多舱段载人航天器空气环境控制系统性能分析

建立了一种多舱段载人航天器空气环境控制系统性能集成仿真分析模型,包括舱体模块、乘员模块、舱压控制模块、温湿度控制模块和CO2净化模块,并对两舱段载人航天器空气环境控制系统性能进行了计算分析。结果表明,舱间通风传热能力较差,造成组合体温湿度水平超出指标范围,而舱间通风传质能力较强,可实现氧分压水平和CO2分压水平的集中控制。提出了一种控制系统改进方案,在非主控舱段增设控温系统改善组合体空气温度水平,仿真结果表明,控制系统改进后组合体各空气环境参数均满足设计要求。该工作有助于加快载人航天器空气环境控制系统的设计和改进流程。     

载人航天器大气环境控制系统性能集成分析

考虑到载人航天器大气环境控制系统设计参数和控制参数众多,文章建立了一种载人航天器大气环境控制系统性能集成仿真分析模型,包括舱体模块、航天员模块、舱压控制模块、温湿度控制模块和二氧化碳净化模块。利用该模型对载人航天器常规工作模式下大气环境控制系统性能进行了计算分析,得到了在不同热负荷水平下载人航天器密封舱空气各个参数随在轨时间的变化趋势,结果表明:氧分压控制、二氧化碳净化和人区温湿度控制之间存在着密切的相互影响关系,不可孤立地进行分析。此外,文章还分析确定了非常规工作模式下热负荷水平允许上限,为载人航天器工作模式的确定提供了依据。研究结果有助于载人航天器大气环境控制系统的设计和流程改进。     

载人航天器乘员舱空气龄分布数值仿真及试验研究

引入空气龄指标作为载人航天器舱内空气质量新的评价标准。通过空气龄分布研究,能够找出舱内新鲜空气供给较差的位置。建立了载人航天器乘员舱仿真模型,利用FLUENT软件UDS方程求解了舱内空气龄分布。采用示踪气体下降法对仿真结果中空气龄数值较高的位置进行了空气龄试验,测试结果与仿真结果吻合良好。文章的研究结果有助于指导未来我国空间站乘员舱通风系统的设计。     

载人航天器密封舱内除湿研究

为保证航天员在轨生活健康,避免密封舱内结露,对载人航天器密封舱内空气除湿进行了理论研究:针对载人航天器地面封舱前干空气置换,建立了相对湿度估算模型;对航天器在轨采用冷凝干燥装置主动除湿进行了研究,建立了密封舱内空气湿度平衡方程,推导出冷凝干燥风机风量估算模型。相对湿度估算模型及风机风量估算模型可为实际工程设计提供参考。     

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。     

国际空间站舱内空气温湿度控制技术综述

与非载人航天器不同的是,载人航天器有环控生保系统,而舱内空气温湿度控制又是环控生保系统的一项重要内容。文章跟踪和介绍了国际空间站各舱内的温湿度控制方案,包括设计指标、硬件组成及所采用的技术;重点评述了国际空间站舱内温湿度控制系统的关键设备——冷凝干燥器组件及其降温除湿原理;最后结合NASA近年来研究的多孔渗水冷凝干燥器,指出未来冷凝干燥器的发展方向。     

基于微处理器的载人航天器地面测试设备环境参数监视系统设计

环境参数监测对载人航天器地面测试设备的有效运行具有重要反馈作用。为提高温湿度等环境参数监测的自动化水平和测点分布的灵活性,提出了一种基于单片机微处理器的远程环境参数监视系统设计方法。该系统具有体积小、传感器可配置的特点,可以实现8路温湿度、烟雾浓度环境参数的同步实时测量,用户可以根据需要配置测点并设置参数越限阈值。系统向用户实时发布采集的数据和预警信息,其中预警信息也可通过GSM消息形式发送以实现远程监控。该系统的应用可以实现环境参数变化趋势判读,掌握各测试工况下的地面设备实际工作状态,从而对环境控制进行有效反馈。     

乘员绩效的工效支持

随着载人飞行任务中乘员的任务不断增加，难度也不断增加，提高乘员的工作效率和可靠性至关重要。由于乘员完成工作的效率和可靠性依赖于“乘员-航天器-地面控制”系统的内部交互，为此本文主要研究了乘员、舱载设备、地面控制设备之间的功能分配问题，航天器内工作站、显示和控制的工效学要求，以及载人航天器工效学设计的主要方法。     

一种载人航天器气压控制系统仿真模型

为支持航天员在轨驻留,载人航天器须利用气压控制系统将密封舱内的氧分压和总压控制在指标范围内。为分析气压控制系统的工作性能,文章提出了一种气压控制系统仿真模型,利用关键参数和主要特性描述公式对气压控制系统的主要要素进行定义,形成了密封舱、航天员、供氧组件、供氮组件、舱体漏孔等的数学模型,并定义了要素之间的接口关系。将正常模式和舱体泄漏模式下的仿真模型计算结果与载人航天器相关地面试验数据进行对比,证明了仿真模型的正确性。最后,利用仿真模型分析了舱体容积和漏孔通径大小对密封舱氧分压和总压变化趋势的影响。     

载人航天器密封舱内生物剂量三维仿真技术

对载人航天器密封舱内航天员遭受的生物剂量进行研究分析,可为乘员辐射防护设计和工程实施提供依据。文章将基于一维深度-剂量计算、结合扇区射线法的三维辐射仿真技术运用于载人航天器总体设计中,以某中期驻留载人航天器为例,构建生物剂量仿真分析模型。计算实例分析表明,三维剂量仿真结果可有效指导乘员辐射防护优化设计,对后续长期载人飞行中的航天员辐射安全设计具有较强的实用性。     

载人航天器密封舱微生物防控技术体系框架研究概述

载人航天器密封舱内环境适宜航天员工作和生活,同时也给空间微生物提供了生长繁殖的有利条件。而空间微重力和电磁辐射等环境会加大空间微生物对材料的腐蚀能力。因此,必须对空间微生物防控技术进行体系化研究。文章从空间微生物菌种的采集和鉴定、空间环境下微生物对航天材料的腐蚀机理、载人航天材料抗菌涂层选择以及微生物控制技术等方面对微生物防控体系进行阐述,可以作为开展载人航天器空间微生物防控技术研究的参考。     

交会对接组合体热管理研究

组合体热管理是实现目标飞行器和载人飞船交会对接组合体载人热环境控制的重要手段。文章提出了以舱段间通风为技术途径的交会对接组合体热管理方案。在组合体热特性分析和热平衡试验基础上,获得了组合体热管理系统分析模型。分析结果表明,组合体密封舱空气温度在19～26℃范围内可调,验证了交会对接组合体热管理设计的正确性。最后,对空间...     

载人航天器密封舱温湿度独立控制方法及实验研究

针对目前载人航天器密封舱温湿度控制存在的强耦合问题,提出了一种基于绝对含湿量控湿的温湿度独立控制方法,设置中温和低温两个热控回路,并通过中温温控阀和低温温控阀的独立调节,进行冷凝干燥器组件控湿和气液换热器控温的双目标控制,实现了密封舱空气温湿度解耦控制,以满足精细化控制的需求。文章给出了密封舱温湿度独立控制系统的典型系统配置及控制策略,并搭建地面实验验证系统开展了相关实验验证工作。实验结果表明采用温湿度独立控制方法可以达到温度±0.5℃、湿度±2%RH的良好控制效果。     

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。     

滨海发射场火箭整流罩空调控制策略研究

直流式整流罩空调在夏季高温、高湿、高盐雾环境中,存在制冷量有台阶、热工影响因素多、受环境影响大、响应特性差等问题,对此展开分析,提出了比例积分微分(Proportion-al Integral Derivative,PID）控制、温湿度解耦、制冷量台阶处理等空调控制策略,并对其进行试验验证,结果表明该措施有效。采用该控制策略对航天器进行环境保障,满足航天器对火箭整流罩内的温湿度要求。