空间站泄漏监测报警方案设想——绝压法

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1、Vo1．18No．4载人航天第18卷第4期36MannedSpaceflight2012年7月空间站泄漏监测报警方案设想·—鲍压法回天力，刘刚2高静，贾东永，杨纯，孙国辉s(1北京卫星制造厂，北京100190；2中国空间技术研究院载人航天总体部，北京100094；3国家知识产权局，北京100088)摘要介绍了各国空间站泄漏监测技术的背景及绝压法泄漏监测的原理，在分析空间站舱体内、外环境的基础上提出了空间站泄漏监测报警模式，及通过测量舱内氮分压进行泄漏监测的技术方案，提出了“反应时间占用率”的概念并以此作为评判监测报

2、警效果的依据，最终对比得出氮分压间接监测法可作为有航天员值守期间空间站的泄漏监测与报警方案。关键词空间站；绝压法；氮分压；反应时间占用率中图分类号：V423．7文献标识码：A文章编号：1674-5825(2O12)04--0036--061990年起，美国就开始进行空间站的泄漏监测研1引言究，多年的研究成果表明【3]：对于贯穿性裂缝的泄漏空间站是我国载人航天工程的重点项目，未来最有效的检测方式是采用“舱压监测法”；对于冲击的空间站主要任务是开展有人照料的空间科学实(微流星、空间碎片引起的)、裂纹、孔洞引起的泄漏验和

3、应用技术试验，为航天员长期驻留提供必要生最有效的监测方式是“声发射法”。“声发射法”的优活和工作条件的大型综合平台。此外，空间站长期势在于可以在监测泄漏的同时进行漏点的定位，但处于太空运行和工作，整个系统结构庞大且功能复系统复杂、核心技术多、研制难度大，仅有美国等极杂。一旦出现泄漏事件，势必危及空间站的正常工少数国家掌握该项技术；“舱压监测法”的优势在于作和航天员的生命安全。因此能够在最短时间内发系统相对简单，有效载荷小，技术攻关周期短，可在现空间站的泄漏，并向航天员发出警报以便其采取短期内实现装备，且配合便携式检

4、漏仪同样可以实相应的应急与补救措施成为空间站必须解决的关现漏点的快速定位，因此，本文重点针对“舱压监测键问题。法”提出一种基于“绝压法”的空间站泄漏监测报警国外的空间站建立较早，主要有苏／俄的“礼炮”方案。号系列空间站、“和平”号(MIR)空间站，美国的“天2绝压法泄漏监测原理空实验室”，欧洲航天局的空间实验室(Spacelab)，以及由美、俄、13、欧等16国共同建设的国际空间站“绝压法”又名“压降法”，是通过测量被检产品(ISS)。在一定时间内由泄漏引起的压力变化量来检漏的一这些空间站运行期间，受真空、高低温交

5、变、微种方法。其原理如图1所示。流星及空间碎片、原子氧、太阳辐射及宇宙射线等的压降法漏率的计算公式为：[5]作用【”，均不同程度的受到泄漏的威胁，如国际空间，／71＼站在2004年1月和2007年11月曾先后两次发生Q=×【＼P1一』2P2／I(1)舱体的泄漏故障[21。为解决空间站泄漏监测问题，从式中：Q为被检系统漏率，Pa·mfs；V为被检件的内收稿日期：2011-08—25；修回日期：2012—04—07作者简介：回天力(1979一)，男，学士，工程师，主要从事航天产品泄漏检测和理化分析工作。E—mail：h

6、aitl@sohu-c0m第4期回天力等：空间站泄漏监测报警方案设想一绝压法371——气源2——加压控制设备3——被检系统4一压力传感器5——温度传感器图1压降法检漏原理图14]部容积，m；为测量周期，s；P1为被检件内部压力初排湿量分别为：0．85kg、1．82kg，同时呼出1．0kg的二值，Pa；为被检件内部温度初值，K；为被检件内氧化碳，至少有25种有毒有害物质，如二甲基胺、部压力终值，Pa；为被检件内部温度终值，K。酚、苯、四氯乙烯等，其中有16种挥发性毒物质，还采用绝压法对空间站进行泄漏监测，只需实时有各

7、种病菌。环控生保系统为确保航天员的生活质监控舱内的压力和温度变化(必要时采取技术手段量和安全，当舱内压力高于101kPa时及时泄压、当消除环境因素波动影响)，并通过压力下降速度计算舱内压力低于81kPa时及时增压、及时补氧和消除出漏率，将漏率以显示或报警的方式提供航天员进有毒有害的物质。用以确保舱内部的压力为(91+10)行处置，即可实现空问站泄漏监测的目的。kPa；氧分压为(22_+2)kPa；湿度为(50±20)％；二氧化3空间站环境条件碳小于lkPa。(3)舱内的仪器设备产生不同频率的噪音。充分了解空间站舱体

8、环境是研究舱体泄漏监测(4)舱内最大允许泄漏率为：0．49Pa·m3／s。技术方案的前提。3．1空间站舱外环境嘲4泄漏监测报警模式舱体处于约400km的宇宙空间，舱体向阳面的当空间站舱体发生泄漏时，要求发现的时间越温度高达200~C，背阳面则低于零下100~C。它将直接早越好。航天员需要从泄漏监测报警系统获得排障影响着舱体内的温度环境。期限比获得泄漏率更为重