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載人飛船總裝內窺鏡應用

熊濤  喬敏  解承建

（中國空間技術研究院總裝與環境工程部，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，介紹了工業視頻內窺鏡在航天器總裝工作中的應用背景和應用案例。

關鍵詞：飛船 總裝  內窺鏡  應用

1 前言

   由醫學上的神奇，引發人們將工業內窺鏡應用于各個領域。工業內窺鏡用于對高溫、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器、設備、組裝物體的內部，不需拆或破壞組裝就能進行有效的質量管理，甚至在研究開發、生產制造等各個領域大顯身手^[1]。

工業內窺鏡在航天領域的應用已有十幾年的歷史，但大多應用于管路、儲箱以及壓力容器等的無損檢測。在衛星、飛船等航天器的總裝中尚無應用的先例。

載人飛船屬于艙體密封結構，設備密集程度高、操作空間狹小、構造復雜、開敞性差。因此，在飛船總裝實施過程中，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道德來保證。如果在飛船總裝采用工業內窺鏡檢查技術，可以很好的解決上述問題，對提高飛船總裝質量，消除質量隱患和提高技術安全等方面有非常重要的意義。

本研究工作針對航天器總裝工藝的特點，分析了裝配中的問題，確立了飛船應用工業內窺鏡檢查的方法以及設備改造的方案，為航天器總裝工藝引進工業內窺鏡新技術手段，解決現有航天器裝配實際問題做出了有益的嘗試。

2 飛船總裝中存在的困難

載人飛船的結構復雜，艙內操作空間狹小，尤其是返回艙大底上的設備安裝分三層。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. 返回艙內部分環控設備狀態檢查、設置困難；
4. 有安裝精度要求的設備，由于操作空間限制，無法測量間隙尺寸；

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

以上問題，集中反映的是人的視野范圍的局限性問題。對于目視不能看到的地方，其操作結果的檢查和確認同樣難以實現。

對于以上困難，目前在飛船總裝過程中只是采取被動的防護措施，還沒有主動預防的有效措施。

工業工業內窺鏡作為一種成熟的檢驗手段，是人視覺的延伸，可以很好的解決上述困難。

3 工業內窺鏡在飛船總裝中應用的方案

  工業工業內窺鏡應用與航天器的研制，首先要滿足航天器總裝的基本要求，其次，要針對飛船的總裝工藝特點，進行適應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
• 相對濕度：40%～60%
• 潔凈度為100，000級
• 噪聲不大于60dB
• 有防靜電設施

3.2 飛船總裝工藝的特點

飛船總裝是指從各分系統交付總裝進行驗收開始，至完成全部裝配和測試，并將合格的產品交付發射為止的全過程。包括飛船的總裝、測試、地面大型試驗、 出廠轉運、發射場再總裝和測試，以及發射塔架的后總裝和測試工作。航天器總裝實施是嚴格按照總裝設計文件、圖樣和工藝文件的要求進行的，主要具有下列四個特點：

• 涉及專業廣泛，綜合性強；
• 多型號、小批量生產；
• 總裝測試的環境條件嚴格；
• 高度重視質量和安全，嚴格按規范操作。

3.3 飛船艙內操作環境

    由于載人飛船屬于艙體密封結構，設備密集程度高，操作空間狹小與普通的平板式結構的衛星相比，其構造復雜，開敞性差，艙內設備密集，操作空間狹小，總裝實施難度很大，有許多操作盲區。

    至于返回艙，更是內部儀器設備、管路和電纜較多，儀器設備幾百臺，特別是大底上的設備，自底而上分幾層分布。因此，往往在總裝后期，尤其是在排故拆設備的時候，很多操作已經是在看不見的情況下進行了。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  內窺鏡應用方案

根據飛船總裝的一般要求和艙內環境的特點，應用工業內窺鏡的總體思路是：建立在飛船安全的基礎上，主機設備不能進入飛船艙內；進入飛船內部的部件集成度要高，便于攜帶；在排故過程中，室外主機要與計算機相連，便于設計人員了解艙內一手情況；整個產品要求有防靜電措施。具體方案如下：

3.3.1內窺鏡種類選擇

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

3.3.2內窺鏡功能的需求

根據飛船總裝的需求，工業內窺鏡應具有如下的功能：

• 多余物查找和取出功能。鏡頭的選擇應能適應飛船內部的操作環境，可以覆蓋飛船內部所有角落。應具有內置機械手，可以取出螺釘等金屬多余物，也可取出膠布等非金屬多余物。
• 測量功能。操作盲區的裝配間隙調整，需依靠工業內窺鏡進行間隙的測量，以確定調整墊片的厚度。
• 圖像處理和在線控制功能。在飛船測試發生故障時，設計師往往不允許進入飛船內部，故障的診斷只能靠進艙工人的描述。因此，工業內窺鏡引入后，應在艙外主機上連接筆記本，便于設計同步觀察艙內情況，并能對鏡頭進行在線控制。
• 特殊要求。由于主機不允許進艙，故主機與操作手柄的連線距離應超過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品；
• 操作手柄應輕巧，便于工人攜帶，以防磕碰艙內設備和電纜；
• 顯示器應配有與飛船艙內連接固定的接口。