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。

舱外航天液冷服传热分析

简单介绍了舱外航天液冷服的结构、功能 ,分析了通风气体与液冷服基础服装间的对流换热、液冷服的传热传质过程 ,给出了液冷服传热传质数学模型。通过舱外航天服液冷通风系统与人体的联合热生理实验 ,该模型得到了验证 。

利用暖体假人对液冷服散热特性的实验研究分析

目的利用暖体假人对液冷服的各设计参数间的内在关系进行分析 ,同时对液冷服的散热特性进行评价分析。方法温度舱内暖体假人着液冷服和隔热服 ,在不同的温度环境和不同的暖体假人代谢率条件下 ,改变服装设计参数 ,以获得液冷服在不同实验条件下进口液温、液体流率与液冷服散热量及温度比效率间的关系。并测量冷却液进出口温度 ,计算液冷服的实际散热量。结果得到了液冷服在不同实验条件下进口液温、液体流率与液冷服散热量及温度比效率间的关系和液冷服的实际散热量 ,为服装设计参数的合理性提供了评价依据。结论验证了该舱外航天服的液冷服结构参数选取较为合理。揭示了液体流率受管道结构等条件的限制 ,合理调节范围较窄 ,服装温度比效率不会很高 。

基于舱外航天服手套基础性工效评价的人体力学指标优选研究

目的探索科学而实用的舱外航天服手套基础性工效评价的人体力学优选指标。方法从人体力学的力量、疲劳、感知觉、活动范围和灵活性5项指标(28项测定指标)对13名青年大学生(6女7男)进行了裸手与戴手套(舱外航天手套模拟件)的手动作业工效研究,并结合人体知识运用统计学方法对5项指标的测试指标进行了优选处理。结果可用握力代表力量,以主观疲劳与行为下降代表疲劳,以内收/外展、弯曲/伸展与旋转代表活动范围,形状感知代表感知觉,拧螺母打结代表灵活性。结论本文结果可为舱外航天手套的评价和性能改善提供基础性资料,具有一定实际意义和应用价值。

对不同扩大囊覆盖面积抗荷服的＋Gz防护作用的评价

对三种不同扩大囊覆盖面积（ＥＢＣ）的抗荷服性能在离心机上进行了评价，并与标准的（Ｓｔｄ）ＫＨ─３型五囊式抗荷服及全覆盖侧管式（ＦＣＣ）抗荷服进行了对照。Ｓｔｄ和三种ＥＢＣ抗荷服的囊分别约覆盖脐以下下体的３０％、４３％、６５％和９０％。在快增长率（３Ｇ／ｓ）的离心机＋Ｇｚ暴露时，测定了５名被试者着这些抗荷服的松弛＋Ｇｚ耐力。Ｓｔｄ、ＥＢＣ（４３％、６５％和９０％）及ＦＣＣ抗荷服提高的＋Ｇｚ耐力分别为１．４５，２．１３，２．８０，３．６０和１．８５Ｇ，在＋５Ｇｚ（抗荷服充气）暴露时，着ＥＢＣ（６５％和９０％）抗荷服的被试者心率显著低于着Ｓｔｄ抗荷服（Ｐ＜０．０１）。以上结果表明，ＥＢＣ抗荷服比Ｓｔｄ抗荷服能显著提高＋Ｇｚ耐力并降低心率。

飞行员头盔质量特性测量设备和方法

目的研制一套飞行员头盔质量特性测量设备,满足飞行员头盔加装显示器、夜视镜以及头盔上配挂供氧面罩时质量特性的精确测量,为飞行头盔的设计、使用、评价提供试验条件和方法。方法根据飞行头盔的功能拓展,采用标准头模和两面垂直的开放式框架,按照静力平衡的原理设计三支点平衡的头盔质量和重心测量平台,按照扭摆原理设计头盔转动惯量测量的磁悬浮扭摆装置;研究制订头盔质量、重心和转动惯量的测量方法。结果研制了一套飞行员头盔质量、重心和转动惯量测量系统,建立了用于头盔重心和转动惯量测量的坐标体系,测量系统精度高,量程大,操作简便。结论飞行员头盔质量、重心和转动惯量测量系统设计科学、构造合理、使用可靠,可满足常规飞行保护头盔、加装显示器和夜视镜的飞行头盔、配挂供氧面罩飞行头盔质量特性的精确测量。

航天服关节力学测试系统的测量原理与实验分析

目的测试航天服手臂关节的力学特性。方法介绍基于随动式测量机器人的航天服关节力学测试系统的测量原理 ,根据舱内航天服手臂软关节的转动特性建立 3自由度手臂的数学模型 ,并针对这一模型提出航天服运动学逆运算的基于 6维空间距离的最佳近似解法 ,在实际的实验系统平台上针对舱内航天服进行手臂关节力学特性测试实验 ,并探讨系统的扩展应用价值。结果通过测试实验和实时 3维仿真有效地验证了航天服手臂建模与系统运动学正逆运算的正确性。结论系统的测量原理和方法正确可行 。

舱外航天服关节阻力矩测量与建模方法研究

目的探索更为精准的舱外航天服关节阻力矩测量和建模方法,为人-服交互运动生物力学仿真建立舱外航天服力学约束。方法分析国内外现有的关节阻力矩测量技术利弊,提出了自驱动式等速测量舱外航天服关节阻力矩的方法,并应用于服装内部有人和无人工况;采用NNOPM(RBF神经网络优化的Preisach迟滞模型)预测阻力矩随运动轨迹的变化,并与测量结果对比验证。结果内部无人和有人工况下的舱外航天服肘关节的阻力矩差异较大,肩关节的阻力矩差异较小。模型预测结果与实验测量结果一致。结论自驱动式等速测量方法和NNOPM能有效用于舱外航天服关节阻力矩的测量和建模。

航天服关节阻尼力矩的机器人测试系统

目的对航天服关节阻尼力矩特性进行测试 ,评价航天服的力学性能。方法提出了一种根据机器人运动学、静力学原理 ,采用随动式测量机器人来测量航天服关节阻尼力矩特性的方法。根据测量要求 ,给出了系统总体方案及测量机器人本体的设计 ,建立了数学模型 ,最后分析了机器人的运动空间。结果设计的测量机器人重量轻、结构紧凑、操作性能好、运动空间大 ,整体系统运行稳定 ,可靠性高。结论采用随动式测量机器人来测量航天服关节阻尼力矩特性 ,能够满足航天服关节力矩特性的测量要求。

水升华器散热系统分析

对舱外航天服热控系统所采用的多孔板水升华器的主要工作模式进行了讨论。研究了控制升华模式和周期模式工作的参数。在对多孔板多孔结构进行简化假设的基础上，建立了相关的数学模型，来预测水升华器的工作模式和换热器表面的温度。

新型侧管式抗荷装备与抗荷动作的综合防护性能

目的对新型侧管式抗荷装备与抗荷动作的综合防护性能进行研究， 探讨采用二者联合的方案对８ Ｇ１０ ｓ（增长率为２ Ｇ／ｓ）高Ｇ 进行防护的可行性。方法在离心机上， ＋ Ｇｚ 增长率为２ Ｇ／ｓ， 先测定９ 名飞行学员的基础＋ Ｇｚ 耐力， 其中５ 名飞行学员采用新型侧管式抗荷服（ＮＫＨ） ＋ 新型抗调器（ＮＫＴ）＋ Ｌ１ 动作（Ｌ１）、另４ 名飞行学员采用新型侧管式代偿服（ＮＤＣ） ＋ ＮＫＴ＋ Ｌ１，测定出其最大＋ Ｇｚ 耐力。结果５ 名飞行学员采用ＮＫＨ＋ ＮＫＴ＋ Ｌ１ 时的最大＋ Ｇｚ 耐力为８．８０±０ ．２７ Ｇ， 比基础＋ Ｇｚ 耐力高出４．６０±０．４２ Ｇ（Ｐ＜０．０１） ；４ 名飞行学员采用ＮＤＣ＋ ＮＫＴ＋ Ｌ１ 时的最大＋ Ｇｚ 耐力为８．７５±０ ．５０ Ｇ， 比基础＋ Ｇｚ 耐力高出４．５０±０．４６ Ｇ（ Ｐ＜０ ．０１） 。结论飞行员采用新型侧管式抗荷装备与抗荷动作能够对８ Ｇ１０ ｓ（ 增长率为２ Ｇ／ｓ） 的高Ｇ 进行有效防护。

先进囊式抗荷系统与侧管式抗荷系统的抗荷性能比较研究

目的 :对先进囊式抗荷系统的抗荷性能进行测定 ,并与侧管式抗荷系统进行比较。方法 :共进行 2组离心机实验 ,每组 6名男性受试者。第一组 ,采用先进囊式抗荷系统 ,先测定装备抗荷性能 ,再暴露于模拟空战动作曲线(simulatedaircombatmaneuver,SACM )Ⅰ ,测定进行腿部收紧时的 +Gz 时间耐力。第二组 ,采用侧管式抗荷系统 ,先测定装备的抗荷性能 ,再暴露于SACMⅡ ,测出做抗荷动作 (anti Gstrainingmaneuver,AGSM )时的 +Gz 时间耐力。结果 :先进囊式抗荷系统的抗荷性能为 5 .33G ,比侧管式抗荷系统的抗荷性能高出 1 .35G(P <0 .0 1 ) ;两组受试者均通过了各自的SACM ,但第一组受试者比第二组受试者用力程度小 ,疲劳程度轻 ,心率低。结论

液冷服散热原理模型及其分析

目的建立舱外航天液冷服散热的原理模型 ,提出其在工程设计中应遵循的基本原则。并以该原理模型为基础找到液冷服设计参数与散热量和散热效率的模化关系。方法根据工程实际 ,对舱外航天液冷服散热过程进行分析。结果液冷服各参数 (管长、管径、流率和进口液温 )对散热量和散热效率的影响是相互制约 ,相互作用的。因此各参数的合理取值是设计液冷服的关键。结论该分析和研究对今后舱外航天液冷服的设计研制具有一定的指导意义。

弹射座椅与飞行员系统重心测量技术

为解决火箭弹射座椅人椅系统在弹射出舱后的稳定调节问题 ,设计研制了新型电子人椅系统组合重心测量设备 ,建立了组合重心的俯仰累加测量与推导计算方法 ,并对 2 94名飞行员的人椅系统组合重心数据进行了测量和计算 .结果表明 ,研制的测量设备精确可靠 ,建立的方法便捷有效 ,并具有通用性 .研究结果已应用于弹射座椅的设计研制中 ,精度提高了 1 0倍 ,效率提高了

乌司他丁预先给药对大鼠呼吸机相关肺损伤的影响

目的研究乌司他丁预先给药对大鼠呼吸机相关肺损伤(VILI)的影响及机制。方法 30只雄性SD大鼠随机分为3组:对照组(C组)、大潮气量组(H组)和乌司他丁组(U组),每组10只。H组和U组接受机械通气,参数设置均为:潮气量40 mL/kg,呼吸频率40次/min,呼气末正压(PEEP)为零,吸入氧浓度为21%。机械通气4 h后放血处死大鼠,取肺组织测定肺湿/干重比(W/D);收集支气管肺泡灌洗液(BALF)并测定其中的蛋白含量、白细胞计数以及血清和BALF中肿瘤坏死因子(TNF-α)、白细胞介素-6(IL-6)、IL-8、IL-10及超氧化物歧化酶(SOD)和丙二醛(MDA)的水平。结果与C组相比,H组大鼠W/D、BALF中白细胞计数、总蛋白含量以及血清和BALF中TNF-α、IL-6、IL-8、MDA水平均显著增高,但IL-10和SOD水平则显著降低;与H组相比,U组大鼠W/D、BALF中白细胞计数、总蛋白含量以及血清和BALF中TNF-α、IL-6、IL-8、MDA水平均显著降低,但IL-10和SOD水平则显著升高。结论乌司他丁预先给药能减轻大鼠VILI,其机制可能与抑制肺内炎性细胞因子的释放和氧自由基的生成有关。

舱外航天服便携式生命保障系统研究进展

随着空间探索的发展,舱外航天服便携式生命保障系统必须具有更优良的性能。本文介绍了国外舱外航天服生保系统的研究进展,主要包括CO2去除和H2O去除等方面的新技术。对各种技术进行了分析、比较。探讨了舱外航天服生保系统的发展趋势。我国载人航天应该采用成熟、可靠的生保技术,同时开展再生式生保技术的研制工作。

航空供氧装备呼吸阻力的测定与评价

对我军现用供氧装备的呼吸阻力实测结果表明:(1)通气量20L/min时,面罩腔压力波动值,YX-1系统为0.98kPa,YX-3系统为0.91kPa,两者差别显著;(2)在静坐及轻度体力负荷下,两种系统呼吸阻力感觉量值均处于轻、中度之间,而在中度体力负荷时达中度水平,YX-3系统的阻力感觉虽低于YX-1系统,但相差不显著;(3)在轻度体力负荷下,YX-3系统持续作用30min,未发生感觉适应现象;(4)两种供氧系统的阻力偏高,有进一步降低之必要。

应用潜热型功能热流体的液冷服散热性能分析

目的研究潜热型功能热流体作为液冷服(LCG)冷却液的散热性能及其影响因素。方法基于Pennes生物热方程建立人体躯干穿着液冷服的传热模型,通过对比各种条件下的液冷服散热量、液冷服效率、冷却液温度和人体皮肤温度等参数,分析液冷服的散热性能以及人体热舒适性。结果相比以水为冷却液,潜热型功能热流体可以显著提高液冷服散热能力,减小所需冷却液流量以及泵功;采用较高的流体入口温度,减小皮肤温差,提高人体热舒适性;代谢产热在较大范围内波动有较强的热缓冲能力。结论潜热型功能热流体可以明显改善液冷服的散热性能,提高航天员的热舒适性,在航天生保系统中具有重要的应用与前景。

三种加压呼吸水平下不同胸部对抗压时的心血管反应

目的探讨加压呼吸时胸部对抗压对心血管的影响。方法观察 7名 1 8～ 2 0岁健康男性青年穿两种背心抗荷裤 ,在 30、5 0、70mmHg 3种加压水平 ,持续 3min加压呼吸的心血管反应。 结果所有被试者均完成试验。在加压值为 5 0、70mmHg持续 3min时 ,与各自对照组比 ,HR、MAP及TPR明显提高 ,SV明显降低 ,Q Z间期在各加压值加压呼吸时无明显变化。两种装备在 70mmHg加压呼吸时ΔSV、ΔTPR有显著性差异 (P <0 .0 5 )。结论使用这两种装备进行加压呼吸均可造成MAP、TPR和HR明显增加 ,SV明显减少。加压呼吸对心肌收缩功能并无影响。在加压呼吸条件下 ,胸部对抗压与面罩腔内压力相等 。

穿戴防毒装具时热负荷限度的研究

本研究目的在于阐明穿戴防毒装具活动时,热负荷限度的机体反应特点。29名健康战士在热气候下穿戴防毒装具,以约5km/h 的速度行进,当达到热负荷限度指征为止。共观察55人次。在干球温度/黑球温度(Td/Tg)为31.7～34.3℃/35.9～42.9℃条件下,耐受时间仅30～40min,行程2.3～4.1km 即达热负荷限度。Td、Tg 与各项生理指标增速相关最密切,可认为是评价防化作业时环境热强度的最佳指标,使用其回归方程,可以预测在上述活动条件下的耐受时间。