作為中國(guó)空間站第二個(gè)艙段，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)配置了多臺(tái)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜和3個(gè)睡眠區(qū)，是航天員將來(lái)重要的工作和生活場(chǎng)所。如何控制艙內(nèi)噪聲、為航天員提供安靜舒適的工作環(huán)境的議題備受重視。承擔(dān)此次問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙噪聲評(píng)估與治理工作的是中國(guó)空間技術(shù)研究院總裝與環(huán)境工程部空間站力學(xué)試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)。從模擬噪聲源、找準(zhǔn)“大嗓門(mén)”到讓設(shè)備“安靜”下來(lái)，這支“航天調(diào)音師”團(tuán)隊(duì)想盡妙招。

模擬“起飛的聲音”，從神舟飛船開(kāi)始

(資料圖片僅供參考)

神舟載人飛船發(fā)射過(guò)程中，艙外噪聲可達(dá)到140至160分貝。如此環(huán)境中，飛船能否保持正常工作狀態(tài)？艙內(nèi)航天員能否承受得住？為此，在神舟飛船研制之初，為飛船量身定制的大型噪聲試驗(yàn)室應(yīng)運(yùn)而生。在我國(guó)自主研制的世界第二大混響室中，聲壓可超過(guò)飛機(jī)起飛時(shí)噪聲的百倍，保證飛船各項(xiàng)力學(xué)試驗(yàn)“身臨其境”，預(yù)演數(shù)據(jù)“分毫不差”。

發(fā)射前，飛船都會(huì)在混響室內(nèi)進(jìn)行全面“體檢”。在試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的操作下，幾十個(gè)發(fā)聲設(shè)備同時(shí)工作，產(chǎn)生發(fā)射過(guò)程中的高聲強(qiáng)噪聲，數(shù)百只傳感器對(duì)飛船進(jìn)行“望聞問(wèn)切”，檢測(cè)飛船返回艙內(nèi)的噪聲環(huán)境是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，提前幫航天員感受“起飛的聲音”。飛船只有通過(guò)嚴(yán)格“體檢”，才能奔赴發(fā)射場(chǎng)。

組建替身“合唱團(tuán)”，找準(zhǔn)“大嗓門(mén)”

問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)部安裝了大量壓氣機(jī)、泵、風(fēng)扇等工作設(shè)備，以及用于姿態(tài)控制的控制力矩陀螺和空間生命科學(xué)研究任務(wù)所需搭載的“太空冰箱”等諸多設(shè)備，這些設(shè)備工作的噪聲疊加在一起就構(gòu)成了空間站內(nèi)的復(fù)雜噪聲環(huán)境。

問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙與天和核心艙交會(huì)對(duì)接后組成了連通的整體，航天員會(huì)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)艙開(kāi)展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)等工作。為了給航天員提供安靜舒適的工作環(huán)境，必須找出“嗓門(mén)”最大、影響最明顯的設(shè)備，進(jìn)行更精準(zhǔn)、更嚴(yán)格的噪聲治理。

問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙中的設(shè)備來(lái)自多個(gè)研制單位，到位時(shí)間各不相同，但噪聲評(píng)估工作不能等到所有噪聲源就位再開(kāi)展。沒(méi)有噪聲源，“航天調(diào)音師”們就組建了一支替身“合唱團(tuán)”隊(duì)伍，把噪聲模擬出來(lái)。通過(guò)聲源模擬子系統(tǒng)，模擬空間站上各擾源產(chǎn)生的噪聲，再通過(guò)噪聲測(cè)量子系統(tǒng)，測(cè)量艙內(nèi)聲壓。

“航天調(diào)音師”進(jìn)行降噪前聲音測(cè)試

噪聲源模擬技術(shù)好比學(xué)習(xí)唱歌，既要練好“腔調(diào)”，又要控制好“嗓門(mén)”。同時(shí)，它也有自己的“錄音棚”——消聲室，可進(jìn)行頻率、聲壓、功率全方位立體模擬。學(xué)會(huì)“唱歌”之后，聲源模擬系統(tǒng)就可以安裝在空間站，這時(shí)還需關(guān)注其安裝狀態(tài)，“演員站位”不準(zhǔn)，“合唱”就會(huì)亂套。通過(guò)獨(dú)唱、二重唱、合唱等各種排練，最終找出影響最大、需要進(jìn)行嚴(yán)格降噪的設(shè)備。

噪聲源模擬相關(guān)設(shè)備

因材施教，讓“大嗓門(mén)”安靜下來(lái)

找到“大嗓門(mén)”后，如何讓設(shè)備“安靜”下來(lái)，是“航天調(diào)音師”團(tuán)隊(duì)需要攻克的下一批技術(shù)難點(diǎn)。問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙搭載的“太空冰箱”在設(shè)計(jì)時(shí)做到了最大程度的集成，各組成部分間環(huán)環(huán)相扣。另外，為了保證艙內(nèi)空氣質(zhì)量，空間站對(duì)材料選擇有嚴(yán)格要求，這就導(dǎo)致很多地面常用的降噪材料不適用于空間站。

為了高效降噪，研制人員首先對(duì)其關(guān)鍵泵機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在保證制冷效率的同時(shí)，將聲能輸入降至最低，并選用新型附著材料提升結(jié)構(gòu)阻尼，改良箱體的聲輻射效率，通過(guò)改變連接關(guān)系改善結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)特性……利用這些細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，將“太空冰箱”的噪聲指標(biāo)降低了近20分貝。

此外，艙內(nèi)設(shè)備的噪聲成因、安裝位置、體積大小各不相同，為此試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)選擇“因材施教”：以振動(dòng)為主的噪聲源，被穿上金屬橡膠定制的松軟舒適的“鞋子”，避免振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲影響航天員；以聲輻射為主的噪聲源，被放在隔聲較好的盒子里……

借助各種妙招，“航天調(diào)音師”們將問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙工作區(qū)噪聲保持在60分貝以下，睡眠區(qū)保持在50分貝以下，相當(dāng)于我們平時(shí)在室內(nèi)正常談話(huà)的音量，滿(mǎn)足了相關(guān)醫(yī)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)要求，為航天員切實(shí)提供了安靜舒適的工作生活環(huán)境。

“太空之家”的升級(jí)擴(kuò)建，使“新房間”有了新物資、新配套，同時(shí)也帶來(lái)了許多新任務(wù)和新挑戰(zhàn)。為了航天器的安全穩(wěn)定和航天員的安心舒適，以“航天調(diào)音師”團(tuán)隊(duì)為代表的中國(guó)航天人正不懈努力，致力打造舒適的“太空之家”，為工程的建設(shè)發(fā)展貢獻(xiàn)更多精彩！