“飞天”舱外航天服便携式生保系统研制

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1、工程报告载人航天2010年第1期“飞天"舱外航天服便携式生保系统研制梁志伟高峰吴志强黄刚赵丕盛臧华兵(中国航天员科研训练中心)摘要介绍我国研制的“飞天”舱外航天服便携式生保系统的方案原理与组成，突破的关键技术及系统达到的技术指标，并给出飞行试验验证结果。关键词出舱活动舱外航天服环境控制生保系统分类号R852．83文献标识码A文章编号1674—5825(2010)01—0037-07引言随着我国载人航天第二步工程实施，2004年7月展开了“飞天”舱外航天服的研制工作。便携式生保系统是舱外航天服的关键组成部分之一，用于实现服装内环境的氧气供给、压力调节、温湿度控制、

2、通风净化、以及主要环境参数的测量监测等，保证航天员在出舱活动期间的生命安全和有效工作。美、俄两国已开展了大量相关系统的研制和应用，国内尚无完整的系统研究。国内可以借鉴的是飞船环控生保系统的相关技术，但由于舱外服的总体布局设计、服装狭小空间的约束、人机操作工效上的特殊要求等，使得在舱外服便携生保系统总体技术方案面临重大挑战，也产生了相关专项新技术应用上的需求，另外产品的小型化设计和系统的高度集成、系统的安全可靠性设计、纯氧环境适应性设计等都是必须解决的技术难点。1系统设计1．1总体设计原则结合我国目前载人航天的发展特点，舱外服的基本要求是满足近地轨道短期出舱活动使

3、用，能够保障航天员安全性和工作的舒适性，能够完成空间维修、空间搬运等飞行任务。总体设计原则如下：a．采用独立自主的便携式生保技术，并同时设置可以和母船系统连接的脐带接口。b．采用非再生式环控生保技术，在满足小型化、轻量化的系统集成需要的前提下，满足轨道出舱活动时间的需要。c．消耗品具有在轨补充或更换能力，可适用于后续的经常性的空间站出舱活动任务。d．采取高安全可靠性设计措施，确保航天员的生命安全。O．体积小、重量轻、高度集成，满足舱外服空间布局约束。1．2主要技术指标工作时间：独立出舱4h+气闸舱2h；具备30min舱外应急工作能力；正常服装压力控制范围：35～

4、41kPa；CO：分压控制范围：≯1．33kPa，峰值负荷时≯2．67kPa；系统散热能力：最大不小于700W，最小不大于150W；正常通风量：120～220NL／min；引射通风量：不小于100NL／min；噪声水平：：／'70dB(A)；系统重量：7"32kg；系统功耗：≯44W。1．3系统组成与方案要点按照系统功能分鳃，将本系统划分为四个功能模块，分别是供氧调压、通风净化、温湿度控制、信号测量。系统原理及构成如图l。来稿日期：20094164)3；修回日期：2009—10-21。作者简介：梁志伟(1969．10-)，男，硕士，副研究员。主要从事载人航天器环

5、控生保分系统总体技术研究及相关产品研制工作。37工程报告引射器厂⋯一。一丽‘．-----．I软水箱一0一一()一．，、·备氧瓶L．——．——．—．．—．．——．——．——．．．．．J霞j循环泵’研一=。r●ILJ■-1水升华器件蕊⑦①D水气分离器主氧瓶●一——’———’一●l一．—．．．．．—．．——．——．．．．—．．．J1升华水网路—一循环水回路=·==·==一备供氧回路==—==一主供氧回路=====通风回路。温度测点@压力测点统原理及构成低到27±2kPa时，实施11～16NUIIlin自动应急供氧。递进式应急供氧模式的设置，有力保障了压力应急工况下的压

6、力维持，并保证系统具有不小于30111in的应急返回能力。1．3．2通风净化通风净化系统的主要功能是实现服装内强迫对流通风，保障服装内，特别是头盔内的温度、湿度、CO：等分布和控制，并去除航天员代谢产生的CO：和服装内其它微量有害气体。方案要点如下：8．采用带有无刷电机的离心式风机作为通风循环的动力设备，有压头高、能耗低、尺寸小、噪声低等特性。b．采用和UOH药品化学反应的方式去除人体代谢产生的CO：，采用活性炭混合物的吸附作用去除服装内其它微量有害气体；系统具有不小于6h的净化能力。c．在通风管道内设置引射器，利用引射供氧时工程报告载人航天2010年第1期的喷

7、流动能带动通风管道内的气体流动。一方面引射器作为备份的通风动力设备，即当通风装置或电源发生故障时，可实施引射通风；另外当实施引射通风时，供氧系统大流量向服装内供氧，并通过关联控制装置将这些氧气最终将排放到服装外部，排放出的气体可以带走CO：和微量有害气体，以及带走热量和去除湿气，所以引射功能可以作为净化故障、温控故障下的备份功能使用。1．3．3温湿度控制采用主动温控的方式带走人体和设备产生的热量。以水升华器为冷源，建立了通风散热和液路散热两条热交换回路，液路散热为主，通风散热为辅。方案要点如下：a．以水升华器为冷源，其充分利用了真空资源散发热量，具有体积小、质量

8、轻的显著优点。b．液冷回