载人航天器生命保障系统

来源:百度文库 编辑:16楼社区 时间:2019/09/26 10:07:46
维持载人航天器密闭舱内大气环境,保障航天员安全、生活和工作的综合措施和设备。生命保障系统一般分为固定式和便携式两种。装在座舱内并有调温、调湿、调压、供氧、供食、大气净化等设施的为固定式,供航天员在舱内生活和工作使用。航天员出舱活动、登月或登其他星球考察则使用便携式生命保障系统。载人航天器生命保障系统是在飞机环境控制系统和生物卫星生命保障系统的基础上发展起来的。它除包括压力、温度、湿度、供气和空气分配等环境控制系统外,还设有航天员系统,即航天员的饮食、休息、睡眠、排泄等日常生活保障系统。此外,航天器与飞机的舱外环境不同,其环境控制系统也有差别自从1961年苏联航天员..加加林乘“东方”1号飞船进入宇宙空间以来,航天任务的内容不断扩展,续航时间增长,航天员不仅要长时间在舱内工作,而且还要出舱活动,在空间行走,直至登月探索。载人飞船、航天站和航天飞机的生命保障系统日趋复杂和可靠,已能满足多乘员、长时间、重复使用的航天任务要求。
载人航天器生命保障系统由6个分系统组成:载人航天器环境控制系统、载人航天器气体贮存系统、航天员供水和水处理系统、航天食品、航天员废物处理系统和航天服。苏联“东方”1号飞船的生命保障系统是一种较简单的短时间的综合保障装置。密闭舱内大气压力和氧分压接近地面标准,二氧化碳浓度低于0.5%,舱温保持12~15,相对湿度为45%~65%,舱内装有上述各项参数的检测设备,为航天员提供信息并向地球站传送遥测信号。利用碱土金属的超氧化物吸收舱内和人体排出的二氧化碳,同时释放氧气,供航天员呼吸。调温装置和空间辐射散热器组成温度控制系统,以调节舱内温度。舱内湿度靠控制去湿装置的气体流量来调节。航天员的食物是铝管包装的肉糜、果酱等膏糊状食品,进餐时用手挤压管壁,通过进入管将食物送进口中。在航天服加压情况下,可通过头盔食孔进食。加加林穿的航天服是一种结构简单的舱内服装,具有加压和通风功能。
美国“阿波罗”11号飞船载有3名航天员,续航14天。它有3套比较复杂的生命保障系统,分别设在服务舱、指挥舱和登月舱内。舱内采用100%的纯氧环境,为防止火灾,起飞前注入一些氮气。座舱压力调节器保持指挥舱内压力为34×10帕(0.34公斤力/平方厘米)。一旦舱体骤然泄压,应急供氧系统立即大流量供氧,维持座舱5分钟的安全压力,以保证航天员穿好航天服。温度控制系统具有两个独立的冷却回路,冷却介质乙二醇经离心泵循环流动,把人和设备产生的热量通过空间辐射散热器向空间辐射散热。航天服回路中的二氧化碳和臭气净化装置由两个装有氢氧化锂和活性炭的净化筒组成,两者交替工作。净化后的气体余热通过冷凝器由乙二醇带走,气体中的水汽通过水汽冷凝分离器变成冷凝水,周期地排入废水箱。主氧源是超临界压力低温贮存的液态氧。供水系统的水源来自氢氧燃料电池的副产品,经净化处理后供航天员饮用。航天员食物是袋装的各种脱水食品,加水后食用,味道接近地面膳食。睡觉使用睡袋。人体排出的废物经收集后贮存。登月服是具有液冷降温结构的舱外用航天服。服装背包内装有便携式生命保障系统和通信系统便携式生命保障系统(图1“阿波罗”号飞船登月用便携式生命保障系统)是一个自成体系的小背包,背在航天员身上,它为登月活动的航天员提供呼吸用氧、温度湿度控制、二氧化碳和废气净化,能保证航天员在月球上工作4小时。通信系统装在背包内。
航天飞机生命保障系统具有更高的可靠性,增加了关键分系统和组、部件的备份。航天飞机轨道器座舱采用与地面相同的压力和大气成分。舱压为0.1兆帕(760毫米汞柱),氧分压为21332帕(160毫米汞柱),二氧化碳分压保持667帕(5毫米汞柱)。相对湿度为17%~85%,舱温为18~27。湿度控制采用双级水分离机构。温度控制比较复杂,座舱废热通过热交换器传至水循环回路,再经液-液热交换器传到氟利昂冷却液管路,最后由空间辐射散热器向空间散出。空间辐射器是轨道运行段的主要散热设备。雾化式水蒸发散热器是3万米以上高空的辅助散热设备,4万米以下的返回段采用氨蒸发散热器作为散热设备。航天飞机的进餐设施已比较齐全,机上设有厨房,可以贮存食品,提供饮用水和食物加热。此外,备有餐桌、食物盘等进餐必需品和盐、调味汁、纸等。航天员的食物有脱水食品、饮料和紫外线辐照过的中等含水量天然食品。航天员用带子系住睡在床上。航天飞机生命保障系统最有特色的是舱外活动装备,它背在航天员背上,加上小火箭作为控制装置,人类能第一次不与其他装置相联系,自由地在空间活动和工作。这种舱外生命保障系统由氧气通风系统、冷凝湿度控制系统、供水系统、液体传输系统、高压氧源和告警装置组成。未来的星际旅行或长期在空间站生活必须有一个密闭生态系统,以维持人类需要的基本物质,供应足够的氧、水和食物。将植物带上轨道,并创造人工的地球环境,则在轨道上就能建立密闭的生态系统(图2密闭生态系统),人类就可以长期在太空生活。(尚传勋??叶永华)
转 ???自:中国运载火箭技术研究院