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。

环控生保集成演示验证系统总体设计及其试验验证

目的研制环控生保集成演示验证系统 ,为未来中长期环控生保系统技术的研究创造一个先进的地面研究试验环境。方法将固态胺二氧化碳收集浓缩、Sabatier二氧化碳还原、全氟磺酸热电综合膜蒸发尿处理和固态聚合物水电解制氧等再生式生保技术、集中通风温湿度控制技术、测量控制等非再生式技术集成在一密封绝热环境中 ,并通过试验考核。结果系统及再生式各分系统主要技术指标满足要求 ,系统总体及各分系统的整合是成功的 ,基本上达到了系统整合部分闭环。结论系统方案设计合理 ,系统的主要性能技术指标满足要求。系统总体及所属各个分系统之间匹配与协调性良好 ,系统运转正常 。

地面密闭舱内人体代谢的物理模拟方法

目的在地面密闭模拟舱内 ,利用物理方法模拟人体代谢的几项主要指标 ,为在地面试验条件下考核和评价航天器舱内环境控制与生命保障系统的性能 ,提供人体代谢试验负荷。方法利用物理方法并结合地面模拟试验和环境控制系统的特点 ,对人体代谢指标进行单元模块化模拟。研制出以物理方法为基础的人体代谢地面模拟装置 ,为ECLSS在地面模拟试验舱内进行性能考核和评价试验提供必要条件。结果在地面密闭模拟舱内 ,比较准确地模拟了人体代谢的耗氧量、产二氧化碳量、产湿量及产热量 4项生理代谢指标。结论利用物理方法模拟人体代谢负荷是可行的 ,该方法具有较高的精度和控制能力 ,通过人体代谢地面模拟装置连续向模拟试验舱内提供人体代谢的负荷量 。

一种基于时间序列的环控生保系统遥测数据预测方法

为实现环控生保系统在轨故障预测与健康管理,研究系统遥测数据的时间序列信息。通过预测关键遥测数据的变化趋势,实现在故障出现之前对其识别、预判。结合环控生保系统遥测数据的特点,通过AIC与BIC相结合的方法确定预测模型。运用该模型对实际工程中遥测数据进行预测验证,结果表明采用该方法对氧分压数据进行前向6点预测,预测精度可达98.2%,可为后续系统在轨故障预测与健康管理提供基础。

环控生保系统离子交换树脂与强氧化性预处理剂的相容性研究

目的为高效回收利用环境控制与生命保障系统(环控生保系统)的卫生废水,探讨离子交换树脂与强氧化性预处理剂之间的相容性。方法通过物理结构和化学结构的定性分析,吸附性能和钙容量的定量分析,综合评价该型离子交换树脂与强氧化性预处理剂的相容性。结果形貌、元素、强度分析证明离子交换树脂物理结构稳定;红外和热重分析证明其化学结构稳定;2.5L离子交换树脂能有效处理约170L卫生废水,证明其吸附性能良好;钙容量为0.44mmol/mL,证明其与强氧化性预处理剂之间的相容性较好。结论本文方法可为环控生保分系统水资源利用提供参考;001×7型离子交换树脂可提升水回收效率,实现空间水资源的循环利用。

载人航天工程的后续目标与航天医学工程的研究方向

以载人航天为任务背景的航天医学工程学科在中国载人航天工程中发挥了重要的作用并得到了迅速发展。在此基础上 ,根据工程后续的 3个目标 :1 )突破航天员出舱活动技术 ,验证航天员的舱外作业能力 ;2 )突破飞船与空间目标飞行器的交会对接技术 ;3)建立一定规模的空间实验室 ,著者提出了航天医学工程研究在航天员选拔训练 ,工程设计的医学、工效学要求与评价 ,航天员医监医保与航天医学研究 ,航天器环境控制与生命保障技术研究 ,出舱活动与交会对接的相关技术研究和训练与试验模拟技术研究等领域的研究方向和重点。

基于PTFE软管的尿液收集软管组件设计及验证

尿液收集软管组件用于空间站环控生保分系统(ECLSS)中的大小便收集子系统,用于连接大小便收集子系统内产品或组件,传输工质。本文介绍了尿液收集软管组件的设计方案及验证试验。尿液收集软管采用不锈钢丝铠装聚四氟乙烯(PTFE)软管的设计方案,通过验证试验,结果表明该方案满足空间站大小便收集子系统软管组件的性能需求。