载人飞船总装内窥镜应用（上）

载人飞船总装内窥镜应用

熊涛  乔敏  解承建

（中国空间技术研究院总装与环境工程部，北京 100094）

Application of endoscopy in assemble of inhabited spacecraft

摘要：文章提出了载人飞船总装过程中遇到的盲操作、多余物等问题，并提出了初步解决方案，介绍了工业视频内窥镜在航天器总装工作中的应用背景和应用案例。

关键词：飞船 总装  内窥镜  应用

1 前言

   由医学上的神奇，引发人们将工业内窥镜应用于各个领域。工业内窥镜用于对高温、有毒有害、核辐射及人眼无法观察到的场所的观察，可以方便而且迅速地检查各种机器、设备、组装物体的内部，不需拆或破坏组装就能进行有效的质量管理，甚至在研究开发、生产制造等各个领域大显身手^[1]。

工业内窥镜在航天领域的应用已有十几年的历史，但大多应用于管路、储箱以及压力容器等的无损检测。在卫星、飞船等航天器的总装中尚无应用的先例。

载人飞船属于舱体密封结构，设备密集程度高、操作空间狭小、构造复杂、开敞性差。因此，在飞船总装实施过程中，存在着一些问题如：插头盲插、多余物检查和拾取、狭小空间内操作情况检查等。这些操作中的问题，目前只能依靠工人的技能和职业道德来保证。如果在飞船总装采用工业内窥镜检查技术，可以很好的解决上述问题，对提高飞船总装质量，消除质量隐患和提高技术安全等方面有非常重要的意义。

本研究工作针对航天器总装工艺的特点，分析了装配中的问题，确立了飞船应用工业内窥镜检查的方法以及设备改造的方案，为航天器总装工艺引进工业内窥镜新技术手段，解决现有航天器装配实际问题做出了有益的尝试。

2 飞船总装中存在的困难

载人飞船的结构复杂，舱内操作空间狭小，尤其是返回舱大底上的设备安装分三层。在总装后期存在以下困难：

1. 受操作空间限制，轨道舱和返回舱均有部分插头盲插；
2. 落入返回舱大底的多余物查找、捡出困难；
3. 返回舱内部分环控设备状态检查、设置困难；
4. 有安装精度要求的设备，由于操作空间限制，无法测量间隙尺寸；

5）狭小操作空间内，三按三检实施困难。二岗、检验只有等一岗人员操作完出舱后，才能轮流进舱进行检查。这样人员频繁进舱，增加了飞船舱内的安全隐患。

以上问题，集中反映的是人的视野范围的局限性问题。对于目视不能看到的地方，其操作结果的检查和确认同样难以实现。

对于以上困难，目前在飞船总装过程中只是采取被动的防护措施，还没有主动预防的有效措施。

工业工业内窥镜作为一种成熟的检验手段，是人视觉的延伸，可以很好的解决上述困难。

3 工业内窥镜在飞船总装中应用的方案

  工业工业内窥镜应用与航天器的研制，首先要满足航天器总装的基本要求，其次，要针对飞船的总装工艺特点，进行适应性的改造和合理的配置，形成适用于飞船总装的方案。

3.1 航天器总装的通用要求^[2]

• 温度：20±5ºC
• 相对湿度：40%～60%
• 洁净度为100，000级
• 噪声不大于60dB
• 有防静电设施

3.2 飞船总装工艺的特点

飞船总装是指从各分系统交付总装进行验收开始，至完成全部装配和测试，并将合格的产品交付发射为止的全过程。包括飞船的总装、测试、地面大型试验、 出厂转运、发射场再总装和测试，以及发射塔架的后总装和测试工作。航天器总装实施是严格按照总装设计文件、图样和工艺文件的要求进行的，主要具有下列四个特点：

• 涉及专业广泛，综合性强；
• 多型号、小批量生产；
• 总装测试的环境条件严格；
• 高度重视质量和安全，严格按规范操作。

3.3 飞船舱内操作环境

    由于载人飞船属于舱体密封结构，设备密集程度高，操作空间狭小与普通的平板式结构的卫星相比，其构造复杂，开敞性差，舱内设备密集，操作空间狭小，总装实施难度很大，有许多操作盲区。

    至于返回舱，更是内部仪器设备、管路和电缆较多，仪器设备几百台，特别是大底上的设备，自底而上分几层分布。因此，往往在总装后期，尤其是在排故拆设备的时候，很多操作已经是在看不见的情况下进行了。比较普遍的是电装工作的“盲插”，即插头在看不见的情况下插、拔操作。

3.3  内窥镜应用方案

根据飞船总装的一般要求和舱内环境的特点，应用工业内窥镜的总体思路是：建立在飞船安全的基础上，主机设备不能进入飞船舱内；进入飞船内部的部件集成度要高，便于携带；在排故过程中，室外主机要与计算机相连，便于设计人员了解舱内一手情况；整个产品要求有防静电措施。具体方案如下：

3.3.1内窥镜种类选择

考虑到管路检查和舱内使用的需求，采用光纤内窥镜和视频内窥镜组合应用的方案，覆盖从3mm以上内径的管子的检查。由于舱内的应用对内窥镜的直径无特殊要求，故在视频内窥镜的选择上，主要考虑舱内观察的方便，并具有取出多余物取出功能；

3.3.2内窥镜功能的需求

根据飞船总装的需求，工业内窥镜应具有如下的功能：

• 多余物查找和取出功能。镜头的选择应能适应飞船内部的操作环境，可以覆盖飞船内部所有角落。应具有内置机械手，可以取出螺钉等金属多余物，也可取出胶布等非金属多余物。
• 测量功能。操作盲区的装配间隙调整，需依靠工业内窥镜进行间隙的测量，以确定调整垫片的厚度。
• 图像处理和在线控制功能。在飞船测试发生故障时，设计师往往不允许进入飞船内部，故障的诊断只能靠进舱工人的描述。因此，工业内窥镜引入后，应在舱外主机上连接笔记本，便于设计同步观察舱内情况，并能对镜头进行在线控制。
• 特殊要求。由于主机不允许进舱，故主机与操作手柄的连线距离应超过4米以上。

3.3.3 安全要求

• 采取接地措施，防止静电或漏电损伤船伤产品；
• 操作手柄应轻巧，便于工人携带，以防磕碰舱内设备和电缆；
• 显示器应配有与飞船舱内连接固定的接口。