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神舟九号升空神女飞天梦实现
神舟九号飞船(简称神九)是中国航天计划中的一艘载人宇宙飞船,是神舟号系列飞船之一.神九是中国第一个宇宙实验室项目921-2计划的组成部分,天宫一号与神九载人交会对接将为中国航天史掀开极具突破性的一章.中国计划2020年将建成自己的太空家园,中国空间站届时将成为世界唯一的空间站.神舟九号飞船于6月16日18时37分发射,与在轨运行的天宫一号目标飞行器进行载人交会对接.此次飞行乘组航天员将开展相关空间科学实验,在完成预定任务后返回地面.对接过程中,航天员将实现手控交会对接,全面验证交会对接技术.
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医学超声在空间站的应用及展望
超声仪器作为常规的医学影像设备,在临床上已经广泛应用多年,深受广大医务工作者的推崇.自人类载人航天活动以来,超声仪器因具有体积小、质量轻、功耗低、无辐射等优点,成为空间站唯一的医学影像设备,在保障航天员健康和人体生物医学研究方面发挥了不可或缺的作用,并体现了重要的应用价值.本文首先回顾了在空间站上应用超声所取得的研究成果,然后介绍了目前国际空间站超声应用状况,并根据航天飞行中人体常见的变化,结合当今肌肉骨骼超声新技术发展趋势,展望未来超声在航天飞行中的应用前景.
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航天员因失重致废用性骨质疏松的机制及对策
我国首次载人航天飞行获得圆满成功,是继"两弹一星"之后我国高科技领域具影响力的里程碑工程.目前,神舟六号的各项工作已经启动,多名航天员要在太空停留多天,今后我国还要建立空间站,所以对太空失重引起航天员废用性骨质疏松(immobilization osteoporosis,IPO)的机制及对策的深入研究已经是当务之急,也是航天医学中迫切需要解决的重大问题.长期载人航天飞行中,航天员长时间生活在太空中,会因失重导致航天员废用性骨质疏松.废用性骨质疏松症是指由于长期卧床、制动或失重而导致骨量减少,骨细微结构退化致骨脆性增加,易于发生骨折的一种全身性骨骼系统疾病,属继发性骨质疏松症的一种特殊类型[1].
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空间站氯酸盐氧烛备份氧试验研究
目的 开展氯酸钠氧烛的试验研究,为空间站提供理想的备份氧源.方法 采用氯酸钠作为产氧物质,设计了氧烛试验件的结构,研制了氧烛专用启动药,用称重法测试了氧烛供氧性能.结果 自制氧烛试验件产氧的时间流量达标、供氧稳定,氧含量为99.8％,杂质气体含量得到有效控制,氧气质量符合人体使用要求.结论 自制氧烛试验件所产供氧性能、气体成分能够满足空间站应急供氧的技术要求,氯酸钠氧烛可作为我国空间站的备份氧源.
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空间站实验舱进出风口大小影响的数值研究
目的使舱内的流动与换热更好地满足空间站实验舱内的舒适性和仪器舱内的通风冷却性能的要求.方法在数值研究中,采用了更为接近实际状况的计算模型,模型考虑了通风管道及进出风口对舱内流场的影响,这种模型可避免对多个出风口的流量分配作出假设.在微重力条件下,研究了空间站载人舱通风系统中进出风口大小对空间站实验舱流场的影响.根据对空间站实验舱内的不同功能区域,提出了区域均匀性指标.结果根据研究工况的计算结果可知进风口渐扩和出风口渐缩这种变截面的进出风口的综合性指标好.结论在空间站的设计和建设中可以考虑使用这种变截面的方案.
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空间站Sabatier CO2还原装置实验研究
目的研究长期载人航天任务中舱室CO2催化还原处理的大气再生技术.方法研制了Sabatier CO2还原装置地面实验样机系统.结果在CO2流量为1.0 L/min(模拟3人平均排出量)时,反应起动温度可降到165℃,起动时间14 min;H2与CO2摩尔比分别为1.9、2.8、3.5、4.0和5.0时,贫组分一次通过转化率均高于95%;产物水无色,呈中性.结论 Sabatier CO2还原装置地面实验样机系统操作简便,性能达到了设计目的,处理舱室中3人代谢CO2量有较高的效率.
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受控生态生保系统中植物生长光源的选择
目的为未来的空间站受控生态生保系统中高等植物栽培筛选合适的照明光源.方法在空间高等植物栽培地面实验装置中进行;利用红蓝两种发光二极管的四种不同组合制成的灯箱作为照明光源;利用多孔管和多孔陶瓷颗粒无土栽培技术培养.结果红色发光二极管下生长的植株初期呈匍匐状,后期直立、细长;红色和蓝色发光二极管组合下的植株生长基本正常,但90%红色发光二极管+10%蓝色发光二极管组合下植株的综合指标佳.结论植株正常生长可采用红色和蓝色发光二极管的一定组合,以90%红色+10%蓝色发光二极管更为适宜.
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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,测试数据正确.
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空间站睡眠区不同送风角度下的流场仿真分析
目的通过分析空间站睡眠区内部流场,为睡眠区通风设计提供参考,并保障航天员睡眠的舒适与安全.方法参照实验样品建立三维空间站睡眠区的仿真模型,利用计算流体力学仿真软件Fluent对其内部流场、温度场以及浓度场进行了数值计算分析.同时,本文探究了不同送风角度对睡眠区内部气流组织的影响,选取头部速度比例、空气龄以及吹风感作为指标进行评价.结果送风角度为水平向下-10°时佳,不仅能够保证乘员的安全需要,而且能够满足热舒适性要求.结论仿真方法可以用于睡眠区后续的计算分析;送风角度对于睡眠区内部流场有较大影响,水平向下-10°优.
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居住舱通风系统送风形式对气流速度分布的影响
目的 分析舱内送风方式对舱内气流速度分布的影响,评价多孔材料模型预测孔板进风支管的可行性.方法 以某地面模拟居住舱为例,采用实验和数值模拟的方法给出梯形送风管道及孔板进风支管出流两种方案下居住舱的流场分布,并预测了舱段间回风对舱内流场的影响.结果 1)多孔材料模型可以比较准确地预测孔板进风支管流量,但无法实现孔板射流效应的模拟,舱内流场速度预测值略小于实验结果;2)当孔板进风支管与梯形送风管道两种方案下支管流量相差不大时,两者的舱内流速分布类似;3)舱段间回风会明显改善舱内气流分布.结论 合理的梯形送风管道和孔板进风支管两种方案下舱内速度分布类似,均可满足居住舱通风要求,舱段间回风气流会提高舱内气流速度.此外,在采用雷诺应力方程预测居住舱流场分布,且舱内紊流效应较大时,应采用瞬时速度评价舱内流速分布.
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空间站CO2去除系统对微量污染物的辅助去除作用研究
目的 评价空间站CO2去除系统对舱内大气微量污染物的辅助净化能力及微量污染物对系统去除CO2性能的影响.方法 按照空间站微量污染物模型,选取有代表性的11种微量污染物,采用10倍加速条件进行密闭舱注入,在模拟3人CO2代谢量条件下考核CO2去除系统对注入气体及CO2气体的去除效果.结果 在3人CO2代谢量条件下,空间站CO2去除系统对大部分微量污染物具有显著去除能力;该试验条件下的舱内微量污染物对CO2气体去除性能无明显影响.结论 CO2去除系统对舱内微量污染物净化可以起到一定的辅助作用.
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PEM水电解器中阴极钛集电器、双极板的氢脆防护
目的 作为空间站制氧装置的PEM水电解器在长时间运行中,阴极的钛集电器、双极板会发生“氢脆”导致接触电阻增大,水电解器能耗升高.为保证水电解器的稳定运行,需要对阴极的钛组件进行表面处理来提高防“氢脆”的能力.方法 通过使用热分解法在钛集电器、双极板表面制作了铂防护层,使用等离子溅射法制作了表面覆盖有金薄层的金/钛双极板.结果 阴极使用防氢脆处理的组件后,水电解器在1 A/cm2,80℃下连续运行3500 h后槽电压依然稳定,集电器与双极板均未出现“氢脆”现象.结论 采用合适的方法在钛组件表面制作铂、金保护层能够有效的防止阴极钛组件的“氢脆”.
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空间站冷凝热交换器亲水薄膜研究进展
为了保证空间站冷凝热交换器的水/气分离效果,必须研究性能优良的交换器内表面亲水薄膜.本文介绍了国内外各种亲水薄膜的研究进展和制备技术,比较、分析了各种薄膜的性能和制备技术,指出了γ-Al2O3亲水薄膜适用于空间冷凝热交换器,并介绍了其性能和制备技术.
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空间站SabatierCO2还原系统的比较分析
Sabatier CO2还原系统是实现空间站O2闭路再生的重要一环,本文通过对Sabatier的反应机理、动力学及热力学特性的分析,认为Sabatier反应是自限制温度及反应产物的反应,高效、性能优良反应器的设计在于控制反应器温度梯度;同时通过剖析不同系统流程所产生的性能差异,提出了空间站Sabati-er系统设计的优化方法.
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载人航天空间定向障碍及虚拟环境下的适应性训练
在空间站等具有复杂三维结构的大型航天器中,空间定向障碍严重影响了航天员的工作进程.如果航天员能够进行相关的飞行前体验和适应性训练,将减少空间定向障碍的发生.本文在分析了三种典型的空间定向问题和对抗方法基础上,针对失重仿真、视觉仿真和导航任务仿真3个方面,对常用的几种飞行前适应性训练方法进行了比较,分析虚拟环境下适应性训练方法的优势与缺陷,总结国内外基于虚拟现实技术的定向训练系统研究现状,并提出进一步的研究建议.
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长期空间站驻留后航天员返回地面时着陆冲击耐力分析
在长期空间站驻留期间,人体生理机能会发生一系列的改变,机体终会适应这种失重环境.但是流体静压消失使机体的有效循环血量减少,并且心血管系统处于一种低动力状态,重力消失导致的骨丢失和肌肉萎缩将持续进行.在航天任务结束后返回地面的过程中,航天员会再次受到着陆冲击过载的作用,此时机体尚未完成对重力的再适应过程,因此其耐受性会比航天飞行前有所降低.但到目前为止,其降低的程度还不完全清楚.本文在总结飞船着陆冲击特点的基础上,综合分析人体着陆冲击耐力及其影响因素,以及长期空间站驻留机体的变化对着陆冲击耐力的影响,并借鉴NASA3001标准,分析了长期空间站驻留后航天员着陆冲击耐力下降的程度.
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空间站舱室气流组织数值模拟仿真方法
空间站座舱通风系统是保证舱内空气品质及热舒适的重要环节.在特殊的微重力条件下,实验环境较难实现,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)研究和设计特殊环境下的通风气流组织是国际上的常用方法.本文总结了国内外空间站舱室内部气流组织数值模拟仿真的研究现状,结合空间站舱室流场模拟的特点,借鉴和比较了地面建筑内提高流场模拟结果准确度的多种方式,分析得出舱室与通风管道系统的耦合模拟方式可满足地面模型实验对比和无实验前提下设计研究的需要,且对其发展前景进行了展望.
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国外空间站在轨维修策略研究及启示
空间站长期在轨稳定运行,离不开航天员的在轨维修.本文介绍了国外空间站在轨维修的一些相关情况,重点对国外空间站在轨维修方式、维修级别、维修类型以及维修时间进行了分析,通过对国外空间站在轨维修策略的分析,给出了对我国开展空间站在轨维修的一些启示.
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载人航天CO2还原技术的发展与选择
CO2还原是目前国际空间站CO2处理的一个重要环节.CO2还原技术不仅可以实现对人体代谢产生的CO2进行处理,还可以与电解水技术结合起来实现氧气的再生.空间站所采用的CO2还原技术包括Sabatier、Bosch、CO2电解、CO2热解等还原方法.经过三十多年的理论与实验研究,终Sabatier还原法被确定为国际空间站的CO2还原方案.然而,Sabatier方法的循环闭合度较低,难以应用在宇宙深空探测等更长期的载人航天任务中.其他可实现完全闭合的还原法仍有可能在技术充分发展后,取代Sabatier成为性能更优的还原技术.
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航天食品在空间站的发展概况
本文对目前空间站上使用的航天食品的类型及其营养需求进行了简要的论述,并提出了我国发展适应于空间站的航天食品的研究方向.
