中国空间站环境控制与生命保障系统任务可靠性评估

空间站环境控制与生命保障系统是确保航天员在轨健康生活与高效工作的关键系统。在中国空间站发射前和在轨稳定运行3年后对该系统开展任务可靠性评估。首先建立系统功能框图,在对配套产品可靠性贡献进行分析的基础上进行系统可靠性建模。然后综合使用多种试验数据来源,在采用贝叶斯方法和威布尔分布模型对产品进行可靠性评估的基础上,使用CMSR法进行系统级别可靠性评估。评估结果说明随着中国空间站在轨任务规划和工作模式的明确,以及在轨飞行数据积累与评估样本量增加,运行3年后评估可进一步准确掌握中国空间站环控生保系统的可靠性水平。系统中不可在轨更换维修的产品具有较长的寿命与较高的固有可靠性。对于在轨可更换维修产品,根据评估结果将其延寿工作与可靠性要求相结合,明确了空间站环控生保系统寿命与可靠性薄弱环节及系统可靠性变化趋势,可为后续制定中国空间站环控生保系统在轨维护方案、在轨备件计划、上行物资清单等工作提供更为准确的参考依据。中国空间站环控生保系统未来随着在轨维修更换和单机可靠性增长工作的进行,可进一步保障系统任务可靠性。本文提出的可靠性建模方法与相似产品数据使用方法,可构建较为合理的可靠性模型并极大地扩充评估数据来源。

载人航天环控与生保标准现状概述

环境控制(简称环控)与生命保障系统(简称生保)作为载人航天器(或载人空间平台/基地)的分系统,直接关系到航天员的身体健康与安全,是载人航天的关键系统,也是区别于不载人航天器的根本所在。本文简介载人航天环控与生保技术发展与标准现状,概述ISO标准、MCB标准和ECSS标准相关内容,针对我国现状,提出以下建议:借鉴国外经验,从用户及应用角度出发,围绕环控生保两大任务及技术要素进行标准体系策划;标准项目去型号化,重点规定技术要求以及接口;采用谁使用就由谁主导制定标准的原则,充分满足用户使用需求。

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。

再生式环控生保技术研究及进展

环控生保系统 (ECLSS) ,是载人航天器最具载人航天特征的一个重要系统 ,是直接关系到航天员生命安全的不可缺少的保障条件。本文介绍了构成再生生保系统氧、水闭路的主要技术 ,比较、分析了各技术的优劣 ,指出了今后研究发展的方向。

模拟微重力条件下的膜式水气分离器的实验研究

目的研究中、长期载人航天任务中微重力条件下的水气分离问题。方法利用自行研制的水气分离组件和不同材质、规格的亲水微孔滤膜,对不同压力和配比的水/气混合物进行分离实验,并研究了重力对分离的影响。结果将4～6L/h水、2500mL/minO2组成的混合流体分离成不含水的气流和含气量<1%的液流,对液流中含有的微量气体的来源和含量进行分析,证明重力对分离过程无影响。结论水气分离组件设计合理,亲水微孔滤膜具有在微重力条件下进行水气分离的能力,需进一步研究并有广阔的应用前景。

载人飞船环控生保自学习智能决策支持系统的设计与实现

目的在载人飞船飞行期间监控环境控制与生命保障系统(environment control and life support system,ECLSS)的工作状态,对故障进行诊断和决策支持。方法依据决策支持系统、神经网络和专家系统原理,设计出了环控生保决策支持系统(ECLSS Decision supporting system,EDSS)的基本结构,运用故障树分析方法进行故障划分,形成专家知识,并将神经网络与专家系统相结合进行自学习。结果在2人5天的“神舟”6号载人飞行试验中,软件系统得到了全面考核和验证,为试验任务的圆满成功提供了良好的技术支持和保障。结论所建立的决策支持系统能够准确、迅速地进行数据判读和故障诊断,数学模型设计正确,参数预测结果合理。

载人航天器环控生保系统50年研制回顾与展望

本文集成载人航天50年来的相关资料,从载人航天器环控生保系统(ECLSS)的分类与应用选择、研制历程和主要特点、美国和俄罗斯技术进展以及未来目标四个方面,系统综述载人航天器环控生保系统研制的发展历程和发展趋势。

4人180天受控生态生保系统集成试验概述

4人180天受控生态生保系统集成试验是针对深空探测后续长期载人航天任务需求开展的关键技术预先性研究。该试验以未来月球或火星航天员基地受控生态生保系统的研制及其工程化为任务背景,在中国航天员科研训练中心长期实验室研究和初步系统集成试验研究的基础上开展的由4人乘组参与的集成要素多、封闭时间长、物质闭合度高的受控生态生保系统集成技术试验。试验系统引入受控生态概念,以生物再生为主要技术特征,有机融合物化再生技术和基础性环境控制技术,构建成适合多乘员长时间驻留的第三代载人航天环境控制与生命保障的试验系统。本文概述了试验平台基本情况、志愿者乘组情况、试验项目设置、试验条件控制、试验基本结果等内容,并初步讨论了受控生态生保系统集成试验的科学目标与未来发展前景。

受控生态生保技术综合实验系统的研制

目的建成受控生态生保技术综合实验系统,为下一步开展受控生态生保系统的整合实验和系统内物质闭合循环实验研究构建试验平台。方法在大量方案调研、方案设计和图纸设计的基础之上,通过加工、安装和联合调试等技术手段来实现。结果该系统容积约为40m3,其舱内温度、相对湿度、氧浓度、二氧化碳浓度、总压、光照强度、光照周期、栽培基质水分含量和乙烯浓度等参数均得到有效控制,系统运行稳定;栽培系统包括左右两排,每排分为上下两层;栽培床总面积约为8.4m2,其上下垂直距离电动可调;光源为红色和蓝色两种发光二极管的组合。结论该试验平台的成功研制,为下一步开展大规模受控生态生保技术整合试验研究创造了必备条件。

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。

飞船环境控制与生命保障系统

环境控制与生命保障系统是飞船上十分复杂和相当重要的分系统 ,是实现载人航天必须要突破的一项关键技术。本文着重论述了系统的功能任务、技术要求及系统的主要技术 ,对系统的试验验证工作也进行了讨论。

再生式环控生保系统水气分离技术研究进展

中长期载人航天飞行必须采用环控生保系统实现水和O2的再生,微重力条件下水气两相流体的输运和分离是再生式环控生保系统的关键技术。本文介绍了微重力条件下基于物理/化学再生法的水气循环再生的一般工作模式和水气分离的物理途径,归纳了水气分离技术研究现状及典型应用,重点论述了水气分离器涉及的关键技术问题,在此基础上,提出了我国中长期载人航天飞行水气分离技术的发展方向。

航天器人-机-环境密闭舱试验系统构建方法研究

目的研究载人航天器人-机-环境密闭舱试验系统的构建内容和构建方法。方法依据相似理论试验方法,分析地面试验与空间飞行的主要差异,保证环控生保系统重力下可靠工作,确定了人-机-环境试验系统的设计内容和设计方法。结果利用该方法构建了一套试验系统,试验系统性能良好、运行稳定,已应用于交会对接任务环控生保系统性能研究。与飞行数据比对表明,该试验系统空气流动和换热状态与微重力环境下基本一致。结论提出的人-机-环试验系统构建方法合理有效,易于实现,满足当前任务需要,可为后续任务类似试验系统研制提供参考。

载人航天器废物收集系统发展回顾及启示

废物收集系统是载人航天器环控生保系统的重要组成部分。本文集成了50年来的相关资料,重点阐述了美俄废物收集系统的发展历程,并从人机工效学的角度上分析了废物收集系统发展特点及对我们的启示。

航空与航天大气环境医学工程及其进展

[目的 ]阐明突破空间大气环境障碍的人机工程内容之一航空航天大气环境医学工程的作用 ,地位与相互关系及主要进展。 [方法 ]在运用苏俄和美国等有关资料以及我国预研资料的基础上 ,对航空航天大气环境医学工程进行较系统的阐述。 [内容 ]航空航天大气环境因素的危害、航空大气环境医学工程的作用、航天大气环境医学工程的作用、航空航天大气环境医学工程的相互关系。 [结论 ]航空航天大气环境医学工程的基本作用是防护低压、缺氧、高低温和舱内污染等 4大有害因素 ,它保证了飞行员和航天员的安全性并兼顾了航天员的适居性和工效学要求。航空航天大气环境医学工程的相互关系是 3个结合 :航空医学与航天医学 (医医结合 ) ,航空工程与航天工程 (工工结合 ) ,航空航天医学与航空航天工程 (医工结合 ) ,而且尚待进一步加强。资料表明 。

低压环境对油麦菜生长和生理特性的影响

目的研究低压环境中蔬菜作物的生长发育特性,为受控生态生保系统提供高等植物栽培技术。方法通过设置对照,采用对比方法研究不同压力对油麦菜生长和生理特性的影响。结果与常压(101.0 kPa)相比,总压40.0 kPa和氧分压8.4 kPa下油麦菜种子发芽率减少7.62%;生长基本正常,但生育期延迟,同期收获时生物量降低13.67%,总糖含量有所降低;前期平均光合速率和蒸腾速率低于常压条件,但后期光合速率和蒸腾速率有所增加;乙烯释放量减少38.79%,株高降低11.68%,叶面积、根系所占比例及根系活力分别增加15.43%、2.57%和40.53%。结论总压40.0 kPa和氧分压8.4 kPa对油麦菜种子发芽和生长有一定影响,应采取相应措施来调节其生长发育。

空间站环控生保分系统RMS设计思路和若干关键技术分析

为实现我国空间站环控生保分系统长寿命、高可靠的任务目标,既要充分重视系统的固有可靠性,又要通过及时、有效、安全的测试与维护确保系统的任务可靠性,需要做好RMS(可靠性、维修性、保障性)设计工作。结合环控生保分系统RMS工作前期理论探索和设计实践,探讨并行开展RMS工作项目的方法和技术方案,分析RMS综合权衡、可更换单元(ORU)划分、维修可靠性分配、产品可靠性和长寿命设计等方面的关键技术。

密闭系统中四种共培养植物光合作用效率研究

目的探讨大型密闭系统中几种共培养植物的光合效率等特性,为开展人与植物的物质交换实验提供基础数据。方法利用受控生态生保系统集成实验平台植物舱开展常压下生菜等4种共培养色拉型蔬菜的光合效率研究。植物共培养面积为36.0 m2;采用Hoagland营养液培养;光源为90%红+10%蓝LED组合光源,光照强度为450μmol.m-2.s-1PPF,光照周期为24 h;根据植物不同生长阶段调节CO2浓度,控制范围为0.2%～0.8%。结果系统运行平稳,环境参数控制状态良好,植物生长状态基本正常;共培养植物产O2量和CO2吸收量平均分别为0.915 kg.d-1和1.204 kg.d-1,植物平均每天能产生约1.1人呼吸所需的O2,同时吸收其排出的CO2。结论通过该实验,基本掌握植物共培养技术及系统放O2和吸收CO2的能力,可为开展多人多天的受控生态生保系统集成试验研究提供技术支持。

空间站尿液处理技术研究及进展

尿液处理再生技术是空间站环境控制和生命保障系统的重要组成部分之一,为了实现空间站水资源的循环利用和最大可能减少空间站水补给量,尿液再生技术的主要功能是将空间站中航天员排泄的尿液进行收集、处理和净化,从尿液中提取水分用于电解水制氧或航天员生活用水,从而实现空间站用水的回收再利用。文章介绍了目前国内外发展较为成熟的尿液处理技术,如渗透蒸发膜技术和蒸气压缩蒸馏技术,以及正在研究中的新型技术:冷冻浓缩及真空旋转蒸馏技术,并提出了未来发展方向。

静态水气分离器分离效率数值模拟

目的评估某型静态水气分离器的分离效率。方法采用计算流体力学欧拉-拉格朗日方法对静态水气分离器进行了数值模拟,建立水滴均匀和非均匀粒径的分离效率统计模型,考查水滴直径、气流速度分布、重力等多个因素对分离效率的影响。结果分离效率的计算值与试验值平均误差小于15%;给定入口气流速度分布,分离效率随着粒径的增大而提高;给定径向和切向速度,分离效率随轴向速度变化显著;考虑重力影响时的分离效率较高,粒径越大影响越明显。结论数值模型和方法合理,为该静态水气分离器性能改进提供了参考依据,并为其它形式的水气分离器性能分析提供了有效的数值方法。