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。     

载人航天器热控制技术问题探讨

载人航天器所采用的热控制技术与一般卫星的有较大不同,尤其是主动流体回路热控,以及载人飞行必需的密封舱环境保障,使得载人航天器热控制技术的重点发生了变化,因此有针对性地进行研究和探讨,提出可行的解决方案是十分必要的。     

载人航天器的舱内通风问题

舱内通风系统是载人航天器环境控制与生命保障系统的重要组成部分。在微重力条件下,自然对流消失,舱内通风系统造成的强迫对流可以确保舱内气体循环流动,从而保证舱内有害物质得到及时的处理和回收。同时,通风系统驱动的舱内气体流动情况与舱内防火和灭火的研究也直接相关。对载人航天器舱内通风系统的研究涉及了航天员的生命安全保障,是改善航天员生活、工作环境的必备工作,同时也为载人航天器设计提供了重要的参考意见。     

北斗卫星导航( 区域) 系统星座对中国载人航天器的服务能力仿真分析

载人航天器可以利用北斗卫星导航系统实现自主导航定位和相对测量以支持轨道确定和交会对接任务。为了评估当前星座条件下北斗卫星导航(区域)系统对中国载人航天器的服务能力,建立了当前北斗卫星导航(区域)系统的星座仿真场景。利用载人航天器轨道参数,对其轨道处北斗区域星座的覆盖特性和服务能力进行了仿真,分析了可以用于载人航天器绝对定位和相对定位的时间长度、可见卫星情况、位置精度因子等特性。分析结果表明,在载人航天轨道的一些持续时间段内,航天器可以利用北斗(区域)系统完成绝对和相对定位功能。     

载人登月任务人-机系统安全性分析及对策研究

载人登月任务中,航天员、航天器以及内外部环境构成了典型的人-机系统。运用安全性分析方法,以载人登月任务为对象,基于"事件树+故障树"方法构建安全性分析模型,对导致载人登月任务失败的潜在原因进行分析,并从载人登月任务的人、机、环境等方面提出相应的安全性控制对策措施,提出的安全性建模和影响因素分析方法,可为我国载人登月任务安全性建模和分析提供借鉴。     

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。     

一种基于多层1553B总线及CCSDS的载人航天器空间数据系统设计

针对未来载人航天器种类、规模及功能多样化的特点,尤其是多航天器构建的复杂大型载人航天器,对现有载人航天器空间数据系统的通用性、可扩展性、兼容性进行分析,提出了1种基于多层1553B总线的多构型、高可靠、可重构、大负载的空间数据系统器载网络架构和1种基于CCSDS的载人航天器空间数据系统协议体系架构.器载网络和协议体系架...     

载人登月航天器推进系统方案选择分析

载人登月航天器完成近月制动和着陆下降等空间任务,需要装载大量推进剂,推进系统方案选择是航天器总体方案设计优化的重要组成部分.建立了推进系统关键组件设计仿真模型,仿真分析了推进系统质量和干重系数随推进剂装载量的变化规律,并对比了20 t级载人登月航天器挤压和泵压推进系统方案.结果表明:推进系统方案质量与推进剂装载量有关,...     

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。     

载人月球任务能源系统初探

针对载人月球任务多样、实施环境复杂等特点,分析了载人登月任务能源系统需求特点,结合国外载人月球任务航天器能源系统发展现状,提出了采用分布式能源网架构形式,逐步构建多源互补、物质循环利用、功率扩展的多子站互联能源系统。采用太阳电池、燃料电池、空间核能或锂离子电池等不同能源类型构建分布式发电和储能,并详细梳理了能源技术重点研究方向和共性关键技术,为未来载人月球任务能源系统顺利实施奠定技术基础。     

载人航天器地面通风设备参数研究

针对航天器总装过程对地面通风设备控制密封舱内的大气温湿度和通风、保证舱内环境要求并保障舱内操作工人的新鲜气体供应的需求,研究了航天器地面通风设备的主要技术参数的设计与确定方法。结合理论推导与工程实践,给出了如何从载人航天器自身主要技术参数出发,通过迭代计算得到能够满足要求的地面通风设备主要技术参数。某载人航天器地面通风设备设计过程对该结果的应用验证了其有效性,可为后续航天器地面设备研制提供参考。     

载人航天器环境微生物免培养法检测技术研究进展

随着飞行时间的延长,载人航天器座舱中微生物的危害会越来越严重,环境微生物监测对保障乘组健康和航天器安全至关重要。目前载人航天器所使用的检测方法主要为培养法,随着新技术的不断涌现,以ATP、LPS、DNA等分子生物标志物为靶点的非培养法检测技术被设计应用于载人航天器环境微生物监测。回顾了在轨微生物检测技术的发展过程,重点介绍了目前在轨应用的以培养法为基础的微生物评价方法和以非培养法为基础的微生物鉴定方法的研究进展,比较分析了各类方法的优点及不足,以期为中国在轨微生物检测技术的发展提供建议和参考。     

核能在未来载人航天中的应用

核能作为一种长时可靠的能源系统,释放的巨大能量为航天器跨星系超远距飞行提供了可能。基于当前核科学与技术发展趋势并结合我国载人航天具体需求,从核电源与核推进2个方面梳理了空间核动力近60年来的发展历程与现状,包括近地轨道卫星、空间站、核热推进以及星表电源等方面的应用。空间反应堆电源具有能量密度高、机动性高、尺寸小及环境适应能力强等优点,管冷却空间堆与斯特林结合方式是核反应堆电源发展的热点;核热推进具有比冲高、推力大、长寿命、初始有效载荷小等优点,采用金属陶瓷燃料的固体堆芯是核热推进研究的热点。论述了核能在未来载人航天技术中的应用,可为空间核动力的发展提供参考。     

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。     

空间环境分子污染对航天器的影响

空间环境分子污染对航天器的影响,是目前高可靠性、长寿命航天器在设计时非常重要的问题之一。通过对国外航天器在轨飞行过程中所发生的分子污染现象的总结,从分子污染的来源、形成过程、与原子氧和紫外辐射等其他空间环境因素间的反应、对航天器敏感表面特性的影响等方面,对分子污染效应做了详细的介绍。并指出,材料的真空放气产物和原子氧剥蚀产物在航天器表面的沉积,是分子污染的主要来源。而在原子氧和紫外辐射的作用下,污染层会发生氧化、固结、暗化等现象,使其外观和成分发生了不同程度的变化,从而对航天器敏感表面的光、电、热控等性能带来了很大程度的影响。     

出舱活动之门

大家知道,太空的高真空、高洁净、强辐射等环境对人体来说是一个致命的环境,人一旦暴露在太空中将面临失压、缺氧、低温和辐射损伤等危险。所以,人要离开航天器进入开放的太空,必须使用复杂的出舱活动系统硬件,它包括气闸舱或舱门、舱外航天服和生命保障系统、载人机动装置、出舱活动用的特制工具等。要进行太空行走首先要通过气闸舱,如果直接打开舱门出舱,会出现多种问题,     

载人航天器总装过程技术研究

阐述航天器总装技术应用的国内外现状,从载人航天器工艺设计、总装及其过程质量控制中采用数字化技术应用等方面,介绍载人航天器数字化总装技术的研究内容。     

密闭舱室内微生物污染问题及其防控体系

载人空间站、星球基地、星际飞船中温湿度等环境条件适宜,如不采取有效的监控措施,可能会出现微生物大量繁殖。在空间舱室环境中很多微生物活性更高,其对材料腐蚀性更强,且由于人类在空间舱室环境下免疫力降低,因此致病危险更大。为此概述了空间站发展到现在所面临的微生物污染问题,分析了空间微生物污染的三种主要来源包括人体内和体表、航天器系统生产过程、货运飞船,指出了空间站微生物污染对人类健康和对材料腐蚀两方面的危害,介绍了国际空间站的微生物安全保障措施,其中包括空间舱室微生物污染监测体系和飞行前后密闭舱室内微生物污染防控体系。在分析美俄实践经验的基础上,提出了我国空间站微生物污染防控体系方案设想,为解决我国密闭舱室微生物污染问题提供了参考。     

载人航天任务中的团队协作：挑战与应对策略

载人航天任务是一项复杂的系统工程,需要航天员团队、地面指挥、支持和保障团队的通力协作才能完成。然而,受环境极端、资源匮乏、通信延迟等客观条件的限制,载人航天任务中的团队协作往往面临诸多挑战。在对国内外载人航天任务中的团队协作问题进行系统回顾的基础上,基于人-环境-技术框架总结了载人航天任务环境、团队配置、多团队系统协作、决策支持和交互过程动态监测方面的挑战,并从航天环境、任务团队管理、航天器技术支持等方面梳理了应对这些挑战的策略。     

编者按

<正>近年来,世界主要航天国家依据本国国情持续地推进载人航天活动,空间机构技术的发展也越来越受到重视。2015年10月,在中国载人航天工程办公室的指导下,《载人航天》编辑部和中国空间技术研究院总体部联合举办了"2015空间机构技术学术研讨会",聚焦国内外空间机构技术发展前沿,研讨空间机构技术的发展成果与经验。空间机构具有特殊的功能,在航天器设计中占有重要地位。为及时跟踪国内外空间机构技术发展前沿、集中展现空间机构技术研究成果和工程进展、进—步推动空间机构技术发展水平、更好地服务