基于有限元法的航天员应急返回人体动力学研究

目的应急返回是航天任务中的关键环节,但返回着陆阶段事故发生率较高,可能对航天员的身体造成不同程度的损伤,因此对乘员在这一环节的动力学响应进行研究至关重要。尽管现有的人体有限元模型在模拟着陆冲击方面取得一定进展,但仍存在数字假人模型缺乏内脏结构和座椅背角参数研究不足的问题。本研究旨在通过建立带有内脏结构的精细有限元模型,评估不同座椅背角对乘员的影响,为改进航天器座椅设计提供科学依据。方法采用丰田公司研发的THUMS假人建立躺姿(0°背角)阿波罗座椅的有限元模型,并在BETA CAE Systems有限元分析平台上,通过仿真分析人体的动态响应。模型根据离心机实验数据进行标定,以类阿波罗跳跃式返回过载曲线为输入,进一步评估了不同座椅背角对人体的影响,包括重要内脏器官的位移和变形情况。结果仿真结果显示,躺姿模式下人体头、胸、腰的合加速度响应曲线与输入相符合。随着座椅背角度数增大,内脏器官在+Gx和+Gz的共同作用下产生位移和挤压变形,而40°背角时内脏器官位移和变形最小。结论适当设计的座椅背角可以有效减轻乘员的身体负荷,降低受伤风险。建议在应急返回阶段,飞船应优先选择40°背角的座椅设计,以提高乘员的安全性。

模拟飞船应急返回时+Gx暴露后大鼠脑组织细胞凋亡的研究

目的探讨细胞凋亡在模拟飞船应急返回时高+Gx作用致大鼠脑损伤中的病理作用。方法 40只雄性SD大鼠随机分为4组,即对照组、+15Gx组、7d模拟失重组、7d模拟失重后再+15Gx组,每组10只。大鼠在动物离心机上承受+Gx作用后,灌注取脑,固定包埋,做石蜡切片。用原位末端标记法(TUNEL)检测大鼠海马、顶叶皮层细胞凋亡情况。结果对照组海马和顶叶皮层偶见凋亡细胞；+15Gx组大鼠海马和顶叶皮层在暴露后1d可见部分凋亡细胞(P<0.01),在暴露后3d改变明显(P<0.01)；7d模拟失重组大鼠海马和顶叶皮层在各时间点均可见部分凋亡细胞(P<0.01),暴露后1d最多(P<0.01)；7d模拟失重后再+15Gx组大鼠海马和顶叶皮层在暴露后各时间点均可见部分凋亡细胞(P<0.01),在暴露后3d改变最明显(P<0.01),较+15Gx组和7d模拟失重组均明显增多(P<0.01)。结论 +15Gx／180s暴露可引起大鼠海马和顶叶皮层细胞凋亡；7d模拟失重可加重+15Gx引起的大鼠脑组织细胞凋亡。

载人登月舱动力下降段应急返回轨道设计

文章主要研究载人登月舱动力下降段应急返回轨道设计问题。针对应急返回对等待时间的需求,改进了同心椭圆返回轨道方案。将显式制导法应用于应急返回上升段控制中,充分利用了登月舱的剩余速度,得到了满足要求的入轨精度。根据仿真结果确定了利用下降级推力器完成上升段应急返回的准则。在上升段仿真的基础上设计了跟踪段过渡椭圆轨道,显著缩短了登月舱在停泊轨道的等待时间。文中的方法和结论可以为载人登月工程应急返回提供一定的参考价值。

飞船自主应急返回控制参数确定方法及应用

当飞船在无地面测控支持的运行段飞行时，必须考虑故障情况下飞船自主返回应急着陆区的控制参数确定问题。本文根据飞船自主应急返回的主要特点和应急着陆区的选取原则，在分析飞船再入动力学过程和实际测量数据的基础上，确立了一种飞船自主应急返回的控制参数计算方法及流程，并简要介绍了该方法在“神舟4号”等飞船测控任务中的应用。

载人航天应急返回时的超重问题

在载人航天过程中,人将遇到强大的超重作用。首先,为了将飞船送入绕地轨道,必须使它具有大约7.9km/s 的速度,而为了获得这一速度,需要大约806Gs 的加速,其数值的组合取决于运载工具的推力特性。在完成轨道飞行返回地球表面过程中,飞船还会遇到大气阻力减速,其过载值的大小不仅取决于飞船的气动外形,更取决于再入方式。

一种载人飞船自主应急返回控制参数星载计算方法

传统的飞船应急救生控制参数是在地面计算生成并上传到飞船上的,这种方法对频繁进行轨道调整的飞船并不适用,本文探讨一种新的飞船自主应急救生控制参数计算方法,利用船载GPS资源进行快速轨道外推,并使用解析方法和神经网络方法计算返回控制参数,以适应复杂飞行任务的要求。

一种载人飞船自主应急返回模式设计

当在轨道运行段发生严重故障时,载人飞船应具备及时应急返回地面的能力。交会对接任务中,载人飞船多次变轨,传统的由地面生成返回控制参数并注入航天器的方法难以适应任务急需,为此提出船上自主计算的自主应急返回设计,以适应交会对接任务的需求。载人飞船接收一段时间的轨道测量信息后,通过简化的平根数算法,进行轨道确定和预报。通过对未来一段时间载人飞船经过落区的情况进行判断,选择可用于应急返回的落区。返回参数和落点经纬度通过经神经网络训练后的计算模块计算得出。

载人地月混合轨道一次脉冲应急返回轨道分析

对于载人地月转移任务,应急返回轨道是航天员安全返回地球的保障。针对载人混合轨道地月转移对安全性要求高的特点,基于载人地月混合轨道,提出了3种一次脉冲的应急返回轨道,即直接返回、即刻机动绕月返回及绕月后机动返回等模式。研究了不同时刻发生故障后,利用3种应急模式返回地球的转移时间和速度增量等特性,研究了载人地月转移全过程出现故障后的应急方式,总结了3种应急模式的应用特点及优劣,可为载人月球探测任务顶层任务分析与设计提供参考。

高折展比载人月球应急返回车设计与分析

月球探测用应急返回车的相关技术研究是我国未来载人登月探测的重要任务。根据应急生保和月面短距离移动需求,本文从安全舒适性、操作可靠性和工作空间出发,设计了一种立方体载人月球应急返回车,对车身构型、折展模式、驱动方式、底盘结构、悬挂转向和车轮等多个模块进行了设计优化,并进行了试制和试验。结果表明,整车能够实现自动折展,具有较高的展/折比(大于17),满足行驶、转向、越障、爬坡等移动需求。

载人登月应急返回轨道倾角优化设计

针对载人登月短期全球访问任务,月面上升过程存在上升舱与返回舱异面交会问题。以减小调面机动燃料消耗为目标,利用三垂线定理给出上升轨道与目标轨道的最小平面夹角(楔角)求解公式,考虑应急返回任务需求,以降低整个任务期间最坏的平面夹角为目标,给出全月面到达着陆轨道与上升轨道倾角求解方法。仿真结果表明,所提方法计算简单,精度高,可为载人登月任务设计和分析提供参考。

月地应急返回轨道优化设计

针对载人登月任务中的应急返回问题,对基于三脉冲变轨的方案进行优化设计。以圆型限制性三体问题(circular restricted three body problem,CR3BP)模型为基础,采用球坐标形式的月球返回运动模型。考虑环月轨道面、月球最小安全距离、终端近地距等约束,采用MultiStart算法对月地应急返回轨道进行全局优化。通过大量的计算仿真,验证了所提算法的有效性和可行性,并分析了不同轨道参数对性能指标的影响。研究结论对未来载人登月应急返回方案的设计具有重要的参考价值。

绕月应急返回轨道的两参数设计

对于载人月球探测任务,绕月应急返回轨道是地月转移末端保障航天员安全的重要途径。针对绕月应急返回轨道高非线性和高灵敏性的特点,通过引入近月点高度和近月点转移时间两个参数,提出了一种基于伪状态理论和类Lambert问题的绕月应急返回轨道设计方法。该方法建立的模型简单高效,避免了传统方法对整个轨道设计过程的繁重数值迭代,实现了绕月中止轨道的快速高精度设计。利用所提出的两个参数的特点,进一步研究了两参数描述的固定应急点位置和基本再入约束下绕月应急返回轨道的所有可行解,给出了可行绕月应急返回轨道随设计参数变化的规律,并提供了基本约束下参数描述的可行绕月应急返回轨道的全局视图,可为载人月球探测任务顶层任务分析与设计提供参考。

神舟十号飞船应急返回着陆区医疗救护力量建设与实践

2013—06—11Et，我国神舟十号飞船搭载3名航天员顺利飞向太空，并在轨飞行15天。为确保神舟十号飞船应急返回着陆区医疗救护，根据总部、军区命令，作者医院于2013-06-06～24日，组织12人医疗队参加了神舟十号运行段国内应急返回着陆区航天员现场医疗救护和医疗后送任务，并圆满完成任务，现将任务完成情况总结如下。

亚轨道飞行器推力常值损失下应急上升段飞行程序设计

针对亚轨道飞行器(SRLV)应急返回任务,在分析不同故障时段所具有的飞行特点的基础上,提出一种发动机推力常值损失下应急大气上升段飞行程序设计方法。该方法采用随动压变化的正攻角设计方案用于故障后飞行程序设计,使得不同故障时刻SRLV均能够安全到达低动压环境。仿真结果表明,不同故障时刻,该方法均能够在满足弯矩约束、攻角限制的情况下使得故障飞行器安全到达预定高度,为后续应急返回机动飞行提供了有利的飞行条件。

多层螺旋CT在+Gx作用致猴多器官损伤研究中的应用

目的观察飞船应急返回高过载致猴内脏损伤的影像学改变。方法8只健康雄性成年恒河猴被随机分为+15Gx组、+18Gx组和+21Gx组,分别在动物离心机上承受相应峰值的抛物线形过载曲线作用;8只恒河猴分别在实验前、实验后2h、24h、7d进行多层螺旋CT(multislicespiralcomputedtomography,MSCT)检查,并对+15Gx组行脑灌注成像。结果各Gx组在过载作用后即刻肺脏出现了不同程度的气肿,部分出现气胸、肺出血;7d后肺部影像基本恢复正常。灌注成像显示+15Gx过载作用后2h、24h大脑呈缺血性改变,7d后血流灌注基本恢复正常。其它实质脏器如肝、胆、胰、脾、肾脏、睾丸未出现明确损伤(仅一例出现肝脏的局部损伤)。结论飞船应急返回高过载主要引起肺部损伤和脑缺血性改变,MSCT可早期检出损伤,并具有扫描速度快,重复性好,分辨率高的特点,在载人航天过载损伤的研究中具有广阔的应用前景。

一种短航程再入解析预测校正制导方法

针对载人探月飞船高速再入返回问题,提出了一种短航程低过载的再入解析预测校正制导方法。引入大升阻比航天器滑翔式再入的概念,通过设定再入过程中滑翔段轨迹形式,利用轨迹参数描述滑翔段轨迹,推导出预测航程的解析公式。为使终端误差满足要求,通过试位法校正轨迹参数,并换算得到倾侧角制导指令。在偏差条件下进行仿真,实现了飞船2100 km任务航程下400~450 s内以低于6.5g0的过载再入,结果表明,所提制导方法具有较高的精度和较强的鲁棒性,为载人探月飞船应急快速返回提供了参考思路。

基于混合最优控制的运载器任务中止能力评估方法

为进一步提高航天运载器故障下飞行的可靠性,提出了适用于多级入轨运载器故障的自主任务规划策略。基于混合最优控制进行飞行任务规划建模,以此为基础进行中止逻辑系统和快速轨道重构/生成框架设计,在统一的框架下综合分析评估助推级及上面级的任务中止能力并进行最优轨道重构。通过发动机节流阀故障下飞行仿真表明,该方法可以在中止能力评估的基础上进行最优轨道重构,最大限度保障飞行器的任务完成能力。所提出的方法可以拓展应用于多级运载器的总体方案设计阶段,分析不同总体设计参数对运载器中止能力的影响,从而选择确定最优参数。

载人航天60问(12)

航天飞行是一种风险较大的事业，无论是正常返回还是应急返回都有可能出现危及航天员生命安全的意外情况。这种意外可能发生在航天飞行任务的各个阶段，如待发段、上升段、轨道段和返回着陆段。针对航天飞行任务的各个阶段可能出现的重大故障或事故，在工程技术、医学防护和救护上都采取了相应的应急救生措施。

美国新的宏伟空间计划 制造自由号空间站 重登月球 火星载人飞行 发射行星探测器

在华盛顿召开的世界空间代表大会上,65个国家的4000名专家聚集在一起,提出了3000多篇报告。大会主席是美国副总统奎尔,他在开幕词中称,美国要制造自由号空间站,通过国际合作方式于1996年把它送上太空,以便2000年永久住人。

世界航天大事集锦(七)

(1976年—1977年)9月15日,苏联发射联盟22号飞船。飞船绕地球飞行127圈,历时7天21小时54分。9月23日飞船返回。11月29日,苏联发射宇宙869号无人飞船,进行联盟T飞船试飞。19766月6月22日,苏联发射礼炮5号空间站入轨。运行期间空间站先后与3艘载人联盟号飞船对接,其中两艘对接成功。