BDD电催化耦合电解析处理载人航天器中冷凝废水的研究

为解决在硼掺杂的金刚石电极(BDD)电催化处理冷凝废水中,由于冷凝废水电导率低而导致处理能耗较高的问题,提出了BDD电催化耦合电解析的新方法处理冷凝废水。在BDD反应器内填充吸附有无机盐的混合阴阳离子交换树脂,电催化处理冷凝废水时吸附在树脂上的离子在电场作用下解析下来进入废水中,并进行交替的吸附、解析及定向运动,从而改善废水的导电性,电极两端电压显著降低,停止加电后,离子又能重新交换吸附在树脂上。以Na_(2)SO_(4),Na_(3)PO_(4)以及NaNO_(3)作为电解质时,对总有机碳(TOC)去除没有影响;而以NaCl作为电解质时,TOC去除率随着NaCl添加量的增加而降低。

固态胺吸附去除CO_(2)行为研究

为解决基于固态胺材料的再生式CO_(2)去除技术在便携式生保系统中的应用问题,开展了固态胺材料吸附去除CO_(2)的性能研究。进行了不同吸附温度、入口CO_(2)浓度、气体流量条件下固态胺吸附CO_(2)的穿透试验,获得了相应的穿透曲线;利用Wheeler方程对穿透曲线进行了拟合,得到了相应的拟合方程、平衡吸附量等结果。结果表明:通过Wheeler方程能够准确描述固态胺吸附CO_(2)的行为;获得了CO_(2)穿透率分别为10%和50%时的穿透时间与气体流量间的线性关系方程,方程可应用于预测固态胺反应器性能、切换周期等,使评估反应器性能的试验大为简化。

空间低压环境下植物养分吸收与生长特性研究进展

针对月球/火星基地大气压控制一般低于标准大气压(101 kPa)的要求,开展低压环境下植物的养分吸收与生长特性研究有助于对低压下植物的生长差异有更深层次的理解,从而在受控生态生保系统内建立更完善的植物单元体系。综述了近年来国内外低压植物培养实验的主要研究结果,对比分析了低压植物养分吸收与动力学特性的差异,以及对植物生长状态、生物量和基因表达的影响,并对未来的低压植物实验研究方向做出展望。

失重条件下舱外手套外骨骼助力效果的评估方法

目的 建立多指标融合的手部抓握疲劳度预测模型,评估舱外手套外骨骼样机的助力效果。方法 采用BP神经网络算法建立手部疲劳度预测模型。通过等距抓握疲劳实验确定手部疲劳度的影响因素,确定BP神经网络的输入变量分别为圆柱直径、抓握力、抓握持续时间和肌电均方根值;通过实验和主观疲劳度量表获得每组变量对应的疲劳度数据,建立基于BP神经网络算法多源融合的疲劳度评估模型;建立疲劳度和助力效果关系模型,通过对疲劳度缓解程度评估外骨骼样机的助力效果。结果 模型预测值与目标值的相关性r=0.974,并有效预测了不同样机的助力效果。结论 结合抓握强度、抓握对象参数和人体肌电建立预测手部疲劳度的BP神经网络模型,可用来评估舱外手套外骨骼和其他手部助力装置的助力效果。

仿生鳞片式拼接柔性防护结构防弹性能研究

目的根据仿生学原理,借鉴鳞甲类生物柔性拼接模式,设计出由碳化硼陶瓷和超高分子量聚乙烯(UHMWPE,PE)背板复合而成的仿生鳞片式拼接柔性防护结构,以提高防护装备的灵活性和抗多发弹性能。方法首先通过高温热压成形工艺制备出复合鳞片,然后采用95式5.8 mm钢芯弹进行侵彻试验,最后结合有限元仿真对侵彻过程中的弹击损伤机制和能量耗散形式进行分析。结果弹丸侵彻导致复合鳞片的陶瓷层发生了严重的碎裂现象,PE背板发生了类圆状凹陷变形,但未被穿透;单次弹击损伤范围被限制在弹击鳞片及其相邻鳞片附近,未形成大面积损伤,表现出优异的抗多发弹性能;弹丸的能量通过弹击鳞片扩散到与其相邻的鳞片上,降低了弹丸对弹击鳞片的损伤,提高了柔性结构的极限抗单发弹性能。结论仿生鳞片式拼接柔性结构能够有效抵御95式5.8 mm钢芯弹的侵彻,具备柔性的同时还具有优异的抗多发弹性能,可应用于新一代单兵及武器装备的小口径枪弹防护装甲。

高原抗缺氧技术及装备:基于人-机-环境系统的研究策略

人-机-环境系统工程是一门人体科学和工程技术相互渗透的交叉学科,通过揭示人、机、环境之间相互作用的规律,确保人-机-环境系统的总体性能最优。高原抗缺氧是在高原环境下,以制供氧装备等为平台,实现人的健康防护和效能提升,属于典型的人-机-环境系统工程。本文对高原抗缺氧技术及装备研究中的人-机关系、人-环关系和人-机-环境系统进行了分析和论述,阐明了人的生理特性对高原单兵制供氧装备研发的推进,阐述了人-环协同对高原弥散供氧技术研究的推进,阐释了人-机-环境协同对高原弥散富氧营帐研制的推进。最后,本文提出了目前高原人-机-环境系统亟待解决的问题,为高原抗缺氧技术及装备研究提供了借鉴与参考。

分子筛氧气浓缩器多因素退化试验设计

针对分子筛氧气浓缩器(MSOC)退化试验(DT)研究不足及分子筛床(MSB)退化失效影响因素不明确的情况,提出了一种基于正交试验的氧气浓缩器退化试验设计方法。在分析氧气浓缩器工作原理的基础上,确定了造成分子筛床退化失效的主要因素,并搭建了分子筛氧气浓缩器退化试验系统,通过多组对照试验确定并验证了退化试验的最佳试验高度为9 km;基于正交试验思想设计了分子筛氧气浓缩器退化试验方案,采用9组典型试验即可获得各因素的影响结果,减少了试验次数,降低了试验成本,提高了耦合试验的效率。该试验设计可以模拟受试设备的真实工作环境,并可有效降低试验因素变化对试验结果初值的影响。

美国新一代舱外航天服便携式生命保障系统的研究进展

针对后空间站时代深空探测、登陆月球、火星任务目标,美国于21世纪初开启了新一代舱外航天服(xEMU)的研发工作。介绍了在新的任务背景下,新一代舱外天服便携式生命保障系统的发展情况,重点分析了xEMU便携式生命保障系统在设计思路、功能结构等方面的特点。此外,还介绍了膜蒸发技术、快循环固态胺等关键单机技术的发展历程,及其在新一代便携式生命保障系统中的应用情况。相关研究可为我国新一代舱外航天服便携式生命保障系统的研制提供参考。

中国空间站水回收系统关键技术分析

目的系统分析中国空间站水回收系统研制所需要的关键技术。方法依据任务需求,采用系统总体设计方法,综合分析俄罗斯和美国空间站水回收系统构架特点,并概要提出我国空间站水回收系统的特点及技术研究的重点。结果我国空间站水回收系统的关键技术主要是冷凝水处理技术和尿蒸馏技术,水回收系统关键技术研究应当特别重视冷凝水处理技术的中温催化氧化的能耗问题、尿蒸馏技术的VCD技术和膜蒸馏技术难题以及微生物污染问题。结论在关键技术分析的基础上,冷凝水净化装置和尿蒸馏装置原理样机的研制已经完成且满足设计要求。我国空间站水回收系统仍存在一些技术难题有待后续研究解决。

4人180天集成试验环控生保系统设计及运行概况

目的面向星球基地生命保障系统的工程应用需求,探索物化再生生保与生物再生生保技术的整合方法,考察多乘员、中长期受控生态生保系统运行规律。方法设计并建成具备环境控制、物质循环以及应急生保功能的大型密闭生态循环系统试验平台,并通过拟人试验(40 d)与载人试验(180 d)的流程设计,量化考核物质循环从物化再生逐渐过渡到生物再生并维持平衡的协同匹配规律。结果 220 d的全封闭试验期间,密闭系统内环境参数控制在安全水平,基本实现人和植物生存环境的独立有效控制;载人试验期间物质流循环总体平稳,实现大气和水的100%再生,食物闭合度达到55%,同时可资源化固废回用率达到87.7%。结论验证了受控生态生保系统全流程构建模式,积累了建设和运行经验,为后续工程化应用研究提供了借鉴和参考。

空间站再生生保关键技术研究

为了实现长期载人飞行,必须研发再生生保技术。再生生保系统对于中国空间站的建造和运营至关重要。利用物理化学方法,实现航天员代谢废物的回收利用以及吸附剂的循环使用,可以降低载人航天器长期在轨的运行费用。本文回顾了国外再生生保技术的发展现状,简述了我国空间站再生生保系统总体方案,重点从电解制氧、CO_2去除、微量有害气体去除、水处理和尿处理等五方面阐述了关键技术研究成果。最后,对我国再生生保技术的空间应用提出了建议与思考。

空间站电解制氧技术研究进展

电解制氧技术是空间站环控生保系统最复杂的核心技术之一。本文简要介绍了美国和俄罗斯空间站电解制氧技术及其应用情况,系统介绍了我国空间站电解制氧技术的发展历程、总体方案、目前研究进展,可为空间站电解制氧技术研究和工程研制提供参考。

空间站氯酸盐氧烛备份氧试验研究

目的开展氯酸钠氧烛的试验研究,为空间站提供理想的备份氧源。方法采用氯酸钠作为产氧物质,设计了氧烛试验件的结构,研制了氧烛专用启动药,用称重法测试了氧烛供氧性能。结果自制氧烛试验件产氧的时间流量达标、供氧稳定,氧含量为99.8%,杂质气体含量得到有效控制,氧气质量符合人体使用要求。结论自制氧烛试验件所产供氧性能、气体成分能够满足空间站应急供氧的技术要求,氯酸钠氧烛可作为我国空间站的备份氧源。

航天服压力防护技术发展与构想

在载人航天任务中,航天服压力防护功能是为人体建立起赖以生存的压力环境,压力服作为实现压力防护和工效保障能力的基本载体,是航天服设计改进的核心部分。本文通过回顾压力服在早期技术验证、随登月任务和载人空间实验室、航天飞机任务和空间站建设运营各不同阶段任务需求的发展历程,总结了航天服压力服防护技术的演变特征。针对未来空间探索目标的环境特点以及多目的地的任务规划,开展了后续航天服压力防护技术需求分析。在此基础上,结合压力制度选择、结构实现形式以及材料工艺能力等方面分析,提出了短期可能实现的变压力制度软式压力服和作为长期目标的局部机械反压式压力服的方案构想和关键技术,为未来先进航天服的发展和研制提供参考。

BDD电催化氧化处理模拟空间站冷凝废水的实验研究

目的为验证以硼掺杂的金刚石电极(BDD)作为阳极电催化氧化处理空间站中产生的冷凝废水的技术适用性。方法比较了分别以BDD,PbO2和RuO2作为阳极去除模拟冷凝水中TOC的性能,并单独考察BDD作为阳极时的槽电压和通O2等条件对TOC去除的影响。结果 BDD阳极的电催化氧化性能要远好于另外两种电极;增加槽电压有利于提高TOC去除率,但同时也导致了废热、析氢析氧副反应的增加,实际应用中要考虑两者的平衡点进行槽电压的选择;O2的通入加快了传质,提高了醇类向酸的转化,但降低了矿化效率;能耗需求分析显示该工艺技术能够达到节省能耗及保证水质的要求。结论初步的实验结果显示采用BDD电催化氧化处理冷凝废水是技术可行的。

电解制氧装置环境适应性设计与试验研究

目的针对航天器内微重力、变压力的工作环境,进行质子交换膜水电解制氧装置环境适应性设计。方法利用两相流仿真技术辅助进行电解芯体等部件微重力适应性设计,建立适应微重力、变压力环境的系统流程。研制了环境适应性评测装置,模拟考核设计的合理性。结果设计的电解制氧装置能够适应微重力、变压力工作环境,在轨连续运行96.88 h,累计产氧2097.8 SL,产氧速率0.74 kg/d。结论电解制氧装置环境适应性设计方案基本满足航天环境需求,地面评测方法可行。

载人航天用TC-5A和TC-13X分子筛的研制及评价

目的研制载人航天专用分子筛,并进行应用效果评价。方法分子筛产品的研制采用造粒、烘干、焙烧、二次晶化、二次交换和二次焙烧技术,并通过等温吸附和4床分子筛试验进行静态动态性能评价。结果研制的TC-5A和TC-13X分子筛产品,CO2和H2O的静态吸附能力分别达到19.7%和29.15%,在4床分子筛动态试验中,吸附床再生温度280℃,干燥床达120℃,干燥床出口空气露点小于-40℃,吸附床CO2动态处理能力为2.17～6.17 kg/d。结论 TC-5A和TC-13X分子筛应用于4床分子筛CO2处理系统,能够保证系统稳定运转,CO2处理量可满足3人密闭生存空间对CO2浓度控制的需要。

饮用水中硝酸盐的反硝化动力学及微生物群落研究

目的分析饮用水中不同碳源条件下的反硝化反应动力学,研究微生物群落结构变化,鉴定出优势菌种,为解决再生式生命保障系统中饮用水的脱氮难题提供技术支持。方法采用固定化微生物滤池工艺去除饮用水中的硝酸盐,并进行水质分析;利用PCR-DGGE技术分析微生物群落结构变化。结果乙醇和乙酸钠系统分别在前0～2 h和0～1.5 h内表现为零级动力学反应,线性拟合得出的反硝化速率分别为11.913 g NO3--N/(gVSS.d)和15.633 g NO3--N/(gVSS.d),而葡萄糖系统在0～3 h内,硝态氮浓度曲线可由二阶多项式拟合,平均反硝化速率为7.177 g NO3--N/(gVSS.d)。结论饮用水中碳源充足时反硝化过程遵循零级反应,亚硝酸盐先累积后消耗,脱氮效果较好的微生物种属主要有假单胞菌属Pseudomona、水杆菌属Aquabacterium和红环菌科Rhodocyclaceae。

微波辐射环境下雷达人员中医体质分类特征

目的探讨微波辐射环境下雷达人员中医体质分类状况。方法对200例微波辐射环境下雷达作业人员进行中医体质分类调查研究。结果微波辐射环境下雷达作业人员以平和质为主,在偏颇体质中以气虚质、阴虚质为主,气虚质成因与研究对象的年龄、运动习惯、睡眠习惯、吸烟、饮食偏好、从业时间等因素相关。结论通过对微波辐射环境下雷达作业人员体质的分类研究,对偏颇体质及其影响因素给予中医理论指导下的干预,对个体化治疗及防护具有指导意义。

航天器环控生保系统载人飞行性能地面试验研究

目的地面重力条件下验证载人航天器环控生保系统载人飞行工作性能。方法构建与真实飞行器密封舱段1:1的试验舱系统,集成了环控生保系统;选拔3名男性作为受试者参加试验,其消耗/代谢的物质和能量作为试验主要负荷;按照真实的载人飞行程序制定试验流程。结果建成了一套仿真程度较高的模拟试验系统;确立了地面条件下环控生保系统性能验证方法;检验了3名受试者代谢负荷下环控生保系统座舱环境控制和生活保障的能力。结论全面检验了环控生保正常飞行工作性能,试验结果对后续研制和载人飞行具有重要意义。