新视角 网络科技 它是航天员生命的“守护伞”,构建宜居的“太空家园”

它是航天员生命的“守护伞”,构建宜居的“太空家园”

环境控制与生命保障(简称“环控生保”)是任何载人航天器必备的系统,是实现载人航天必须突破的关键技术。从神舟飞船出征太空到中国空间站筑梦寰宇,环控生保系统直接保障着航天员在轨生命安全,更实现了由“补给式”向“再生式”的重大跨越。这个“以人为本”的系统,在空间站运行中发挥了怎样的作用?

资源再生,生生不息

为了让航天员在空间站拥有“感觉良好”的体验,空间站的环控生保系统首先得具备载人不可或缺的保障条件,那就是从神舟飞船任务开始便立下汗马功劳的环控基础功能,主要包括航天员活动区的环境控制,如舱内的供气调压(大气总压、氧含量)、通风净化(风速流场、二氧化碳及各种微量有害气体浓度、大气洁净度)以及温湿度控制等,还包括生活起居必备的卧室、卫生间、生活用水及排泄废弃物的收集管理等生命保障功能。同时,舱内还进行了大量降噪优化工作,通过加吸音罩、隔声板、隔振器、减震垫等措施,给航天员营造了安静舒适的良好环境。

航天员佩戴降噪无线耳机开展工作。

不仅如此,从载人航天器的发展过程来看,建造空间站,使航天员在空间站密封舱内长期驻留,进行各种空间科学实(试)验活动是国际载人航天发展的共识,要达成这一目标,最关键核心的技术就是物理化学再生式环控生保(简称“再生生保”)技术。神舟飞船和空间实验室采用的是非再生生保技术,而为了实现我国空间站长期经济运行和航天员长期驻留的目标,让水和氧气等资源可以循环利用,工程开展了再生生保技术这项关键技术验证,并成功投入使用。

我国空间站的再生式环控生保系统是在密封舱内建立一个类似地球环境的可循环系统,通过冷凝干燥组件收集航天员的汗液和呼出的水汽,净化为可供饮用的再生水,尿液也能收集处理为可饮用的纯净水;通过电解制氧系统利用循环水电解制氧;将舱内收集起来的二氧化碳和电解水产生的氢气反应,再次获得水。当前,该系统包括6个再生子系统,即电解制氧子系统、二氧化碳去除子系统、微量有害气体去除子系统、尿处理子系统、水处理子系统和二氧化碳还原子系统。

空间站再生生保系统构成。

在空间站关键技术验证阶段历次载人飞行任务中,再生生保系统通过前5个子系统的运行,实现了空间站氧气、水等资源的再生利用,使水资源的物质闭合度超过了80%。神舟十四号航天员乘组进驻空间站后,三名航天员在地面人员的配合下,完成了天舟四号上行携带的二氧化碳还原子系统的组装和测试工作。

航天员检查二氧化碳还原子系统中水箱的转化状态,并将水箱接到处理系统进行净化,最终生成纯净的再生水。

二氧化碳还原子系统能将航天员呼吸产生的二氧化碳进一步重新利用,并作用于空间站。通过该系统的稳定运行,空间站内每天可多回收一公斤左右的水,使水资源的物质闭合度提高到90%以上。也就是说,在轨航天员的饮用水已有90%以上都通过再生水产生,仅有不到10%由地面通过货运飞船上行补给。

环控生保系统的技术发展始终瞄准物质闭合度的进一步提升,科研人员正在进行新一代物化再生技术的研究,例如从尿处理系统产生的尿残液当中来进一步提取水,将水分进一步回收,提高水资源的物质闭合度;未来还会利用新的技术,如生物再生式技术,实现食物再生,达到更高的环控生保技术水平,从而最大限度地实现空间站物资的循环使用。

航天员操作尿液处理子系统所需的钙去除组件。

珠联璧合,高效融合

再生生保系统保障航天员在太空健康饮水。

神舟十四号航天员乘组近期完成了问天实验舱内环控生保系统在轨组装设备的安装和测试工作。问天实验舱作为天和核心舱的备份,在空间站日常运行中配合核心舱统一管理与控制整个空间站的载人环境,其中就包括了再生生保功能。核心舱与问天舱两舱对接形成组合体,达到了珠联璧合、高效融合的效果,既能发挥“定海神针”般的双保险作用,也为空间站未来可靠运行打下坚实的基础。

此外,问天实验舱作为空间站的第一个实验舱,将开展大量科学实验,环控生保系统将为这些实验添砖加瓦,提供实验所需的真空资源保障、废气排放等。

问天实验舱气闸舱内部。

有了环控生保系统这层生命“守护伞”,航天员才能在空间站开展物资搬运、生活环境布置、空间科学实验等一系列工作,从而打造更加合理、宽敞且舒适的“太空家园”,以适应未来更加长期的载人空间飞行任务需要。

(来源:中国航天员科研训练中心)

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