国际空间站舱内空气温湿度控制技术综述

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1、航天器环境工程第30卷第1期—兰!)-一一．一一一一!!坠cEcRAFTENVIRONMENTENGINEERING2013年2月国际空间站舱内空气温湿度控制技术综述卜瑶瑶，曹军，杨晓林(兰州空间技术物理研究所，兰州730000)摘要：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

2、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。关键词：国际空间站；温湿度控制；冷凝干燥器；旋转气液分离器；多孔渗水冷凝干燥器中图分类号：V476．1文献标志码：A文章编号：1673—1379(2013)01—0020一06DOI：10．3969，j．issn．1673-1379．2013．01．0040引言1国际空间站各舱段温湿度控制子系统2011年6月1日，随着“奋进号”航天飞机执行STS．134任务的结束，历时近13年的国际空间站建设正式竣工。由数十个舱段组成的国际空间站，是人

3、类历史上最大的一个载人空间飞行器。各舱段由16个成员国分工协作完成，其中的环控生保系统(EnvironmentalControlandLifeSupportSystem，ECLSS)主要由美国、俄罗斯、欧洲空间局及日本负责研制。载人航天器舱内空气温湿度控制(TemperatureandHumidityControl，THC)子系统是环控生保系统的一个重要分系统，用以确保航天员在舒适的环境中工作和生活[1】。舱内的热源主要来源于设备的产热及人体的代谢热：而湿度主要来源于人的呼吸作用及排汗。据统计，平均每人每天通

4、过呼吸和排汗的方式所排出的水量为18009。载人航天器的温湿度控制技术一般采用冷凝除湿的方法实现，称为主动除湿；也有采用活性炭、分子筛吸附方式进行降温除湿，又称为被动除湿¨J。本文对国际空间站舱内温湿度控制技术进行跟踪研究，并特别分析了美国NASA近年来研制的新型多孔渗水冷凝干燥器相关技术，在此基础上指出了未来冷凝干燥器(CondensingHeatExchanger，CHX)的发展方向。环控生保系统包含多项功能，如气体供给及控制、气体再生、温湿度控制、火灾检测与灭火、水循环再生、废水管理等13j，NASA把

5、航天员出舱活动的生命保障支持也纳入环控生保系统范畴【4J。环控生保系统的各项功能由多个子系统分别承担，这些子系统并非孤立的，而是彼此之间存在多重交叉及联系，如图l所示。如温湿度控制子系统有赖于气体供给及控制子系统提供气体才能发挥效用，而前者产生的冷凝水又成为水循环再生子系统的部分来源；火灾检测与灭火子系统的冷却由温湿度控制子系统承担。本文重点介绍国际空间站温湿度控制子系统配置情况及相关技术指标。火灾榆测与灭火了系统图1温湿度控制子系统与环控生保其他子系统的关系Fig．1RelationshipbetweenT

6、HCsubsystemandothersubsystemsofECLSS收稿日期：2012．09—29；修回日期：2012．11．02作者简介：卜瑁瑁(1982一)，男，硕士学位，主要从事载人航天器环境控制工程及相关专业研究工作。E．mailbujunjunl23@tom．tom。第1期卜瑶瑶等：国际空间站舱内空气温湿度控制技术综述2l国际空间站每个有人活动的舱内都设有温湿度控制子系统，包括美国研制的4个密封舱及3个加压对接适配器，俄罗斯研制的7个密封舱，欧洲空间局研制的5个密封舱，以及日本研制的最大密封舱。

7、图2为国际空间站舱内温湿度控制子系统分布。图2国际空间站舱内温湿度控制子系统分布Fig．2DistributionofTHCsubsystemintheISS1．1美国各舱段带有气体温湿度控制子系统的美国舱段包括实验舱，生活舱，气闸舱，节点舱I、II[5

8、，以及I、II、III号加压对接适配器。各舱的温湿度控制子系统设计指标见表l。表1美国舱段温湿度控制子系统设计指标乃6项目指标除湿功率／kw3．5最大空气流速／(L·S。11194控温范围／*C18．3～26．7控湿范围批25～70最大工质流速“蝇-hJ)5

9、58质量／kg93．6最大耗电功率／W467．5控制档3露点温度／℃4．4～15．61．1．1硬件构成舱内空气温湿度控制子系统主要包括3大模块：共用舱室空调组件(CommonCabinAirAssembly，CCAA)，电子设备空调组件(AvionicsAirAssembly，AAA)和舱间通风组件(Inter-ModuleValve，IMV)。其中共用舱室空调组件(见图3)不但负责舱室除湿降温，而