舱外航天服无人低压试验技术研究.pdf

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1、载人航天2010年第3期工程报告舱外航天服无人低压试验技术研究张万欣李潭秋李冰司怀吉(中国航天员科研训练中心)摘要舱外航天服是出舱活动过程中保障航天员生存和工效的关键系统．为保证其性能的可靠性和安全性，必须在地面进行全面的验证与测试，且需对系统在模拟低压环境下进行充分的验证试验后方可进行人服系统功能检查。舱外航天服无人低压试验技术是在模拟低压环境下建立一套全面、可行的无人低压试验方法，全面验证飞行产品在低压和空间中可能的运行状态下功能及其动态特性，故障预案与安全措施的合理性。保证人服功能检查的安全性

2、和测试覆盖全面性，并为有人低压检测和航天员的低压训练积累经验。关键词舱外航天服无人低压检测分类号V事44．3文献标识码A文章编号1674—5825(2010)03—0056—091引言2舱外航天服的设计技术特性舱外航天服是软、硬结构相结合，具有拟人形态的特殊航天服，是出舱活动必备的个人防护装备。为了满足空间使用环境要求，舱外航天服为航天员出舱活动提供安全有效的环境防护、密闭环境的环境控制和生命保障、出舱作业所需的操作工效保障，因此要求其具备压力防护、辐射防护、热防护、工效保障、供氧调压、通风净化、温

3、度控制和遥测通信等功能。为了保证出舱活动中舱外航天服的高可靠性和高安全性要求，需要在地面进行充分的试验验证，其中低压环境下的压力防护和控制是涉及航天员安全的关键功能，在有人试验前必须通过充分的验证。舱外航天服的无人低压试验技术就是在低压舱内模拟外部真空环境条件，建立一套全面的、可行的无人低压试验方法，用以验证舱外航天服在低压下功能特性能否满足载人要求，故障预案与安全措施是否合理可行，并可为有人低压试验和航天员的低压训练积累经验。该项试验技术是舱外航天服研制试验的关键技术之一，是我国航天型号研制中面临

4、的新挑战。2．1舱外航天服使用环境舱外航天服一次正常飞行周期需经历以下五个阶段：发射入轨阶段、在轨组装与检测阶段、飞船气闸舱泄压阶段、舱外活动阶段和返回复压阶段，工作剖面和外环境如图l所示。(1)发射人轨阶段：舱外航天服需要耐受振动、冲击和加速度等力学环境。(2)在轨组装和检测阶段：舱外航天服的外环境为气闸舱的压力、温度和湿度环境。(3)飞船气闸舱泄复压阶段：舱外航天服需要经受服装外压力环境的变化。(4)舱外活动阶段：该阶段环境条件最为复杂．在飞船的运行轨道上舱外航天服需要耐受的空间环境包括：高真空

5、，因太阳辐照和背阴深冷带来的物体表面温度巨变和离子辐射。2．2舱外航天服的技术特点舱外航天服作，正常工作压力为35kPa．40kPa。其既具有飞船一样保证出舱航天员在外太空环境中工作时的生命安全和天地信息传输功能，同时又具特有的工效保证功能，即执行舱外活动任务时保证来稿日期：20lO-06一12；修回日期：20l呻8—30。作者简介：张万欣(1970．06-)，女，硕士．研究员。主要从事舱外航天服总体设计与试验及航天服工程技术研究工作。56142kPh102kPh70kP矗40kPAOkPa-发射段

6、力掣：，～℃i真空热环境一气闸舱温环境气闸舱温湿度环境湿度环境一VL气闸舱温湿度环境18．28℃相对湿度不超过85％}环境／j＼厂。∑服装压力(纯氧环境)7心／_il气哑堕堡垄堑堕／／

7、＼『酬＼．‘f脱舱外服．▲断开舱载系统连接舱载系统关闭呛外服水升#器打开舱门，打开水升华器发射人轨段在轨组装与检测段气闸舱泄压段舱外活动段气闸舱复压段图1舱外航天服正常工作剖面航天员着服后的操作工效和视觉工效。舱外航天服整体上为半硬式的拟人结构，即上躯干和头盔以及转动关节(密封轴承)为硬式结构，四肢为软式关节结构。环

8、控生保系统集成于舱外航天服的背包内，无线遥测装置安装于大挂包内，需要航天员手动控制／切换的控制部组件和显示舱外航天服重要参数的显示部组件安装于胸前。因此，舱外航天服是一个近100件产品高度集成，人机界面和赋形几何尺寸极为紧凑的系统，有效地实现了压力防护、热防护、工效保障、供氧调压、通风净化、温湿度控制、自主供电、遥测通信和控制显示等功能。为了满足不同出舱任务阶段的要求，舱外航天服设计两种工作模式：出舱过闸阶段：采用舱载工作模式，即通过电脐带由舱载供电和有线通信(通过脐带数据处理器)。同时通过软管束供

9、氧管路与服装控制台及舱载氧瓶相连，液冷回路与服装换热器相连接，实现舱载供氧、液冷、供电和有线数据传输。舱外活动阶段：舱外服采用自主工作模式。即关闭舱载供电，切换为电池供电，同时关闭脐带数据处理器，转为无线通信。在气闸舱泄压后，打开出舱舱门前断开软管束，转为使用服装氧瓶自主供氧。打开舱门后，开启水升华器，实现自主温控，实施舱外活动任务。返回过闸阶段：即在关闭出舱舱门前关闭水升华器，关闭舱门后切换为舱载供电和有线数据传输。舱复压至40kPa时停留，连接软管束，使用舱载氧源