略谈航天员出舱活动技术

出舱活动(EVA)是指航天员脱离母航天器的保护环境,依靠自身的生命保障系统在太空中进行包括科学观察及研究、修理飞船或空间站表面、太空行走等在内的各种活动.出航活动关键技术的研究涉及环控生保技术、航天服技术、医学、工效学以及地面模拟技术等,它们不仅为出舱活动提供了充分的技术保障,还为航天员提供了维持生命必须的微气候环境和进行出舱活动的装置及措施.     

对航天员出舱活动问题的几点初步认识

航天员出舱活动是载人航天持续发展与开展空间科学研究不可缺少的基础技术之一。航天员出舱活动首先必须保证人在宇宙空间生存和工作的能力,能够完成空间设施组装、在轨维修、有效载荷布设等任务。在脐带式出舱活动、机械臂辅助式出舱活动,以及采用载人机动装置出舱活动等三种方式之中,采用载人机动装置的出舱活动显现了许多优点,已成为当今世界载人航天技术研究与发展的一个重方面。     

空间站航天员出舱活动验证方法与项目

为保证出舱活动任务成功和航天员安全,需对空间站出舱活动所涉及的人、机和环境要素进行充分试验验证。由于在地面难以创造出失重和真空的复合环境,需利用各种验证方法,分阶段、分现场验证出舱活动剖面。剖析航天员出舱活动验证的复杂性,归纳提炼验证方法思路;以出舱活动程序为牵引,系统分析了出舱活动中所涉及的人、机和环境要素,识别各要素之间接口验证需求;确定验证方法和试验现场,整合构建了覆盖出舱活动全任务剖面的验证项目,并应用于空间站出舱活动试验验证。验证试验覆盖全面,提高了研制效益,可推广应用于空间站后续舱段研制。     

载人航天 WiFi 头戴的设计与实现

空间站无线局域网是空间站通信网络的重要组成部分。 WiFi头戴是基于空间站无线局域网进行话音通信的一个重要应用,不仅可以为舱内航天员提供便捷的无线话音通信服务,还可以为航天员的出舱活动提供无线话音通信服务。研究和分析了空间站无线WiFi组网和应用的技术可行性,提出了一种适合于空间站使用的WiFi头戴的设计与实现方案。该方案采用现有的专用集成芯片,技术上支持802.11 n标准,性能指标先进,可以满足空间站无线话音通信的使用要求。     

空间站救援任务的初步构想

在空间站的运行中,当某些无法预测的因素导致空间站突然失效时,如能及时从地面发射救援飞行器救援,则可以保障航天员的生命安全和避免重大经济损失。在发射点和救援飞行器调相能力确定的情况下,可以对运载火箭的异面调整能力进行分析和计算,以确定24小时内对空间站救援的发射窗口。     

中性浮力和失重环境人体运动仿真比较研究

为了模拟失重状态,航天技术发达的国家都建立了用于航天员出舱活动训练的中性浮力水槽。但与太空失重环境相比,水中存在的水动阻力会导致两种环境下人体运动反馈的差异性。基于ADAMS多体动力学仿真软件,按照“飞天”舱外航天服的质量分布,建立了着舱外服人体动力学模型。利用此模型仿真比较了水下和失重环境中肘关节屈伸、肩内收外展、肩矢状面内运动时人体躯干的动力学反馈,发现水下环境中模型躯干的转动速度峰值和平均值均较大。研究结果已应用于神舟七号载人飞行任务出舱活动航天员训练,建立的航天员人体动力学模型可应用于我国未来空间站任务出舱活动仿真分析。     

气闸舱是怎样研制出来的

飞船研制的重中之重气闸舱的设计和改进是神舟七号飞船研制工作中的重中之重,也是我国航天员首次太空行走,突破航天员出舱活动技术的关键所在。在轨道舱兼作气闸舱的研制中,技术人员先后进行了出舱活动操作空间设计、扶手等限位助力保险装置设计、增大出舱活动通道设计、泄压复压功能设计、出舱活动通信功能设计、出舱活动操作显示界面设计、出舱活动照明摄像功能设计等多项技术创新,实现了气闸舱的功能要求。新设计的气闸舱的功能是:具有两次完整的泄载压力和恢复压力的功能,并配置了支持航天员空间出舱活动的设备设     

新型CDMA技术在出舱通信中的应用分析

航天员出舱通信系统是舱外航天服的重要组成部分,为航天员的舱外活动提供支持。通过简要分析航天员出舱通信的需求及信道环境,提出一种采用ZCZ序列的新型CDMA技术通信方案,较传统CDMA系统实现更为简单,多用户和多媒体业务可扩展性强。仿真结果表明,新型CDMA技术可用于误码率要求较高的图像/高清视频等高速数据的传输,能满足未来航天员出舱通信系统的需求。     

“发现”号航天飞机顺利完成STS-120任务

北京时间10月23日23时38分,美国"发现"号航天飞机搭载7名航天员,从佛罗里达州肯尼迪航天中心39A发射台上发射升空,执行STS-120任务;25日20时40分,与国际空间站顺利对接。在此次为期15天的空间飞行任务中,航天员共完成了4次出舱活动,主要任务是安装"和谐"号节点舱,同时重新安装了空间站上携带有太阳能电池板的P6桁架,完成人员轮换和物资补给。在空间站建设方面,航天员还检查了国际空间站旋转接头的故障,修复了太阳能电池板的意外受损裂缝。11月8日02时01分,"发现"号航天飞机在佛罗里达州肯尼迪航天中心安全着陆。     

美国EMU与SAFER技术状态

美国航天飞机与国际空间站的舱外活动航天员装备由舱外移动单元(EMU)及简易EVA自救装置(SAFER)组成,其中EMU即舱外活动航天服系统,包括航天服组件(SSA)、生命保障系统(LSS)及EMU辅助设备;SAFER为简化的机动装置,用作航天员自救装置。此外,借助数字相机,SAFER也有可能用为检测工具。阐述微重力环境中美国舱外活动航天员装备的功能、组成以及相关技术的发展。     

神舟七号载人航天飞行任务航天员选拔与训练

航天员选拔训练是载人航天工程中至关重要的环节,选拔训练合格的飞行乘组将直接影响到工程计划的顺利实施和飞行任务的成败。简要分析和阐述神舟七号载人航天飞行出舱活动任务对飞行乘组及航天员选拔训练的要求与挑战、选拔的策略和原则,概述选拔训练的项目、内容、方法、实施安排与结果,以及出舱活动训练简况。     

神舟七号载人航天飞行空间科学技术试验

神舟七号载人航天飞行是我国载人航天工程第二步任务阶段的首次载人航天飞行,其主要任务是:实施我国航天员第一次空间出舱活动,突破和掌握出舱活动相关技术,同时开展卫星伴飞、卫星数据中继等空间科学技术试验。     

空间站工程着陆场航天员应急搜救体系建设研究

为了构建空间站工程着陆场航天员应急搜救体系,分析了航天员应急搜救任务的特点和组织实施需求,归纳了国外航天员应急搜救体系建设特点和我国应急救援体系建设概况,研究了航天员应急搜救体制建设、力量建设、预案建设和运行机制等关键问题并给出了有价值的建议,部分研究结论已在交会对接飞行任务中得到应用.     

空间站航天员信息管理技术初步研究

在空间站任务中,由于工程实施的复杂性及其在轨运行的长期性,航天员参与活动是整个任务的关键所在,而围绕航天员的信息管理必将成为其运营的核心技术之一。首先,详细分析了空间站航天员信息来源,进而研究其信息管理模式与软硬件配置需求,最后提出空间站航天员信息管理框架初步设想,可供工程实践参考。     

太空行走四步曲

2008年9月27日,神舟七号航天员翟志刚首次出舱活动,成为中国太空行走第一人。那么,他是如何进行太空行走的呢?神舟七号航天员的具体出舱过程非常复杂,它分为4个阶段,时间跨度很长:在轨组装、检查与训练段约为14.5小时;出舱准备与过闸段约为5.25小时,舱外活动段约为30分钟;返回过闸段约为50分钟,其中最危险和最难的是舱外活动段。由这4个阶段衔接起来,才能完成出舱活动任务。在这4个阶段里,有很多的操作是很     

空间天气事件对空间站的工程影响分析

基于历史统计数据,采用最坏情况分析方法,分析空间天气事件引发的带电粒子环境及大气密度变化对空间站的工程影响,结果显示:(1)发生强太阳质子事件并伴随强地磁扰动(Kp＞5)时,部分太阳质子可以到达空间站,但其对空间站元器件及材料在整个任务期内遭受的累积电离总剂量贡献不大;若航天员出舱活动持续8h,将遭受来自高能太阳质子的剂量当量为4mSv,大约相当于航天员驻留180d的1/80;(2)太阳耀斑和地磁暴均能引发大气密度变化,而地磁暴对空间站轨道影响较大,最恶劣情况多出现在太阳活动周下降期.即最坏情况下,在350km和400km高度,空间站轨道衰减率可分别增加652m/d和316m/d.     

我国航天员翟志刚首次实施空间出舱活动

2008年9月27日16时41分,航天员翟志刚穿着我国研制的"飞天"舱外航天服,在航天员刘伯明、景海鹏的协助配合下顺利出舱,开始实施我国首次空间出舱活动。17时,翟志刚在成功完成出舱活动后,安全返回神舟七号飞     

舱外活动气闸技术综述

气闸(airlock)是舱外活动(EVA)系统的重要组成部分。综述载人航天器舱外活动气闸技术的发展与现状,以及航天员通过气闸出舱的准备事项。     

空间站运营任务安全性评估工作研究

针对空间站运营管理中保证航天员和平台安全的需求,介绍了国际空间站安全性工作组织架构和工程活动实施经验,从我国空间站在轨寿命长、在轨任务多、安全性要求高等特点出发,从与人机工效相关的安全性工作、有效载荷安全性认定、以安全性为中心的维修、风险量化分析与控制、建立运营任务安全性规范体系五个方面提出了空间站运营任务的安全性评估工作思路,可以为我国空间站工程安全性技术体系的建立提供借鉴和参考。     

航天服关节力矩的数学模型

航天服关节力矩特性的数学表述是预测航天员出舱(EVA)作业强度、评估航天员疲劳度、规划EVA活动路径的重要基础。首先,分析了关节力矩的特性,提出建立数学模型的要求,阐述了Jiles-Atherton磁滞模型原理,以及磁滞模型与关节力矩特性的相合性。其次,利用模拟退火算法的思想对遗传算法进行了改进,并基于MATLAB软件实现。最终,对EVA航天服腕关节和肩关节力矩进行仿真,得到关节力矩在特定活动角度下的数学模型。仿真结果表明,针对关节力矩迟滞特性所得的关节力矩数学模型,能够更准确地描述关节活动力矩特性,计算所得模型可以更便捷地用于航天服工效学等相关研究领域。