特點(diǎn)：

• 涉及專業(yè)廣泛，綜合性強(qiáng)；
• 多型號(hào)、小批量生產(chǎn)；
• 總裝測試的環(huán)境條件嚴(yán)格；
• 高度重視質(zhì)量和安全，嚴(yán)格按規(guī)范操作。

3.3 飛船艙內(nèi)操作環(huán)境

    由于載人飛船屬于艙體密封結(jié)構(gòu)，設(shè)備密集程度高，操作空間狹小與普通的平板式結(jié)構(gòu)的衛(wèi)星相比，其構(gòu)造復(fù)雜，開敞性差，艙內(nèi)設(shè)備密集，操作空間狹小，總裝實(shí)施難度很大，有許多操作盲區(qū)。

    至于返回艙，更是內(nèi)部儀器設(shè)備、管路和電纜較多，儀器設(shè)備幾百臺(tái)，特別是大底上的設(shè)備，自底而上分幾層分布。因此，往往在總裝后期，尤其是在排故拆設(shè)備的時(shí)候，很多操作已經(jīng)是在看不見的情況下進(jìn)行了。比較普遍的是電裝工作的“盲插”，即插頭在看不見的情況下插、拔操作。

3.3  內(nèi)窺鏡應(yīng)用方案

根據(jù)飛船總裝的一般要求和艙內(nèi)環(huán)境的特點(diǎn)，應(yīng)用工業(yè)內(nèi)窺鏡的總體思路是：建立在飛船安全的基礎(chǔ)上，主機(jī)設(shè)備不能進(jìn)入飛船艙內(nèi)；進(jìn)入飛船內(nèi)部的部件集成度要高，便于攜帶；在排故過程中，室外主機(jī)要與計(jì)算機(jī)相連，便于設(shè)計(jì)人員了解艙內(nèi)一手情況；整個(gè)產(chǎn)品要求有防靜電措施。具體方案如下：

3.3.1內(nèi)窺鏡種類選擇

考慮到管路檢查和艙內(nèi)使用的需求，采用光纖內(nèi)窺鏡和視頻內(nèi)窺鏡組合應(yīng)用的方案，覆蓋從3mm以上內(nèi)徑的管子的檢查。由于艙內(nèi)的應(yīng)用對(duì)內(nèi)窺鏡的直徑無特殊要求，故在視頻內(nèi)窺鏡的選擇上，主要考慮艙內(nèi)觀察的方便，并具有取出多余物取出功能；

3.3.2內(nèi)窺鏡功能的需求

根據(jù)飛船總裝的需求，工業(yè)內(nèi)窺鏡應(yīng)具有如下的功能：

• 多余物查找和取出功能。鏡頭的選擇應(yīng)能適應(yīng)飛船內(nèi)部的操作環(huán)境，可以覆蓋飛船內(nèi)部所有角落。應(yīng)具有內(nèi)置機(jī)械手，可以取出螺釘?shù)冉饘俣嘤辔?，也可取出膠布等非金屬多余物。
• 測量功能。操作盲區(qū)的裝配間隙調(diào)整，需依靠工業(yè)內(nèi)窺鏡進(jìn)行間隙的測量，以確定調(diào)整墊片的厚度。
• 圖像處理和在線控制功能。在飛船測試發(fā)生故障時(shí)，設(shè)計(jì)師往往不允許進(jìn)入飛船內(nèi)部，故障的診斷只能靠進(jìn)艙工人的描述。因此，工業(yè)內(nèi)窺鏡引入后，應(yīng)在艙外主機(jī)上連接筆記本，便于設(shè)計(jì)同步觀察艙內(nèi)情況，并能對(duì)鏡頭進(jìn)行在線控制。
• 特殊要求。由于主機(jī)不允許進(jìn)艙，故主機(jī)與操作手柄的連線距離應(yīng)超過4米以上。

3.3.3 安全要求

• 采取接地措施，防止靜電或漏電損傷船傷產(chǎn)品；
• 操作手柄應(yīng)輕巧，便于工人攜帶，以防磕碰艙內(nèi)設(shè)備和電纜；
• 顯示器應(yīng)配有與飛船艙內(nèi)連接固定的接口。