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。

舱外航天服除湿装置除湿及再生特性

在舱外航天服环境控制与生命保障系统中,除湿装置能够对介质气体中湿气进行去除,可有效提高CO_(2)分压传感器的测量灵敏度。为适应舱外航天服的使用模式、出舱时间,同时延长除湿装置在舱外航天服中的使用次数,提出了使用舱外航天服氧瓶剩余氧气进行硅胶吹扫再生的方法,为分析除湿装置的除湿特性、再生特性以及使用模式对其性能影响,首先对比了氯化钙、变色硅胶和细孔硅胶等干燥剂的物理特性和除湿性能;其次,采用纯氧吹扫的方式对变色硅胶进行了除湿再生试验研究;最后,对比分析了除湿装置使用模式对其除湿性能的影响特性。试验结果表明:CaCl_(2)颗粒的除湿效果优于变色硅胶,但吸湿后CaCl_(2)干燥剂会出现坍塌短路的现象;在相同试验条件下,变色硅胶的连续除湿时间为32 h,而细孔硅胶的连续除湿时间为23 h;除湿过程经过暂停后,除湿特性发生变化,间断模式的出口绝对湿度随着除湿时间的增加而有所增大,并且高于正常模式下的出口绝对湿度。变色硅胶的物理特性稳定且在满足除湿要求下的除湿时间较长,更适用于该系统中的除湿装置;且变色硅胶经过纯氧吹扫后可循环使用,具备多次除湿功能;间断模式会造成硅胶内部含水量的重新分配,降低除湿装置内硅胶的整体吸湿能力。本研究为舱外航天服环境控制与生命保障系统中除湿装置干燥剂的选择以及再生特性的优化提供了基础数据和理论指导。

一种适用于载人航天飞行的针织手套设计及性能分析

针对载人航天飞行任务中航天服配套的舒适手套,开展研究设计与样品试制,以传统的纯棉天然纤维与高性能的聚酰亚胺纤维2种材料织造的针织手套为对象,在力学性能、吸湿性、透气性、热传导性等方面进行比对实验与分析,同时针对聚酰亚胺在卫生学、远红外等原生特性方面开展实验验证。结果表明:相对于棉针织手套,聚酰亚胺针织手套的力学性能与热稳定性更优,使用过程中脱出物更少,对载人航天飞行应用的环境更加友好;基于聚酰亚胺纤维的低吸湿与低导热特性,在航天服内部人手出汗与环境温度变化下的干湿态转换过程中,针织手套的性能损失较小;聚酰亚胺纤维原生性的远红外特性与抗菌抑菌能力能够为针织手套在肢体末端湿冷环境下提供更好的温热性与卫生学满足性。

舱外航天服下肢关节阻力矩迟滞特性研究与建模分析

舱外航天服关节阻力矩是评价航天服工效性能以及规划航天员出舱作业任务的重要指标。为研究航天服关节阻力矩的迟滞特性,首先总结了关节阻力矩的产生原因,得到了下肢关节阻力矩与运动角度之间的迟滞关系。其次,采用了Jiles-Atherton模型去描述关节阻力矩的迟滞特性,同时在实际关节阻力矩数据的基础上,提出了一种模拟退火-粒子群优化算法去辨识Jiles-Atherton模型参数。最后,与改进型粒子群算法相比,所设计的模拟退火-粒子群优化算法收敛速度分别提高了15.58%和10.91%,计算精度提高了29.31%和11.77%,且对未知关节阻力矩预测误差分别减小了10.89%/25.73%和0.96%/22.2%,验证了设计算法的有效性。另外,根据建模误差特点设计了误差补偿函数,所辨识的Jiles-Atherton模型在误差补偿后对未知关节阻力矩预测误差进一步减小了46.49%/10.95%。计算所得模型可为后续舱外航天服关节助力技术研究提供理论依据。

对抗微重力环境下肌肉骨骼废用性病变的压力服装研究进展

针对航天员在微重力环境下的肌肉骨骼去重力性适应问题,以人体生物力学与服装功效学为研究背景,介绍了对抗微重力环境的压力服装的研究现状,分析了空间站现用压力服装和文献报道中的原型服装的对抗机制和结构功效特点,总结并完善现有评价方法。研究认为:该类压力服装存在重力加载量不足、性能测试单一的问题,应深入优化纺织成形工艺,探究服装力学性能与人体所需载荷的关系,结合多学科技术,全面评价服装加载功能性、穿着舒适性和人体生理适应性;研发持久稳定、透湿舒适的新型材料,提高评价方法的智能化和准确性以及将该航空压力服装技术转化为卧床患者康复措施是未来的发展方向。

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。

水下训练服中性浮力姿态的一种量化测试方法

出舱活动模拟失重试验和训练中,复杂作业时需要水下训练服的姿态在直立位、水平位之间调整,由于缺乏对服装中性浮力姿态的定量描述,通常情况下配平难以达到模拟在轨失重状态时姿态大范围变化要求。分析了水下训练服的姿态及其受力关系,总结了水下训练服中性浮力姿态描述的定量指标,提出了一种姿态测试方法,设计并研制了一套姿态测试系统,并对水下训练服进行实际测试。结果表明:该指标可有效描述水下训练服的中性浮力配平姿态,提高配平效果。该指标也适用于其他水下中性浮力设备。

登月航天服头盔显示界面色彩设计

为研究月球探索任务中不同色相在登月航天服头盔显示界面中的显著性程度,设计了灰色和黑色两种背景下的色相视觉搜索试验,通过计算平均反应时间对目标色和干扰色的显著性程度进行评价。试验结果表明:背景色对搜索效率具有显著影响;月球的环境颜色包含灰色和黑色,需选择适用于这两种背景的颜色作为登月航天服头盔显示界面的色彩;红色作为目标色时显著性最强,适合作为重要程度或紧急程度较高的信息的颜色;青色和蓝色作为干扰色时显著性最弱,适合作为重要程度或紧急程度较低的信息的颜色。上述结论可为登月航天服头盔显示界面的色彩设计提供理论基础。

舱外服用补水单向阀设计与验证

设计了一种开启压力小于5 kPa、反向截止压差不高于30 kPa的轴流式单向阀。单向阀采用真空电子束整体焊接结构,实现了单向阀小型化、轻量化约束下的高可靠外密封;运动副中导向面长度与导向面直径之比控制在1.25,焊缝位置距离密封副10 mm,导向面与密封面的一体化设计,使单向阀在30 kPa反向截止压力时能够实现反向截止可靠密封;设计的锥面密封副结构使单向阀流阻控制在5 kPa以下。单向阀已完成功能性能及寿命试验验证。结果表明:轴流式单向阀结构设计合理,方案具有体积小、质量轻等优点,动作次数满足6000次的长寿命使用要求,现已实现在轨成功应用。

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。

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。

中国载人航天器环境控制与生命保障技术研究

中国载人航天器环控生保技术经历了预先研究和局部技术卫星试验,进行了"神舟"飞船环控生保分系统的研制,并进行了物理化学再生式环控生保技术和受控生态生保技术的研究。本文主要介绍了上述过程环控生保系统技术的研究进展,并分析了环控生保系统的技术特点。

航天服手臂运动学建模及其关节力学特性的测试

介绍基于随动式测量机器人的航天服关节力学特性测量原理 ,根据舱内航天服手臂的特性建立基于机器人运动学的数学模型 ,提出基于神经网络的逆运动学算法进行航天服关节角度的计算 ,并采用基于泛化能力的网络构造算法进行神经网络拓扑结构的优化设计 .

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。

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 。

舱外航天服试验用暖体假人的研制与性能分析

研制了一种新型易拆装结构且具有多种测量模式的暖体假人,实现了针对舱外航天服特殊穿着条件下的试验测量.介绍了该暖体假人的设计原则、结构特点和拓展功能.试验表明,在不同测量模式和环境设定下,该暖体假人都具有良好的动态响应特性和测量精度.

航天服隔热材料技术研究进展

为明确我国未来航天服被动热防护技术的应用发展方向,结合国内外在用近地轨道航天服隔热材料技术的发展现状和先进航天服隔热材料的设计需求,对先进航天服隔热材料的相关研究进行了评述。目前,多层隔热组件是在近地轨道和月面等高真空环境下隔热效果最理想的材料,但为提高服装的活动性能和对空间环境的适应能力,需作进一步改进。纤维类材料在航天服隔热应用方面具有传统优势,但在面向火星任务为代表的低真空环境的深空探测中,未能达到热导率和材料厚度相结合的隔热目标;气凝胶类材料具有较低的热导率,在火星大气环境下具有最好的隔热性能,但无法规避粉尘污染及机械耐久性等问题。研究具有更细纤维尺度和特殊空隙结构的纤维种类,制备具有柔韧耐久特质的有机气凝胶材料,探索具有不同技术优势的材料的组合应用,将成为解决未来先进航天服隔热问题的主要途径。

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。

基于暖体假人代谢模拟的“飞天”舱外服热防护特性试验研究

目的确定在轨空间环境下的舱外服整体系统的极限隔热能力(漏热率),验证系统被动热防护结构设计的正确性、合理性及特定防护结构的性能。方法通过空间外热流仿真计算确定轨道出舱活动可能经历的极限热工况和极限外热流,采用红外笼和液氮模拟舱外服的空间热流和热沉;用暖体假人模拟舱外服内人体代谢和温度控制。结果采用上述方法构建了人-舱外服-外热真空环境试验系统;通过对真空无热沉、冷黑背景和不同外热流施加的热状态比较、外部散热控制法和暖体假人热补偿法的比较,形成了验证和评估系统热防护性能的综合技术方法。对飞天舱外航天服在模拟内外部热环境下进行了极限热防护性能测试和评估。结论对试验精度进行的分析表明试验结果具有很好的测试精度,能够对舱外服热防护性能进行验证和评估。

舱外航天服的轨道空间外热流计算方法

分析了舱外航天服在轨道空间环境的辐射换热热流。采用蒙特卡罗(MonteCarlo)法,计算了航天服及飞船处于各种相对位置时,航天服对飞船的红外辐射角系数;航天服相对于地球位于各种位置时,航天服对地球的红外辐射角系数;在一定太阳照射方向下,飞船及地球对航天服的太阳反射角系数。与文献数据比较,证明此方法计算舱外航天服空间外热流适用性强,结果准确、可靠,能满足工程使用要求。