空间站有效载荷真空支持系统方案评述

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1、第28卷第6期航天器环境工程2011年12，jSPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING557皇蔓皇II皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼量量量量量罾量曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼量邑曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼!!曼曼曼皇皇量皇曼曼曼曼曼曼曼皇曼量量曼曼曼量皇曼量舅空间站有效载荷真空支持系统方案评述卜瑶瑶，曹军，杨晓林(兰州空间技术物理研究所，兰州730000)摘要：有效载荷真空支持系统是空间有效载荷支持系统的重要组成部分，为空间有效载荷实验的顺利进行提供真空环境支持和保证。文章详细分析了国际空间站包括美国“命运号”实验舱(USL)、欧空局哥伦布轨道舱(APM)及日本实

2、验舱(JEM)内的有效载荷真空支持系统方案及使用情况；对美国实验舱内的一号微重力材料科学机柜及微重力燃烧科学机柜内部专用的真空支持系统作了主要介绍；最后提出了我国空间站有效载荷真空支持系统的初步方案设想，即合理安排有效载荷实验进行次序，将废气排放子系统及真空资源子系统合二为一，以节约资源，提高可靠性。关键词：空间站；有效载荷；废气排放；真空支持中图分类号：V476．1；TB75：TB77文献标识码：A文章编号：673-1379(2011)06-0557-05DoI：10．3969／j．issn．1673—1379．2011．06．0100引言空间站或空间实验室为开展空间实验提供了平台，不

3、仅实现了微重力实验条件，而且为各种有效载荷实验提供了控制与数据处理、热控、二次电源、气体供应、真空、视频等支蒯¨。其中，真空支持系统为有效载荷实验提供废气排放及真空度维持。部分有效载荷实验在供应气体前先要对其工作区预抽真空，实验完毕后须将产生的废气排放到太空，所需的真空排放系统称为有效载荷废气排放子系统；另外部分实验在进行过程中必须对工作区保持一定的真空度，所需的真空抽气系统称为有效载荷真空资源子系统。废气排放子系统与真空资源子系统两者合称有效载荷真空支持系统。国际空间站有效载荷废气排放子系统与真空资源子系统是平行的两条气路。我国空间站规模小，有效载荷机柜数量较少，对真空支持系统的使用频

4、率较低。如果使用一路气路实现废气排放及真空度维持双重功能，则可节省大量建设成本。本文研究了目前国际空间站有效载荷真空支持系统的组成、控制及性能，并结合初步的地面试验探索，给出我国空间站有效载荷真空支持系统的初步方案设想。l国外研究和应用情况国际空间站是人类迄今为止在太空建造的规模最大、建设周期最长的空间实验基地，它吸收了以往各空间实验室、空间站的成功经验，并运用了新的设计方法和理念，其组合体管理模式及实验系统支持方案对我国空间站的建设具有重要的借鉴作用。国际空间站的真空支持系统分为两个层次：实验舱级的真空支持系统和有效载荷机柜级的真空支持系统。对于大多数有效载荷来说，实验舱级的真空支持系

5、统足以满足实验所需的真空环境；但在个别有效载荷机柜内，需要更高的真空度，此时仅靠实验舱级的真空支持系统无法满足实验条件，必须在有效载荷机柜内专门设计一套真空支持系统，即机柜级的真空支持系统。实验舱级的真空支持系统分布在国际空间站的3个实验舱内：美国“命运号”实验舱(USL)，欧空局哥伦布轨道舱(APM)和日本实验舱(JEM)。机柜级的真空支持系统则主要分布在美国实验舱的一号微重力材料科学机柜(MSRR-1)及微重力燃烧科学机柜(CIR)内。1．1实验舱级真空支持系统1．1．1美国“命运号”实验舱(USL)该舱级的真空支持系统包括快速断接器、机柜隔离阀、压力传感器、非推进排气阀、带加热器的

6、收稿日期：2011-09—09；修回日期：2011．11．16作者简介：卜瑁瑁(1982一)，男，硕士学位，主要从事空间站论证、栽人航天器环境控制单机设计及相关研究工作。E．mail：bujunjunl23@tom．corn。航天器环境工程第28卷组合电动阀、不锈钢管道、控制仪表及工具箱。废气排放子系统与真空资源子系统是相互平行的气路，其硬件配置及控制方式类似，不同之处有两点：一是在于前者在近机柜端配置有机柜隔离阀，而后者管路通过快速断接器直接连接到机柜界面板上；二是在于前者的出口为90。的三通管做成的非推进排气阀，而后者是单一出口，见图1【2J。譬压力传感器口有效载荷机柜tH加快速断接

7、器冀电动阀一废气排放管路——真空资源管路图l国际空间站美国实验舱废气排放／真空资源子系统结构图Fig．1StructureoftheUSlabwastegas／vacuumresoo／'cesubsystemonboardlSS在近机柜端，废气排放管路通过快速断接器连接到机柜界面板；快速断接器可实现快速插拔，将系统与机柜机械断开。快速断接器的下游为机柜隔离阀，靠步进电机驱动，为弹性载荷密封阀，阀体上有手动旋钮、开关位置显示及位置开关