空间微生物控制技术综述

空间微生物是长期载人航天面临的一个重大安全性问题,严重威胁航天员的生命健康和航天器的长期安全运行。载人航天器内微生物滋生会污染环境,导致航天员感染或生病,腐蚀材料,导致设备故障,在空间发生变异的微生物如被带回地球,还会威胁地球生态安全。空间微生物来源途径多样,种类复杂,且种群在航天环境下不断演变,控制难度大。空间微生物控制是在航天器的设计建造、在轨运行各阶段采取适当的监测、控制和防护措施,控制航天器的微生物水平,防范其风险。介绍了国际空间站飞行前和飞行阶段的微生物控制标准与监测要求,以及国外在载人航天器设计、消毒灭菌、洁净组装、发射及在轨飞行等阶段的微生物控制技术发展现状,并对我国空间微生物控制技术的发展提出建议。     

一种基于物联网技术的宇航智能家居系统设计

为满足未来载人航天器可能的在轨工作生活需求,提出了一种基于物联网技术的面向载人航天器的智能化、网络化、商业化的宇航智能家居系统设计方案。该方案研究了宇航智能家居系统的总体方案及协议架构,详细规划设计了宇航智能家居系统功能,并分析了系统设计方案可行性,有助于提升载人航天器人机交互的高效性、便捷性、舒适性及智能性,为在轨航天员提供更加宜居的在轨工作生活环境支持。     

基于ARIMA模型的载人航天器氧分压分析及预测方法

载人航天器环控生保系统中的氧分压分析监测关系到航天员在轨的安全与健康,是地面控制中心重点关注的关键信息。提出了一种基于时间序列数据模型的载人航天器氧分压分析及预测方法,对在轨遥测数据进行处理分析,应用ARIMA模型对氧分压历史数据进行分解建模,并预测其未来趋势。通过对载人航天器氧分压在轨数据的实测分析,对历史数据拟合均方根误差为0.1537 kPa,预测均方根误差为0.1378 kPa,预测精度较高。该方法基于短期历史环境信息分析建模,实现对未来状态变化的有效预测,有效提升了现有预测方法的预测时长,提前识别系统运行过程中的异常状态。     

载人航天器数字化研制方法与应用

随着载人航天器系统规模和技术难度的不断增大,传统的以文档为基础的载人航天器研制模式已不能满足发展需求,在工业化与信息化融合发展的背景下,需要利用数字化方法对载人航天器研制模式进行技术革新。结合中国载人航天器研制现状,分析了载人航天器设计生产多学科耦合、迭代优化和全寿命周期管理的特点与难点,提出了一种基于现有研制模式的载人航天器设计、生产和管理数字化研制方法,并以某大型载人航天器为例进行应用。结果表明：采用多学科仿真和三维模型设计生产制造,可实现复杂耦合系统的联合仿真与迭代优化,电缆和管路等产品的设计生产、验收效率可提高40%以上。     

差压式空间站在轨泄漏监测技术研究

研究空间站在轨泄漏监测技术是载人航天器在轨检测和安全防护技术的重要组成部分,对保证航天员的生命安全具有十分重要的意义。以差压传感器为核心,建立舱体内置式非对称基准物的原理样机,经过压力变化检漏及不确定度评定分析和模拟泄漏检测实验得出该方法的检漏灵敏度及其泄漏监测的可行性和有效性。研究结果表明,差压式空间站在轨泄漏监测技术精度高,其4 h检漏灵敏度约为2.5×10~(-3)Pa·m~3/s,可检约10~(-2)Pa·m~3/s以上的泄漏,方法可行,检测有效,可为后续工程研制提供参考。     

载人飞船密封舱热舒适性评价

结合在轨飞行数据,采用PMV-PPD模型对载人飞船密封舱热舒适性进行了评估,基于在轨飞行数据计算了载人飞船PMV值,分析了密封舱空气温度、湿度以及舱内壁温度对热舒适性的影响。同时针对目前载人飞船实际情况,提出了通过提高舱壁辐射温度改善密封舱热舒适性的方法,可为后续的载人航天器特别是载人飞船密封舱在热控设计中提高热舒适性提供参考。     

载人航天器稳态噪声测量试验方法研究

为在地面研制期间对载人航天器密封舱内稳态噪声进行有效测量以减小在轨技术风险,理论推导了背景噪声对测量结果的修正值,基于试验影响域、噪声源识别及噪声传播路径分析结果,提出了测量仪器要求,研究了稳态噪声测量方法和试验流程,经载人飞船地面模拟飞行试验验证,轨道舱内稳态噪声测量结果与在轨实测值相差1.4 d B,二者吻合较好。     

国外载人航天器维修性标准综述

为保证中国空间站在轨长寿命、高可靠运行,达到10年以上的运行寿命,对维修性设计、分析、验证及在轨维修工作提出了迫切需求。通过对国外载人航天器维修性相关标准进行调研和系统分析,对GPQ-MAN-04《国际空间站有效载荷以安全性为中心的维修性(维修手册)》、GPQ-MAN-05《国际空间站有效载荷在轨维修以安全性为中心的方法——维修计划指南》、JSC-48513-4A《国际空间站维修&维修小组(MRG)在轨飞行维修手册》、GPQ-010《有效载荷项目的产品保证要求及其附录》及相关5个附录等重要国外维修性标准进行系统研究及解读,并对中国载人航天器维修性标准的制定进行了展望。     

载人航天器空气环境参数控制非定常仿真分析

为支持乘员在轨驻留,载人航天器需通过空气环境控制系统将众多设计参数和空气环境参数控制在指标范围内。文章建立了一种载人航天器空气环境非定常控制仿真分析模型,包括舱体模块、航天员模块、舱压控制模块、温湿度控制模块以及CO2净化模块。利用该模型分析了载人航天器空气环境参数随乘员代谢水平的非定常变化趋势,并评估了控制系统的工作性能。结果表明:乘员代谢水平变化对空气环境参数有显著影响,通过调节控制系统运行参数可将各空气参数控制在有效指标范围内。人区温度与O2分压、CO2分压和人区湿度有密切的影响关系,不可孤立地进行分析。为载人航天器空气环境参数控制系统的设计和流程改进提供了依据。     

典型载人航天器密封舱结构空间碎片高速撞击声发射定位技术研究

空间站等大型载人航天器因体积大、在轨时间长容易受到空间碎片撞击,作为应对措施,人们提出利用空间碎片在轨感知系统实时监测撞击事件,撞击点定位是在轨感知系统的基本任务之一。为此,本文首先测量了加筋板内s0波波速,根据波速变化规律提出名义波速的概念,在此基础上将虚拟波阵面法推广用于载人密封舱结构,实现对空间碎片撞击事件的精确定位。最后,分别进行了碎片云高速撞击周期性加筋板和空间站小柱段舱壁枪击定位试验,试验结果表明:可将密封舱内声发射信号传播速度视为定值即"名义波速",在此基础上虚拟波阵面法可推广用于密封舱结构。     

航天器动作状态的可视化遥测方法研究

遥测是航天器在轨状态监控的重要手段,随着任务形式逐渐复杂,航天器在轨动作也越来越多,常规的信息遥测手段难以满足要求。针对该问题,本文提出一种可视化遥测方法,使用相机在轨拍摄图像对航天器动作过程进行直观监测,并通过分析计算,获得航天器动作的速度、位移等关键信息,通过月地高速再入返回飞行器在轨验证,证明了该方法的有效性。     

航天器专家故障知识模型的建立和应用

随着我国航天事业的不断进步和国际业务的拓展,在轨航天器的数量逐年增加,航天器长期有效的管理对保障航天器长寿命运行具有十分重要的意义。传统的地面监测人员对航天器的监视已经不能满足要求。本文介绍了一种多航天器专家故障知识模型的建立方法,简要说明了基于这种模型的应用可以增加航天器在轨管理的智能化,提高工作效率。     

面向航天器在轨装配的数字孪生技术

构建航天器在轨维修维护能力是确保空间系统长期稳定工作的有效途径,而对于空间环境中的在轨装配过程的模拟、监控、诊断和预测,目前的研究尚处于探索阶段,研究成果相对较少且缺乏整体解决方案。提出采用构建航天器数字孪生体的方式,来抽象表达航天器完成在轨装配的过程、状态和行为。首先分析了在轨装配航天器的结构组成及功能需求,然后系统阐述了航天器数字孪生体的数据组成、实现方式和作用,最后给出了航天器数字孪生体在设计、制造和在轨服务阶段的实施途径,并对航天器数字孪生体的作用进行了总结和展望。     

低轨载人航天器原子氧环境仿真分析技术

原子氧是影响低地球轨道航天器在轨性能的重要空间环境因素之一,其氧化性对航天器表面材料及舱外组件造成损伤,严重影响航天器在轨寿命。针对此问题提出了一种原子氧仿真分析方法,以此对长期低轨运行的载人航天器模型在轨期间表面遭受到的原子氧累积通量进行分析,仿真结果与NASA实测飞行数据比较,二者吻合很好。本仿真计算方法可用于低轨飞行器原子氧防护设计,仿真结果可作为试验依据。     

天宫一号技术状态管理方法及工程实践

介绍了天宫一号地面研制和在轨飞行的技术状态管理方法,结合天宫一号工程实践,对该方法的应用进行了分析。结果表明,天宫一号研制过程中的技术状态管理方法适应工程实践的需要,在轨技术状态管理方法确保了飞行任务的成功。在天宫一号技术状态控制信息化及技术状态审核表格化管理的成果基础上,提出了后续载人航天器技术状态管理微观化和项目关联自动化的建议。     

载人航天器在轨自主健康管理系统体系结构及关键技术探讨

针对载人航天器复杂化、任务多样化、在轨运行长期化的发展趋势,及由此对航天器在轨自主健康管理的能力提出的更迫切的需求,提出了一种在轨自主健康管理系统分层体系结构,并采用Observe-Orient-Decide-Act循环描述健康管理子行为之间的交互模型,可实现准确、高效的自主健康管理。并以空间站系统为例,研究了分层分级的服务部署、分类故障诊断、故障模型配置、基于构件的软件实现等关键技术。     

航天人因工程研究进展

航天人因工程是人因工程学在载人航天领域中的应用,秉承"为航天员使用而设计"的理念,系统研究解决航天员、航天器、航天环境之间的关系问题,确保航天员在轨安全、舒适、高效工作。从航天人因工程概念和作用出发,通过系统梳理国际国内航天人因工程研究的发展现状,重点分析了其研究特点及未来发展趋势。结合我国载人航天后续发展对航天人因工程的迫切实际需求,系统梳理了航天人因工程研究技术体系,并从管理与技术研究两个方面,系统论述了我国航天人因工程的研究应迫切开展的工作及后续发展的思路。     

载人航天器推进系统健康监测的组件技术研究

为了适应载人航天器推进系统多发动机的分布式结构,提高健康监测系统的可靠性,应用组件技术构造了分布式多智能组件集成的健康监测系统,给出了组件之间的协调修正和决策算法。原型系统仿真结果表明,该技术比传统的面向对象（ＯＯＰ）技术更适用于分布式系统,可应用于载人航天器推进系统的健康监测。     

面向大型载人航天器的系统健康状态评估方法研究

针对载人航天器系统在安全运行方面的需求,提出了一种面向大型载人航天器的系统健康状态评估方法。首先根据复杂系统的拓扑结构建立图模型,将对系统的健康状态评估转化为对图模型各成分的度量;然后挖掘出图模型中各成分关联数据的模式特征,以系统稳态时的模式特征作为健康基准,将后续观测时刻模式特征与基准模式之间的偏差作为健康状态的度量值,着重考虑了系统组成部分之间的相互作用;最后综合图模型中所有成分的度量结果,构建出表征整个系统健康状态的评估值。以某型号航天器的能源系统在轨遥测数据进行了验证分析,结果表明所提出的方法可以有效地完成对复杂系统的健康状态评估工作,可以为大型载人航天器的健康状态评估提供参考。     

载人航天工程中的微生物科学与技术应用

针对微生物技术在人类长期载人航天任务中的应用需求,分析了微生物在空间环境下的生物学特性变化,探讨了当前国际空间站内微生物生态安全长期追踪分析的研究方法与进展,展望了微生物在载人航天工程以及深空探测中的原位资源开发应用的主要应用前景,同时提出了空间微生物技术在地面医药、能源、环境等领域的应用潜力,以及服务于我国载人航天工程微生物研究的关键科学与技术发展方向。