[科普中國]-航天壓力與成分控制設(shè)備

載人航天器環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)

載人航天器環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)是保障航天員在太空環(huán)境里存、生活和工作的基礎(chǔ)措施。是載人航天器的一個關(guān)鍵組成部分。隨著載人航天技術(shù)的不斷發(fā)展,環(huán)控生保系統(tǒng)也日臻完善，它的主要構(gòu)成是供氣調(diào)壓分系統(tǒng)、氣體凈化和污染控制分系統(tǒng)、氣體循環(huán)和溫濕度控制分系統(tǒng)、水供給和管理分系統(tǒng)、食品供給與管理分系統(tǒng)、廢物收集與處理分系統(tǒng),以及航天服分系統(tǒng)。

載人航天器環(huán)境控制與生命保障技術(shù)是載人航天器的標志性技術(shù)，其發(fā)展的速度和成熟度牽制長期載人航天器的發(fā)展速度。我國載人航天器環(huán)控生保技術(shù)的發(fā)展是我國載人航天事業(yè)發(fā)展的縮影，“神舟”飛船環(huán)控生保技術(shù)是我國載人航天工程技術(shù)取得重大突破的關(guān)鍵技術(shù)之一，標志著我國已經(jīng)建立了自主研發(fā)環(huán)控生保系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)和研制體系。1

環(huán)控生保系統(tǒng)功能環(huán)控生保系統(tǒng)的功能可以概括為以下8個方面：
(1)環(huán)境控制功能：控制乘員艙內(nèi)部的大氣壓力和氣體成分;控制艙內(nèi)的溫度、濕度和空氣流動速度;補充艙內(nèi)泄漏的氣體和監(jiān)測大氣。
(2)循環(huán)和凈化功能：利用高壓氧儲存器(pressure vessel)或超氧化物(如超氧化鉀)等對乘員艙供氧；填充稀釋性惰性氣體(如氮氣)；消除(吸收或還原)因人體代謝等排放出的二氧化碳；檢測和凈化大氣中各種污染物。
(3)水處理功能：飲用水和其他生活用的儲存和供應(yīng)；水的質(zhì)量保障和監(jiān)測;廢水的回收、凈化或處理。
(4)廢物處理功能：航天員大小便的收集和處理；生活垃圾的處理。
(5)飲食供應(yīng)功能：食品的儲藏和供應(yīng)；食品和飲料的調(diào)配和加工;進餐方式和餐具供給；飲用水的調(diào)配、加溫或冷卻。
(6)衛(wèi)生保健功能：提供衣物、用具和睡眠用品；乘員艙的清潔衛(wèi)生設(shè)備與醫(yī)學(xué)監(jiān)督裝置；運動與娛樂設(shè)施。
(7)安全與消防功能：各種安全救護、報警和防火設(shè)備與措施。
(8)艙內(nèi)外活動保障功能：根據(jù)航天任務(wù)要求，要提供以下的裝備和設(shè)施，主要有艙內(nèi)與艙外活動航天服(space suit)；過渡艙(airlock)；便攜式生保系統(tǒng)(portable life supportsystem，PLSS)；艙外活動機動裝置(maneuver-ing movable unit，MMU)等。2

壓力與成分控制技術(shù)座艙大氣壓力控制技術(shù)座艙壓力控制系統(tǒng)主要由氣源、氣路管閥件及執(zhí)行部分組成。系統(tǒng)具有以下幾個特點：

1)座艙總壓壓力制度設(shè)計選擇與地面大氣壓力一致的壓力制度，這一設(shè)計與目前國際上的載人航天器是一致的；

2)設(shè)計采用的高壓氧氣系統(tǒng)涉及到高壓設(shè)計和氧氣安全；

3)座艙大氣壓力控制系統(tǒng)是航天員的保命系統(tǒng)，因此系統(tǒng)設(shè)計要求有很高的可靠性,包括單機產(chǎn)品的高可靠性和系統(tǒng)的可靠性；

4)系統(tǒng)設(shè)計時必須符合醫(yī)學(xué)要求和工效學(xué)要求，包括大氣增壓速率和減壓速率必須符合醫(yī)學(xué)指標要求，涉及航天員操作的手動部件設(shè)計需考慮工效學(xué)要求；

5)飛船在返回前要對軌道艙進行泄壓，以確保返回艙與軌道艙的安全分離。1

座艙大氣凈化技術(shù)凈化系統(tǒng)技術(shù)在我國航天器上為首次研制和應(yīng)用,其技術(shù)特點有：
1)采用的凈化劑有很高的凈化效率，研制的氫氧化鋰凈化效率達80%以上；

2)裝填易碎的氫氧化鋰顆?；瘜W(xué)材料的凈化罐產(chǎn)品滿足航天力學(xué)環(huán)境要求是以往航天產(chǎn)品所未遇到過的；

3)飛船密閉艙內(nèi)大氣的有害氣體的產(chǎn)生是多方面的因素，要根據(jù)密閉艙內(nèi)可能出現(xiàn)的有害氣體，采取相應(yīng)的凈化措施，“神舟”4號返回艙返回后在艙內(nèi)測出氣體中一氧化碳濃度超標，為了確保“神舟”5號首次載人飛行的安全，環(huán)控生保系專門研制了用活性炭浸漬鉑鈀貴金屬催化劑的一氧化碳凈化罐；

4)凈化罐設(shè)計時充分考慮了防止氫氧化鋰粉塵的析出，結(jié)構(gòu)上有多層過濾層，因此，凈化罐在凈化有害氣體的同時，對密閉艙內(nèi)的空氣塵埃也起到清潔過濾作用；

5)對航天員大小便時產(chǎn)生氨氣、硫化氫等異味氣體進行凈化處理。1

座艙大氣溫濕度控制技術(shù)由于航天器的熱管理和熱控制技術(shù)關(guān)系到航天器的安全可靠性問題，所以一直是航天器系統(tǒng)研究的重點之一。
外回路中的輻射器是整個流體回路的主冷源。內(nèi)回路的設(shè)備分2類,一類是控制流體流動的設(shè)備，另一類是熱交換設(shè)備。其中冷凝干燥換熱器是內(nèi)回路的核心設(shè)備，通過冷凝干燥換熱器上的風機將艙內(nèi)的空氣強迫流過換熱表面，對氣進行降溫。同時，空氣中的水蒸汽冷凝成液態(tài)水。這種降溫除濕原理的流體回路熱控制技術(shù)在我國航天器上是首次應(yīng)用。1

座艙空氣通風技術(shù)環(huán)控生保系統(tǒng)在對座艙內(nèi)空氣的五大參數(shù)進行控制的時候離不開強迫通風。在微重力環(huán)境下，艙內(nèi)的空氣假如不進行通風的話，人呼出的CO2會在人的口鼻區(qū)造成局部的濃度積累，影響到航天員的安全。另外，為了滿足儀器設(shè)備散熱的需要，設(shè)備周圍也要有一定的通風環(huán)境。通風主要靠風機來實現(xiàn)。在飛船座艙總體布局設(shè)計時應(yīng)精心布各類風機的安裝位置，使整艙形成一定的風場。在載人航天任務(wù)中，對噪聲的控制也是一項特殊的要求。而在座艙內(nèi)機的噪聲是主要的噪聲源，因此，風機設(shè)計必須考慮噪聲控制問題。1