神舟九号热控设计及在轨工作评价

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1、第19卷第2期2013年3月载人航天V01．19No．225神舟九号热控设计及在轨工作评价于新刚，黄家荣，张立，范宇峰(中国空间技术研究院总体部，北京100094)摘要结合神舟九号飞船热控设计特点，简要介绍其热控方案要点，并分析飞行数据，综合评估其3-．作性能，重点是温度调节能力、适应能力，密封舱气体温湿度及仪器设备温度等。关键词密封舱；温度；湿度；交会对接中图分类号：V421．1V417+．7文献标识码：A文章编号：1674—5825(2013)02--0025-051引言首次载人交会对接任务由天宫一号和神舟九号(SZ一9)共同完

2、成，即前者作为目标飞行器是对接目标，后者运输飞船是追踪飞行器。SZ一9载人飞船的飞行任务是在sz一8飞船的基础上进一步验证航天员手控交会对接技术，在组合体状态下载人飞船与目标飞行器成为一个整体。在神舟九号任务中，热控设计的主要目标是：①保证整船仪器设备和结构的温度，特别是大量交会对接关键设备的温度；②在环控生保系统的配合下实现对密封舱内温湿度、风速的控制；③保证对整船热量的收集、传输、利用；④实现船上废热向外部空间的排散。相比较“第一步”载人飞船，神舟九号增加了交会对接和停靠T况。分析任务需求，热控设计的难点在于下面几个方面：①工作

3、模式多，功耗变化大。飞船存在自主飞行和停靠两种工作模式，因此其功耗变化比较大，在对接前交会对接设备开机，功耗接近2kW，在停靠阶段只有少量平台设备开机，功耗只有几百瓦，此外，运输飞船是按照标准载人飞船设计，能适应0～3人；②存在低温停靠模式。在与目标飞行器完成对接后绝大多数设备关机，飞船处于类似于“休眠”的状态，此时要保证整船的温度满足要求，对热控设计是个挑战；③新增交会对接设备。有的功耗很大、有的无功耗、有的控温范同要求很严，因此也必须开展针对性的主被动热控设计。2012年6月16日神舟九号载人飞船搭载3名航天员顺利发射升空，飞行

4、试验结果表明，在飞行各阶段，整船仪器设备温度及密封舱气体温湿度均满足指标要求，热控设计具有良好的调控能力和适应能力。2热控设计在继承之前飞船热设计经验【1,21的基础上，针对神舟九号任务需求进行了热控设计。设计的基本思想是i舱独立设计，然后通过流体回路来实现对i舱热量的收集、传输和统一排散。整个流体回路是一个双回路系统，内回路从密封舱内收集热量、通过中间换热器传递给外回路，由外回路统一排散，这也是目前大型载人航天器常用方案

5、3’4I。交会对接任务组合体状态下，密封舱内热耗较少，热控设计重点采取了以下措施来提高密封舱内收稿日期：201

6、2—11-19；修同日期：2013-02—04作者简介：于新刚(1981一)，男，博十，高级工程师，主要从事载人航天器热控设计研究工作。Email：yuxingang@gmail．eom26载人航天第19卷气体、设备温度：①提高外回路控温点，沿用神舟八号飞行的成功经验，在组合体飞行阶段，通过注入指令调节控温点温度，在保证外回路工质温度高于冰点的前提下，减少辐射器散热，提高密封舱气体温度；②提高返回舱热控涂层的吸收比，为增加返回舱吸收的热量，提高舱内温度；③减少密封舱内冷板数量，并对冷板背面进行热控包覆。。④轨道舱仪器板和舱体之间采取

7、隔热措施。为减少舱体漏热在轨道舱仪器板和舱壁之间增加隔热垫，提高舱内温度。⑤载人飞船与目标飞行器对接完成后，飞船轨道舱前舱门打开，与目标飞行器密封舱形成一体，航天员将目标飞行器一侧的热支持软管拉至飞船返回舱，从返回舱抽风，风量约为7m3／min。热气体从目标飞行器实验舱经过轨道舱，流至飞船返回舱，如此循环，形成目标飞行器对载人飞船的热支持。I塑苎竺{竺竺J肌划阀图1单相流体回路示意图3性能评价3．1密封舱气体温度图2、图3分别给出了轨道舱和返回舱的气体温度。密封舱气体温度在20—25。C之间，适宜航天员的在轨生活和工作。在自主飞行期

8、间由于返回舱功时间(s)图2返回舱气体温度耗远大于轨道舱，因此其气体温度高于轨道舱，而在停靠之后由于返回舱外无多层隔热材料，漏热较多，而且目标飞行器的热支持送风先经过轨道舱，因此轨道舱气体温度高于返回舱。由于返回舱涂层吸收比提高，因此其温度比改进之前提高l～2℃。此外由于目前密封舱内气体温度未进行闭环控制，图3轨道舱气体温度第2期于新刚等：神舟九号热控设计及在轨工作评价27因此密封舱内气体温度随着设备开关机以及姿态变化等因素影响发生波动，特别是在自主飞行和停靠的工作模式转换时气体温度变化明显。在组合体运行期间，飞船密封舱与目标飞行器

9、实验舱之间的气体温差在3。4℃之间，根据热支持的风量计算得到目标飞行器对运输飞船的热支持在350～500W之间，与设计值和热平衡试验结果相符，目标飞行器的热支持很好的保证了停靠期间飞船密封舱的气体温度。3．2密封舱湿度密封舱内湿度控制