一种舱内/月面兼用登月航天服总体概念设计

航天员在月面驻留与活动离不开登月航天服的保护。文章考虑载人登月任务环境对登月航天服的各种特殊要求后,从满足环境适应性的服装工艺设计角度对登月航天服进行了总体概念设计:应用基于模型的系统工程（MBSE）方法,利用SysML搭建登月航天服模型,采取舱内/月面兼用设计模式;主要对其头盔、躯干主体部分、手套、靴子、生命保障背包,以及安全性可靠性等方面分别开展设计与说明。该设计思路和方案可为我国载人登月以及载人深空探测航天服设计提供参考。     

空间站集成全局热数学模型的建模和分析

为了分析某空间站的综合热性能,建立了该空间站的集成全局热数学模型（IOTMM）。文章介绍了该空间站的物理模型、工作模式、热节点网络模型和流体网络模型,其中流体网络模型主要由氨外回路、低温水回路、中温水回路、舱内通风回路和舱间通风回路组成,最后利用IOTMM分析了空间站在载人飞行模式下各种设备的温度变化情况。     

交会对接组合体热管理研究

组合体热管理是实现目标飞行器和载人飞船交会对接组合体载人热环境控制的重要手段。文章提出了以舱段间通风为技术途径的交会对接组合体热管理方案。在组合体热特性分析和热平衡试验基础上,获得了组合体热管理系统分析模型。分析结果表明,组合体密封舱空气温度在19～26℃范围内可调,验证了交会对接组合体热管理设计的正确性。最后,对空间...     

中国新一代载人飞船返回舱热控设计优化研究

文章针对新一代载人飞船返回舱再入过程气动热环境和返回舱传热特性,建立了气动热环境下返回舱动态耦合传热集总参数模型,能够描述返回舱防热层内侧蜂窝板、舱体、设备和舱内空气间的导热、对流及辐射动态耦合换热过程。文章应用该模型对典型新一代载人飞船返回舱气动热环境下的传热特性进行了分析,提出了防热烧蚀层内侧铝蜂窝板表面包覆多层隔热材料、增强舱外设备与返回舱壁热耦合、降低设备表面红外发射率等返回舱热控优化设计措施。热控优化措施应用于中国新一代载人飞船试验船,并通过首次在轨飞行验证,在近第二宇宙速度返回气动热环境下,返回舱结构、空气、设备等各项温度指标均满足指标要求,验证了返回舱热控设计的合理性。研究结果可为返回式航天器热控系统设计提供参考。     

基于太阳能热推进的应急飞行器系统优化设计

基于太阳能热推进的航天器推进系统具备高比冲、高效率等诸多性能优势。文章基于太阳能热推进原理实现应急轨道航天器的轨道补偿控制,并对系统关键参数进行了优化设计。首先建立轨道控制系统的数学模型,然后根据太阳能热推进原理与轨道特性实现吸热剂质量与聚光器吸热面积的优化计算,最后仿真验证该方案的可行性。仿真结果表明:该方案适用于210～300 km高度的应急轨道,且吸热剂质量与聚光器面积需求均在合理范围内。     

面向火星表面巡视探测的热惯量反演模型及试验验证

基于火星表面土壤温度的昼夜周期性变化特性,建立了一种面向火星表面巡视探测的热惯量反演模型,可根据表层不同深度的热电偶测温数据计算被测区域的热惯量,实现表面巡视探测过程中的热惯量在线反演。为验证模型正确性,在地面建立了火星表面热特性试验测试系统,通过对比被测模拟火星土壤的热惯量实际值与模型计算值,验证热惯量反演模型的精度。结果表明,与试验模拟火星土壤的热惯量数值相比,该模型对热惯量的反演误差小于6%,为在线反演火星表面不同土壤地形的热惯量,辅助识别地形可通过性提供了一种可行方法。     

有问题,请找航天员

河南郑州刘平问:飞船发射前,航天员要手提一个小箱子上飞船,那是做什么用的?航天员答:航天员手提的小箱子,实际上是一个便携式的航天服通风装置。登船前,航天员已经完成了一系列的准备工作,并穿好了舱内航天服。航天服由气密层和限制层组成,胸前左下方有一根内径25毫米的通风软管。穿着航天服后需要通过该软管对航天服内进行通风,才能使航天员处于比较舒适的状态,常压下通风流量为120升左右。航天员在地面穿着航天服     

AX—5航天服可靠性模型

ＡＸ－５航天服是正在考虑在自由号航天站上使用的全金属舱外活动（ＥＶＡ）航天服，针对这种航天服独特的设计和预计的关节转动要求开发了一个可靠性模型。依据ＮＡＳＡ先进的评价方法，三个ＡＸ－５航天服的组成关节在模拟负载条件下转动。这篇论文将描述这个可靠性模型和转动试验的结果，并利用预计的ＭＴＢＦ对该模型和试验结果进行说明，也包括了在这个预计的ＭＴＢＦ基础上对ＡＸ－５维修结论和寿命周期进行的讨论。     

KM6水平舱环境控制系统

为满足中国载人航天的需求,研制了可进行人-船-服联合试验的大型空间环境模拟设备——KM6水平舱。文章介绍了该模拟设备的环境控制系统。它有两大功能:一是为舱内参试人员提供气体和应急救生用气;二是控制试验环境,包括对各种环境参数的控制,如控制舱内温度、湿度、压力、局部氧气压力,清除舱内气态污染物。在对水平舱减压时,不仅要注意每一项参数的控制稳定性,还要注意对所有参数的整体控制,因为这些参数是互相关联的。为了研究这些参数之间的关系,对该舱建立了数学模型,得出了不同边界条件下的最优控制方案。     

空间站舱内空气速度分布的CFD分析

为了设计一个合适的通风系统，建立了某型空间站座舱和送风设备的CFD模型。基于这些模型，采用k—ε湍流模型获得了舱内空气在不同流量，不同散流器送风方向和不同散流器布置方式等条件下的流速分布，简要分析了空间站向飞船提供热支持时，舱间通风对舱内空气速度分布的影响。分析结果表明：（1）散流器的送风方向对流速的分布影响很大，45度进风方式的流速分布明显优于30度的进风方式；（2）推荐的三种散流器布置方式均可以获得满意的流速分布，关键是能否根据不同的空气流量提供合适的散流器出口速度；（3）设计合理的舱间通风能够改善舱内空气流速的分布；（4）提供的数据可以直接用于该型空间站通风系统的设计。     

Overview of physiological principles to support thermal balance and comfort of astronauts in open space and on planetary surfaces

Although specialists have attempted to improve the space suit to provide better protection in open space or on planetary surfaces, there has been a relative lack of attention to features of human thermoregulatory processes that influence comfort and therefore have an impact on the effectiveness of protective equipment. Our findings showed that different body tissues transfer heat in/out of the body in a different manner. There are also individual differences in thermal transfer through body areas with different proportions of tissues; therefore, data on the thermal profile of each astronaut needs to be used to estimate the optimal body areas for heat/cold transfer in and out of the body in an individually tailored cooling/warming garment. Principles for supporting thermal comfort in space were formulated based on a series of studies to evaluate the human body's response to uniform/nonuniform thermal conditions on the body surface. We conclude that future space suit design and comfort support of astronauts can be easier and more effective if these principles are incorporated.     

密封舱常压热试验环境模拟技术

文章探讨了可用于载人航天器的常压热试验环境模拟技术,包括空间站的在轨漏热分析、多层常压隔热性能试验以及大型常压热试验验证系统试验能力分析,在此基础上完成了空间站某密封舱段的大型常压热试验,并基于试验结果进行漏热对比分析,验证所用常压热试验环境模拟技术的效果能达到预期。     

空间站热收集方式的气压适应性研究

热管理系统是保障空间站正常运行的关键系统,其热量收集通常涉及多种传热方式。 空间站舱内气压下降将削弱空气的对流换热能力,从而造成热收集方式的气压适应性差异。 分析了这种差异及其对空间站热管理的影响。设计了两种针对密封舱的热量收集方式,第 一种单纯用空气强制对流,第二种通过在密封舱内加装冷板,同时采用强制对流、导热和辐 射进行热量收集。首先利用简化的密封舱换热模型给出了描述两种热量收集方式气压适应性 的分析解,然后利用集成全局热数学模型分析给出了热管理系统采用这两种热量收集方式时 压力下降对空间站温度控制的影响。结果表明,当热管理系统以空气对流为主进行热 量收集时,气压下降可能导致舱内温度大幅升高;当同时采用导热、辐射及对流等多种途径 收集热量时,热管理系统的气压适应性较强,有利于空间站的稳定运行。
     

As assessment of habitat pressure, oxygen fraction, and EVA suit design for space operations

At high cabin pressure [e.g. 1013 hPa (14.7 psi) 21% O2] there are serious issues relative to specification of suit pressure and the need for prebreathing. A high pressure suit will be costly but use of the existing, flexible suit requires up to 6 h of prebreathing. Or one could use a cabin pressure of 700 hPa (10.2 psi) prior to extravehicular activity (EVA) in order to use the existing suit with only 1 h of prebreathing. If these normal cabin pressures and O2 levels are utilized, existing physiological and medical databases apply, providing a known basis for evaluating effects of long duration space missions. If a 345 hPa (5 psi), 70-100% O2 atmosphere is adopted the existing suit can be used with no prebreathing required. However, there is no reference database on physiological effects under the conditions of lower pressure and higher O2 concentration. This paper considers the major issues involved in defining habitat pressure, O2 fraction, and EVA suit design for operations in space. A preliminary model for evaluating habitat/suit pressure and O2% strategies is presented.     

载人航天器密封舱内生物剂量三维仿真技术

对载人航天器密封舱内航天员遭受的生物剂量进行研究分析,可为乘员辐射防护设计和工程实施提供依据。文章将基于一维深度-剂量计算、结合扇区射线法的三维辐射仿真技术运用于载人航天器总体设计中,以某中期驻留载人航天器为例,构建生物剂量仿真分析模型。计算实例分析表明,三维剂量仿真结果可有效指导乘员辐射防护优化设计,对后续长期载人飞行中的航天员辐射安全设计具有较强的实用性。     

航天器密封舱真空热试验用压控系统设计与实现

带有密封舱段的航天器在进行真空热试验时,经常需要对密封舱内压力进行调节控制。压控系统具有泄压、复压、稳压功能,可以实现密封舱内压力调控的目的。文章详细介绍了某型号真空热试验用密封舱压控系统的结构原理及设计方法,同时解决了真空低温环境下真空管路的隔热与密封难题。通过模拟测试对系统主要指标进行了验证,结果表明系统能够满足试验要求。     

载人航天器密封系统漏率设计方法

载人航天器密封舱为航天员提供在轨生活、工作的环境,对密封舱及其环控生保系统、热控制系统、推进控制系统等中各管路的密封性能有严格要求。文章提出了一种漏率设计方法,建立了相应的漏率检测系统,并依据该方法制定了密封舱体和各管路的漏率设计和指标分配的流程。本流程可用作载人航天器舱体密封系统、管路密封系统的漏率设计,对保证载人航天器在轨安全可靠运行有重要参考价值。     

空间站热分析综述

作为空间站研制、试验和运行管理的重要基础,系统级热分析已在国内外广泛开展。文章对空间站舱内空气流动分析、温湿度控制分析和以流体回路为核心的整体热建模分析等进行了综述,以国际空间站为重点介绍了这些技术的发展、实施方法、技术特点和作用。     

一种并网式载人航天器控温回路系统设计

提出了一种单舱辐射器并网和组合体舱间并网相结合的载人航天器控温回路系统,能够实现单舱层次功能备份和舱间层次功能备份。建立了单舱和组合体控温回路系统非稳态仿真分析模型,对正常工作模式和几种不同故障工作模式下各舱回路控温点温度、设备温度、流量分配和航天器热负荷水平进行了分析。结果表明,对于单舱辐射器并网回路,在单条辐射器支路故障情况下,系统总散热能力损失不超过28.5%,单舱外回路完全故障时启动舱间并网回路,故障舱段可维持的热负荷水平占标准工作模式热负荷水平的63.5%,表明双层次并网控温回路系统可将设备温度有效控制在指标要求范围内,并能显著提高载人航天器所能承受的热负荷水平,提高系统的可靠性。