神舟飞船出舱活动故障模式和对策的设计与实践

根据出舱活动任务及程序安排,以确保航天员安全和提高出舱活动任务可靠性为原则,提出了飞行事件时域、空域分析与出舱活动故障树分析（FTA）和失效模式与影响分析（FMEA）结果相结合的设计方法,完成了我国出舱活动飞行任务故障模式与对策。所设计的多种出舱活动故障模式与对策,覆盖了出舱活动飞行任务可能发生的各种情况,经出舱活动飞行试验验证,故障模式设计及对策设计合理,有力保证了神舟七号飞船出舱活动的圆满成功,具有工程实用价值。     

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。     

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）。     

人类第一次太空出舱活动(上篇)

1965年3月18日,前苏联航天员阿里克谢·列昂诺夫(Aleksei Leonov)走出了"上升"2号飞船,从而成功实现了人类第一次在太空的出舱活动。这次太空出舱活动使理论付诸实践.从此真正打开了太空的大门。在我国"神七"即将发射、进行太空出舱活动之际.本栏目将分上下两篇对前苏联,也是对全人类的第一次太空出舱活动进行展示和回顾。     

航天员出舱活动的发展阶段及启示

从1965年3月18日苏联航天员列昂诺夫首次出舱以来，航天员出舱活动已经有40多年的历史。这40年大体上可以分为两个阶段：1965至1980年为第一阶段，即试验阶段；1981至2010年为第二阶段，即成熟阶段；2010年以后出舱活动将继续发展和提高，并进入出舱活动发展的第三阶段，即提高阶段。文章对出舱活动发展的三个阶段进行了概述和分析研究。     

人机整合出舱活动的模拟失重试验技术研究进展

航天员进行出舱活动(EVA)是我国载人航天技术发展的一个关键步骤。利用航天员的出舱活动可以完成观测地面目标、在轨维修和组装大型空间设施等任务。但另一方面,航天员的出舱活动又是极其昂贵和带有极大风险性的空间作业任务。美国航宇局的资料表明,空间出舱活动1小时,在地面至     

欧洲航天员因病推迟出舱情况分析

在美国“亚特兰蒂斯”号STS-122飞行任务中，欧洲航天局航天员汉斯·施勒格尔因健康问题无法执行出舱活动，改由NASA航天员来执行，且出舱活动日期也被迫向后推迟一天。本文简述了该事件发生的经过，并对出舱活动航天员的健康情况和医保实施情况进行了简要分析。     

“和平”号空间站医学保障的主要结果

世界上第一次出舱活动是在1965年“上升-2”飞船飞行中由俄罗斯航天员列昂诺夫进行的。1969年1月俄罗斯人第二次出舱，两名乘员从“联盟-5”转移到“联盟-4”飞船中。第一次出舱活动仅持续了12min，第二次出舱活动增加到37min。稍后，在1977～1986年间，俄罗斯从“礼炮-6”和“礼炮-7”空间站的飞行中取得了大量的出舱活动经验。在实现这些长期航天飞行计划中，     

太空行走100问（七）

出舱活动使用的工具 40航天员出舱活动使用的工具有何特殊之处？分为几种类型？ 航天员出舱主要是为了进行设备维修、保养、检查和安装，因此他们像地球上的检修和安装工人一样要使用各种各样的工具。由于出舱活动用的工具是在太空失重环境中使用，因此这种工具与地面上使用的不同。     

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。     

载人航天的出舱作业技术

文章介绍了航天员出舱作业的重大意义,面对各国载人航天的迅猛发展,又提出了我国载人航天出舱作业的需求,包括建立地面试验设备、进行地面试验、制定科学的出舱作业程序等.     

Past, present and future implications of human supervisory control in space missions

Achieving the United States’ Vision for future Space Exploration will necessitate far greater collaboration between humans and automated technology than previous space initiatives. However, the development of methodologies to optimize this collaboration currently lags behind development of the technologies themselves, thus potentially decreasing mission safety, efficiency and probability of success. This paper discusses the human supervisory control (HSC) implications for use in space, and outlines several areas of current automated space technology in which the function allocation between humans and machines/automation is sub-optimal or under dispute, including automated spacecraft landings, Mission Control, and wearable extra-vehicular activity computers. Based on these case studies, we show that a more robust HSC research program will be crucial to achieving the Vision for Space Exploration, especially given the limited resources under which it must be accomplished.     

供氧模式对载人航天器气压控制的影响分析

载人航天器气压控制系统主要负责控制密封舱内氧分压和总压满足指标要求,承担长期载人任务的载人航天器通常配备电解制氧系统用于维持密封舱内氧分压水平。文章建立了一种载人航天器密封舱气压控制系统仿真分析模型,利用该模型分析对比了氧气瓶供氧和电解制氧供氧2种模式对应的密封舱氧分压和总压变化规律。结果表明,驻留24 h内,氧气瓶供氧模式对应的氧分压单调下降;电解制氧供氧模式对应的氧分压并非单调下降,而是取决于供氧速率与乘员代谢耗氧间的关系,且氧分压变化范围要远小于氧气瓶供氧模式。驻留60 d内,电解制氧供氧模式对应的氧分压在上下限间的变化周期以及总压的变化周期要明显长于氧气瓶供氧模式。为避免空气温度的影响,氧分压和总压的控制范围应比允许范围窄。     

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.     

Issues and solutions for testing free-flying robots

Space robotics currently has an important role in space operations and scientists and engineers are designing new robotic systems for space servicing missions and extra-vehicular activities. In particular, free-flying robots with extended arms have compelling applications and several prototypes have recently been developed. Testing on Earth free-flying robots is a main issue as the unconstrained environment of free space must be simulated. From the experience acquired by testing a free-flying robot prototype both in a tethered facility and during a parabolic flight campaign, and after several years of experiments using air-bearing planar systems, the authors describe and discuss methods to test free-flying robots. A recent study aimed at designing a free-flying platform suitable for an under-water environment is also presented and discussed.     

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。     

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。     

航天航空中急性缺氧条件下功效改变的研究

受试者为84名男性青年和实验工作人员,在低压舱1500、2500、3000、4000、5000和6000米高度上停留60分钟。每次实验一个高度,总共133人次。实验中,记录了数字记忆、听觉警觉和跟踪操作等多项功效指标。应用统计和模型方法对结果进行了分析,并试用模糊集理论对五种基本功效进行综合评定,得到了急性缺氧下功效改变有意义的结果。这些结果可为飞行员执行飞行任务,航天员在船舱内或穿着航天服在舱外执行任务及制订医学保证方案提供了科学依据。     

硼粉热特性研究

为了研究硼粒子在不同气氛下热特性,采用TGA/DSC和高压DSC对晶体硼粉和无定形硼粉两种形态,在纯氮、纯氧、空气以及氧氮混合(1∶1)气氛和3种压强下进行热分析实验;利用Kissinger法和Ozawa法计算得到无定形硼在空气气氛下的动力学参数.试验结果表明,纯氮气氛下,无定形硼与氮气会发生反应,其反应速度缓慢,放热量小.无定形硼比晶体硼的氧化反应初始温度低,氧化反应更快且更完全.不同氧气浓度条件下,随着氧气浓度的提高,无定形硼反应起始温度提前,反应速率加快,反应更彻底.增加氧气压强,可降低初始反应温度,加快反应速率,提高反应放热量.最终计算得到无定形硼在空气气氛下的活化能E、指前因子A和反应速率常数K.