舱外航天服冷热电一体化系统性能分析

文章提出了一种舱外航天服冷热电一体化(Combined Cooling-Heating-Power,CCHP)系统,该系统的主要组件有质子交换膜燃料电池、热驱制冷装置、金属氢化物储氢装置和辐射器等.在冷热电一体化系统的冷电匹配方法上提出了“以电定冷”方案,按照该方案计算了一组典型工况下系统的工作状态,分析了燃料电池的工作温度、工作电流密度和工作压力对系统质量和消耗性工质损失的影响.结果表明,该舱外航天服冷热电一体化系统在质量大小方面可以接受,在消耗性工质损失方面比水升华器冷源/蓄电池电源方案小得多;且降低燃料电池工作温度和压力、增大燃料电池工作电流密度,均能够减小系统质量、降低系统消耗性工质损失.     

舱外航天服实时遥测监督专家系统的研制

引言 NASA航天飞机舱外航天服（EMU）是一个独立的系统，它在出舱活动期间为航天员提供环境保护、机动性、生命保障和通信。EMU为一个综合体，由舱外航天服组件（SSA）和生命保障系统（LSS）共同组成。它所提供的消耗品最多可满足7h出舱活动的要求。SSA是EMU中的加压服。LLS主要由背包系统组成，它包括基本生命保障系统（PLSS）和一个备用氧气包（SOP）。     

水反应金属燃料发动机的性能调节

在水反应金属燃料发动机性能分析研究基础上,分析了壅塞式和非壅塞式发动机构型优缺点及性能调节特性,着重探讨了非壅塞式水反应金属燃料发动机燃气流量自适应调节规律和特点。计算结果分析表明,非壅塞式发动机具有水燃比自适应调节特性,且高压强指数水反应金属燃料调节效果显著。     

气闸舱泄复压热力过程研究

为满足航天员出舱活动的需要,出舱活动飞船气闸舱在满足载人飞船密封舱一般要求外,还需经历泄压和复压两个热力过程。伴随气闸舱的泄复压过程,舱内空气因泄压而发生热力膨胀降温现象,因复压而出现热力压缩升温现象;复压用气瓶在气闸舱复压过程中压力急剧降低也出现降温现象,其降温程度将影响气闸舱复压后舱内温度水平。运用热力学方法对气闸舱泄复压热力过程进行分析,并通过地面和在轨飞行试验验证了分析的正确性,本文工作将为后续载人航天器气闸舱的热控设计提供参考。     

出舱活动的医学问题

从1965年至1988年，前苏联共进行了25次出舱活动，22名航天员进行了49人次出舱活动，累积出舱时间为164h。前苏联专家在这期间获得了出舱活动医学保障的丰富经验。根据这些经验，我们得出了有关出舱活动医学保障的一些一般性结论。     

我国空间站出舱活动通用设计和实施技术

空间站要达到长期在轨安全、可靠运行要求,必须具备出舱开展维修和组装的能力。文章在对我国空间站出舱活动任务目标分析的基础上,提出了我国空间站组合体系统级出舱活动设计,阐述了空间站出舱活动通用设计和实施技术,例如气闸舱通用过闸技术和机械臂转移航天员技术。最后,总结了从核心舱发射至今我国空间站出舱活动在轨实施情况,并对出舱技术后续在载人登月及光学舱的应用情况进行了展望。     

神舟七号飞船单相热控流体回路在轨性能评价

重点介绍了神舟七号出舱活动飞船热控单相流体回路主要技术方案,包括组成与流程设计、内外回路工质优选及回路控制方案等,并对流体回路系统在轨工作性能和温度控制数据进行分析和综合评价,飞行试验表明流体回路在待发段、自主运行段、出舱活动段、返回再入段均具有良好的温度调控能力和适应能力,温度控制精度和系统散热能力均满足指标要求。最后总结了神舟飞船流体回路的创新之处与待改进方面。     

神舟七号的守护神——神舟七号应急救援和备份返回系统揭秘

出舱行走，航天员的安全是第一位的，如何保证航天员顺利上天，安全出舱，成功返回是任务成功的关键，同时应急救生、应急返回和备份返回也是飞行任务中必须考虑的的工作，应急救援系统当仁不让地担任了神舟七号守护神的任务。     

抗多径效应的全范围多员出舱通信方法

针对载人航天器规模大和出舱活动范围广的现状,提出一种抗多径效应的全范围多员出舱通信方法,以解决传统出舱通信方法测控覆盖率低、多径效应影响严重的问题。通过在载人航天器外侧等间隔布置多副天线,实现相对于载人航天器360°范围内的出舱活动测控全覆盖。通信体制采用前向与返向频分双工体制(FDD),各出舱航天员之间采用直扩码分多址(DS-CDMA),对各出舱航天员设计不同的扩频码,解决多人出舱带来的通信互扰问题。为解决由于载人航天器遮蔽、反射带来的多径效应问题,前向链路和返向链路分别采用时间分集技术和空间分集技术的通信方式。仿真结果表明:同样满足10~(-5)误比特率的指标,全范围多员出舱通信方法比传统的单天线和三天线出舱通信方法的信噪比优化1.1~4.5dB,并且能实现全范围出舱活动的测控覆盖和通信连续。     

临近空间再生燃料电池储能系统散热风扇性能

针对平流层飞艇再生燃料电池储能系统的风冷散热组件,采用Fluent计算散热风扇在设计飞行高度不同转速条件下的风压、流量、静压效率等性能参数。进而针对海拔0~20km高度的环境温度和压力变化,计算20kW散热能力条件下散热组件风量需求及其对应风扇转速、功耗等变化趋势。在此基础上,进行散热组件不同海拔高度环境下的性能试验,风扇模型计算结果和试验数据吻合较好。结果表明风冷散热组件能够满足再生燃料电池储能系统在包括起飞、高空驻留和降落在内的整个任务周期的散热要求。     

Heat storage and electricity generation in the Moon during the lunar night

One of the biggest challenges of the exploration of the Moon is the survival of the crew and the lunar assets during the lunar night. The environmental conditions on the lunar surface and its cycle, with long periods of darkness, make any long mission in need of specific amounts of heat and electricity to be successful. We have analyzed two different systems to produce heat and electricity on the Moon's surface. The first system consists of Thermal Wadis, sources of thermal power that can be used to supply heat to protect the exploration systems from the extreme cold during periods of darkness. Previous results showed that Wadis can supply enough heat to keep lunar devices such as rovers above their minimum operating temperature (approximately 243 K). The second system studied here is the Thermal Energy Storage (TES), which is able to run a heat engine during the lunar night to produce electricity. When the Sun is shining on the Moon's surface, the system can run the engine directly using the solar power and simultaneously heat a thermal mass. This thermal mass is used as a high temperature source to run the heat engine during the night. We present analytical and numerical calculations for the determination of an appropriate thermal mass for the TES system.     

航天器热控系统中的热泵-蓄冷组合方案

提出了旨在降低热控系统质量的热泵-蓄冷组合热控方案。通过对负荷进行预测，对热泵蓄冷系统的集成模式，系统的运行策略，以及蓄冷设备的容量等问题进行了分析。结果表明：通过合理优化系统的运行参数，热泵蓄冷组合方案能实现热控系统的轻量化设计要求，在未来航天热管理系统中具有相当的应用潜力。     

高温风洞收集口喷水降温数值仿真研究

针对高温风洞中扩压器前段壁面防热问题，提出对高温气流外缘喷水降温的方法。通过在收集器入口与喷管出口间安装喷水环，利用液态水汽化吸热对高温气流进行降温，使扩压器壁面形成低温保护层。为了解该方法降温效果，本文利用DPM、组分输运等模型的耦合建立了超声速两相流CFD模型，对向超声速热气流喷水进行降温的过程进行了数值计算，计算结果表明，扩压器启动后有显著的降温保护效果。同时，为探索风洞排气背压和喷水量对风洞流场和壁面降温效果的影响，通过计算得出了变排气背压、变喷水量与降温效果之间的关系，为高温风洞收集口喷水降温装置的优化设计提供了参考。     

发动机尾焰注水降温数值计算与试验研究

针对火箭发动机尾焰注水流场,组织并实施了火箭发动机系留点火及燃气流场注水降温缩比试验,研究了燃气冲击射流流场和注水作用下两相流场的分布状态以及降温效果。并通过研究在高温高速对流冲击作用下气液两相流的传热和传质理论,在Mixture多相流模型的基础上添加质量和能量源项,建立了多组分气液两相流非定常数值计算模型,通过对比试验结论,结果表明：所建立的数值计算模型具有较高的计算精度和可靠性,能够准确地反映物理现象。利用数值计算模型研究了注水后燃气、液态水和水蒸气三种主要组分在流场中的组成,通过与自由射流对比得到了注水燃气流场的包络线长度与宽度变化,注水对燃气流场降温效果显著。     

Metabolic assessments during extra-vehicular activity

Extra-vehicular activity (EVA) has a significant role during extended space flights. It demonstrates that humans can survive and perform useful work outside the Orbital Space Stations (OSS) while wearing protective space suits (SS). When the International Space Station 'Alpha' (ISSA) is fully operational, EVA assembly, installation, maintenance and repair operations will become an everyday repetitive work activity in space. It needs new ergonomic evaluation of the work/rest schedule for an increasing of the labor amount per EVA hour. The metabolism assessment is a helpful method to control the productivity of the EVA astronaut and to optimize the work/rest regime. Three following methods were used in Russia to estimate real-time metabolic rates during EVA: 1. Oxygen consumption, computed from the pressure drop in a high pressure bottle per unit time (with actual thermodynamic oxygen properties under high pressure and oxygen leakage taken into account). 2. Carbon dioxide production, computed from CO2 concentration at the contaminant control cartridge and gas flow rate in the life support subsystem closed loop (nominal mode) or gas leakage in the SS open loop (emergency mode). 3. Heat removal, computed from the difference between the temperatures of coolant water or gas and its flow rate in a unit of time (with assumed humidity and wet oxygen state taken into account). Comparison of heat removal values with metabolic rates enables us to determine the thermal balance during an operative medical control of EVA at "Salyut-6", "Salyut-7" and "Mir" OSS. Complex analysis of metabolism, body temperature and heat rate supports a differential diagnosis between emotional and thermal components of stress during EVA. It gives a prognosis of human homeostasis during EVA. Available information has been acquired into an EVA data base which is an effective tool for ergonomical optimization.     

电磁驱动液态金属热控系统分析

对电磁驱动液态金属热控系统进行了分析,与水工质回路的传热特性比较表明：在进行高功率密度器件散热方面,液态金属换热性能明显优于水等常规工质,在较小的流速下,可以保持较低的器件表面温度;更为重要的是,它可以采用无运动部件电磁泵驱动,具有可靠性高、振动噪声小、结构简单紧凑、功耗小、可控性强等优点。该系统不仅可解决空间高热流密度器件散热难题,而且在微小卫星、月球／行星表面探测器等主动热控制方面也有重要的应用前景。     

液体火箭发动机自引射工作过程传热研究

建立了液体火箭发动机自引射工作过程传热分析模型。分析了圆柱型和二次喉道型引射器在不同冷却水流量下引射器的壁温和热流的变化,得到了引射器可靠工作的冷却水流量范围,引射器冷却水温升测试值和仿真值的一致性较好。     

强化排热的空间热泵系统分析

针对航天器潜在的各种类型热泵系统进行定性分析研究。综合分析表明,Rankine热泵系统综合性能最佳,效率高(理论上仅次于Stirling热泵系统),传热系数大,比重量小,地面上有长期运行的经验,其缺点是含有运动部件;Stirling热泵理论热效率虽高,但其传热系数小,比重量大,运动部件多;喷射式热泵和吸附式热泵系统最显著的优点是无运动部件,可靠性高,易于集成封装,而且还可以回收利用高温废热,不消耗系统电能,缺点是性能系数低,比重量大,设备十分庞大;对于其他类型热泵系统,其问题更多。     

航天器多功能结构传热特性的实验研究

针对航天器结构高性能、轻质化和集成化的发展要求,设计了集电路控制,热管理功能和结构承载功能于一体的多功能结构。此种结构分别采用柔性电路板控制热仿真多芯片模块,作为多功能结构的热源;碳碳材料作为热倍增器;复合材料蒙皮和金属泡沫芯子的夹层结构作为承载结构,实现了结构和功能的集成。同时,为了研究多功能结构的传热特性,进行了热真空实验,实验测量了热流密度和温度梯度。结果表明这种新型的结构可以消散飞行器多芯片模块产生的热量,碳碳热倍增提供了一种减小温度梯度的新方法,同时这种多功能结构减少了结构的体积,降低了结构的质量。