基于舱外航天服头盔面窗透明件的边缘复合连接技术研究

舱外航天服头盔为多层面窗结构,压力防护是其首要的防护功能,面窗与金属盔壳之间的连接方式是关键。基于舱外服头盔面窗为聚碳酸酯基材、非规则曲面、端口弧线闭合、薄壁透明等结构特点,提出了一种聚碳酸酯面窗透明件的边缘复合连接方式,并开展了结构设计、仿真分析、原理样机研制、试验验证等工作,研究结果表明:该复合连接结构稳定可靠,性能满足应用要求。

舱外航天服头部空间主动降噪技术研究

为降低舱外航天服头部空间噪声水平,以保障通话效果和航天员听力,进行舱外航天服头部空间主动降噪技术研究。根据多入多出技术构建声场主动降噪模型,求解空间三维声全息函数,实现头部空间的噪声声场建模。考虑到实际部署的环境限制,设计基于部署约束的主动降噪算法,在空间场主动降噪系统中通过全局控制,完成空间场的主动降噪。经过实际场景的测试,提出的主动降噪算法在人耳处降噪效果为13.88 dB,有效降噪频率范围为450~2000 Hz,可有效降低低频段噪声。

俄美航天服回顾与展望

本文系统回顾了前苏联/俄罗斯和美国航天服的研制历史。俄美航天服的研发都基于高空压力服的技术,经历了从舱内航天服到舱内航天服与舱外航天服结合型航天服,再到舱内航天服与舱外航天服分开研制的发展路线。随着国际交流与合作的增加,俄罗斯与美国航天服的技术差异逐渐模糊,多功能和零吸氧排氮航天服是未来的重点发展方向。

3种温度标准下的舱外航天服手套的工效评价试验研究

航天员在进行舱外作业时会受到低温的影响,规划航天服手套的温度工效标准具有重要作用。以力量、疲劳、感知感觉和协调性为工效评价指标,在中指指尖皮肤表面温度为常温、15.6℃和10℃3种温度下试验研究了低温环境对手套作业工效的影响。试验发现:①中指指尖皮肤表面温度控制在15.6℃时,工效受到的影响还不明显。在设计手套时,应保证中指指尖皮肤表面温度控制在15.6℃以上;②中指指尖皮肤表面温度在10℃左右工效受到的影响较为明显,其中感知感觉指标受到的影响较大,然后依次为疲劳、力量和协调性。舱外航天服手套的温度标准对于液冷通风服的设计也具有实用的参考意义。

舱外航天服液温调节特性试验研究

目的研究舱外服的液温调节特性与换热量的对应关系，为液温调节阀的档位设计和自动温控设计提供依据。方法舱外服置于温度舱内，尽可能减小其与环境的热流；暖体假人着液冷服穿入舱外服内，模拟人体代谢产热；舱外服加压并控制余压40kPa。开启风机和循环泵，保证通风和液冷循环并实现设备产热；净化装置采用模拟件；利用地面设备模拟改变水升华器出口水温和冷路流量。热平衡时计算系统换热量。结果液冷换热量随着冷路水流量的增大和水升华器出口水温降低而增大；通风换热量随着冷路水流量的增大而减小，随水升华器出口水温降低而增大。结论舱外服换热量与冷路流量为非线性变化关系；舱外服液温调节阀的分流特性应分段设计；在满足最大换热量的前提下，水升华器出口水温应控制在5～7℃。

舱外航天服无人低压试验技术研究

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。

飞天舱外航天服适体性设计方法与验证

适体性是舱外航天服工效保障能力的基本要求。为确保出舱活动任务的顺利实施,开展了飞天舱外航天服适体性设计实践。根据飞天舱外航天服的结构构形,确定适体性设计原则,采用被动适体和主动适体融合设计;分析讨论了舱外航天服适体性设计因素,以身高等人体参数作为主要参考数据完成了适体性设计,并开展了无人、有人适体性验证试验。试验结果表明:飞天舱外航天服对人体匹配性良好,穿服平均时间147 s,脱服平均时间77 s,脱指量接近零,飞天舱外航天服适体性满足使用要求。

金属氢化物冷源传热传质分析

为了验证冷源系统是否能满足出舱航天服的需要 ,本文针对一套开放式金属氢化物冷源系统 ,建立数学模型 ,对其制冷和再生阶段的传热传质过程进行了分析。研究结果表明 ,金属氢化物热泵能够满足宇航员出舱活动中的散热要求 ,其体积与水升华器相当 ,质量损失小 ,并且能够通过控制反应床的压力调节出口水温 ,可控性良好。而在返回舱内后 ,调节冷却水流量、反应压比 ,可以使氢化物在 3 0

舱外航天服头盔滤光面窗的设计与实现

针对舱外航天服头盔用滤光面窗,分别从需求分析、技术指标体系建立、设计与仿真计算、工艺试验、环境适应性考核验证等方面,开展了滤光面窗技术研究,研制了ITO膜/Au膜/PC面窗结构的滤光面窗。结果表明:该滤光面窗能有效衰减紫外线,过滤可见光,遮断红外线,对近地轨道空间环境具有良好适应性。

基于生物力学的舱外服对人体上肢施力能力影响预测

目的探索生物力学建模方法在人-舱外服作业系统工效分析中的应用,量化舱外服对人体上肢施力能力的影响。方法通过开展着常服和着舱外服两种工况下的最大施力能力实验,采集了9名受试者在8种出舱活动典型功能操作中的最大力,进而采集了9名受试者的肩关节前屈/后伸/内收/外展和肘关节弯曲/伸展的等长最大自主收缩力矩作为单关节力量限制;根据人体运动生物力学模型和人-舱外服耦合运动生物力学模型预测两种工况下,不同功能操作的肩关节力矩和肘关节力矩随手部操作力的变化规律,进而根据每个受试者的单关节力量限制预测两种工况下的功能操作最大力;对比预测力量和实测力量,验证模型预测结果的正确性。结果两种工况下预测力量和实测力量果具有很高的一致性,模型预测的着舱外服人体不同位置施力能力下降规律与实际测量一致,但预测的下降率小于实测下降率。结论本研究建立的人-舱外服生物力学建模方法和基于单关节力量限制的施力能力预测原理,能在一定程度上预测不同操作位置舱外服对人体上肢施力能力的影响,拓展了人-舱外服作业系统工效分析方法。

舱外航天服视野设计中的虚拟视域仿真建模

目的探讨一种用于舱外航天服视野设计和分析的虚拟视域仿真建模方法。方法利用Solidworks软件建立三维人体模型,在对软件进行二次开发的基础上,充分利用软件提供的聚光源特性,建立了模拟人眼视锥及人眼运动的仿真算法,从而在Solidworks软件中实现人穿着舱外服后的虚拟视域仿真分析。结果将所建立的模型用于舱外服视野分析,其结果与人-服试验过程视野工效测试结果相一致。结论该模型可应用于舱外航天服设计过程中,对于其它具有工效要求的产品设计具有参考意义。

基于人体模型的舱外航天服热系统分析与计算

分析了舱外航天服空间换热的特点,对“空间环境-舱外航天服-人体”热系统进行了传热分析,利用Visual C++6.0及OpenGL技术进行了三维人体模型的构造,对人体体表温度的计算结果进行了三维图形显示.结合人体热调节模型建立了“空间环境-舱外航天服-人体”热系统仿真技术,分析了航天员在不同代谢模式、被动热防护状态及液冷、通风系统控制情况下的热状态,确定了各代谢活动水平下航天员达到舒适状态时液冷、通风系统的工作条件,利用暖体假人试验结果对系统仿真进行了验证,结果表明二者吻合很好,本项目具有很好的工程应用价值.

手的热特性实验研究

恶劣的太空环境 (极低温、真空、电离、辐射等 )使得航天员在舱外活动常常感到冷 ,甚至不得不因冷而提前回舱 ,给手套采用外加热已成不争的事实 ,而加热方法的优化必须基于手的数学模型的计算 ,但目前还没有在满足工效情况下的手的温度场实验和数据报道 .为给数值模拟模型计算和验证提供可靠的数据 ,设计了手的最低温为 1 5℃时的温度场实验 ,对坐。

舱外航天服不同装夹状态下有限元分析及试验验证

目的利用有限元分析的方法为舱外航天服振动试验装夹状态的选择提供有效的计算依据。方法建立舱外航天服有限元模型,通过模态分析与试验数据的比较,验证了所建模型的正确性,进而进行正弦振动下的响应分析,得出两种不同装夹状态的响应。结果通过两种不同装夹状态下的响应分析,可以得出用模拟装夹方式更接近真实安装状态,舱外服用模拟支架进行正弦振动试验更合适。结论有限元分析方法可以为产品试验提供可靠的分析数据,对于复杂结构,振动试验时尽可能真实地模拟安装状态,可以避免过试验。

水下训练服通风散热特性分析与验证

目的研究水下训练服的通风散热特性。方法采用环形夹层的混合对流传热模型,夹层两侧分别为等温壁面和对流条件,建立水下训练服通风散热计算模型。同时利用现有水下训练服,以暖体假人模拟人体代谢产热,开展水下训练服通风性能实验,验证计算模型的正确性。结果理论计算值与实验数据一致,水下训练服的通风散热量在30～60 W范围内,上下肢及躯干散热量比为4∶3∶13。结论本文建立的计算模型正确,可以应用于水下训练服通风换热系统的设计计算与分析。

面向出舱活动的典型功能操作肌肉激活预测

面向出舱活动中航天员肌肉状态和体力负荷的风险评估,为了实现航天员肌肉激活的预测,开展了着常服和舱外服两种工况下不同操作位置的推、拉、提、压共8组典型功能操作实验,测试航天员最大施力能力的同时采集了肱二头肌长头、肱三头肌外侧头和三角肌前束的肌电信号。提出基于人-舱外服耦合运动生物力学模型预测着舱外服人体的肌肉激活,并预测了两种工况下8组典型功能操作的肌肉激活。通过预测结果和积分肌电值的相关性分析,验证了模型预测的有效性,为研究人-舱外服真实交互方式提供了新的方法学思路,对肌肉激活的预测为出舱活动任务规划提供了生理学依据。

舱外航天服天线设计及仿真验证

为提高未来新型舱外航天服天线的性能,解决将天线层与服装热防护层共形和使馈电网络适应舱外环境温度的问题,提出采用织物振子天线形式作为舱外航天服天线整体方案,从天线层结构和馈电网络两方面对舱外航天服天线进行结构设计。根据舱外航天服天线安装位置,建立了相应的仿真模型,采用天线辐射体、热防护层及服装整体一体化电磁仿真技术,对其增益覆盖性进行分析。仿真结果表明:背包方案的舱外航天服天线全向性和增益覆盖性性能较好,增益在-12 dBi时收发天线的覆盖性可以达到90%以上。

火星使命“福布斯-土壤”/“萤火”一号分析(续)

俄罗斯"福布斯-土壤"使命将于2011年发射,这是俄罗斯自1996年"火星-96"发射失败以来的第一个火星探测项目。这项火星使命的主要目的是采集火星卫星火卫一的土壤样品并返回地球进行分析,同时对火卫一与火星及火星环境进行科学探测。"福布斯-土壤"使命将搭载3项火星探测项目,即中国"萤火"一号探测器、美国"微生物行星际飞行生存能力实验"(LIFE)和芬兰火星"气象网"(MetNet)先遣使命。本文分析苏/俄火星探测历史,阐述"福布斯-土壤"及其搭载项目的系统构型,科学目标与有效载荷,以及飞行运作程序。首创的火星卫星探测方法与广泛的火星探测国际合作是"福布斯-土壤"使命的两大特点。

“飞天”舱外航天服便携式生保系统研制

介绍我国研制的"飞天"舱外航天服便携式生保系统的方案原理与组成,突破的关键技术及系统达到的技术指标,并给出飞行试验验证结果。

空间站出舱活动分离救援技术研究

航天员进行出舱活动时,存在与空间站分离的可能性,涉及航天员安全。救援与空间站分离的航天员,是出舱活动必须考虑的问题。对此,总结了救援技术的发展历程,从人机能力及特性的角度,重点研究了救援的关键技术,包括分离可能性和分离状态分析、救援策略和机制确定、救援系统设计;提出现阶段应以航天员驾驶救援装置返回空间站为主,同时分析了人服特性对控制系统的影响,以及相关新技术的应用前景,指出救援技术的发展趋势是人机系统机动能力的整体提升,可为设计建造实际的救援装置提供思路。