CN100334982C - 用于穿上防护服的装置 - Google Patents

Abstract

用于穿上防护服、尤其是执行太空任务的防护服的装置，该防护服可通过设在背面、可由可翻转的背囊闭合的防护服孔口进入，该装置设有两级密封及闭锁系统，它由以下部分组成：一个外密封及闭锁系统，它与载人的居住区的结构可形状及力锁合地连接；一个内密封及闭锁系统，它与可向侧面翻转的背囊可形状及力锁合地连接；及至少一个设在居住区内部的净化箱，它也通过两级密封及闭锁系统既对宇航服也对居住区形成隔离。

Description

用于穿上防护服的装置

技术领域

本发明涉及一种用于穿上防护服、尤其是执行太空任务的防护服的装置。此外本发明还涉及用于穿上这种防护服的方法。

背景技术

在载人太空任务，尤其是在登陆另一天体、如火星时，一方面，存在着另外天体上迄今未充分考察的生物圈中的陆上微生物及大型生物的不可控制的侵入的危险。另一方面，必需避免宇航员居住区域中痕量气体、有毒化合物及微生物及大型生物的生命形式的不可控制的侵入，尤其当宇航员自由地或在机动车中在天体表面上行走的情况下亦如此，以便使宇航员能够安全地返回地球。

为此，譬如用于火星载人探险考虑了：用于执行火星任务所使用的宇航员的防护服被支承在可行走的闸门室中及在那里被穿上。在此情况下宇航员通过舱壁离开其居住区及到达保持在相同环境条件下的闸门室。在这里穿上及封闭防护服，及将闸门室的环境及气候条件适配到火星的环境条件。接着打开通向外部的舱壁及宇航员走出到火星环境中。然后再关上舱壁，其中在外舱壁中的空气流将避免灰尘颗粒的侵入。当宇航员返回时不仅闸门室的环境而且防护服本身将以高代价全面地净化。

公知的用于轨道飞行或月球上的宇航服在该宇航服的穿上及脱下方面有两种不同的方案彼此相区别，其中两种宇航服及下面简短描述的穿上这些宇航服的方法原则上可被视为适合安全的使用。

以缩写EMU(宇宙飞船外的移动单元)公知的第一种宇航服是通过臀部、即通过裤子或下服部分穿入的。接着使宇航员戴上上服部分及与下服部分相连接。最后将头盔放置在上服上及拧固上。该宇航服的供应通常通过不可拆卸的软管，该软管或是直接地与宇宙飞船的供应系统连接或与作为背包携带的供应组件或背囊相连接。

以名称ORLAN公知的第二种宇航服是通过背部的活动背盖或孔口进入的。该公知的宇航服仅由单件组成。在登入后，该宇航服的供应同样通过一个背囊实现，其中该背囊同时气密地闭锁登入孔口。

发明内容

本发明的任务在于提供一种用于穿上以上后一类型的防护服的装置，该装置可减小需净化的容积及同时能够保持对执行这类任务绝对需要的所有安全标准，以及同时用最小的所需持续时间来提供最大限度的功能及舒适度。此外，本发明的任务还在于提出一种使用这种装置穿上防护服的方法。

根据本发明，提出了一种用于穿上防护服的装置，该防护服通过设在背面、可由可翻转的背囊闭合的防护服孔口进入，其中，设有一个两级密封及闭锁系统，该两级密封及闭锁系统由以下部分组成：一个外密封及闭锁系统，该外密封及闭锁系统可与载人的居住区的结构形状及力锁合地连接；一个内密封及闭锁系统，该内密封及闭锁系统可与可向侧面翻转的背囊形状及力锁合地连接；至少一个设在居住区内部的净化箱，所述净化箱也通过一个两级密封及闭锁系统既对防护服也对居住区形成隔离。

根据本发明，还提出了一种使用所述装置穿上防护服的方法，其中：在一个宇航员登入防护服后，净化箱通过配置的外部密封及闭锁系统与居住区的外壁形成气密式密封连接；位于净化箱内部的背囊通过其内密封及闭锁系统与防护服的背部分形成气密式密封连接；净化箱的内部被调节到外部压力水平上；背囊从净化箱的内部密封及闭锁系统上释放；外密封及闭锁系统被解锁；防护服从居住区的外壁上释放开。

下述内容属于本发明的技术方案。

通过根据本发明的装置无论在复杂程度上还是在穿上这种防护服所需的措施数目上将显著减小，这尤其对于安排载人火星任务具有意义，因为在提高任务安全性的同时可节省一部分携带的质量。例如可去掉用于否则需要的闸门室的气压制备的整个循环回路。本发明最重要的单元是净化箱，它可向居住及工作区内部转开，以便能够进入防护服及触及到防护服的各内部部分。对于任务作出装备的防护服的背囊位于净化箱中，可根据背囊的大小来设计净化箱的尺寸。

有利的是，外部密封及闭锁系统可与载人的居住区的结构形状及力锁合地连接。

有利的是，内部密封及闭锁系统可与可向侧面翻转的背囊形状及力锁合地连接。

有利的是，该装置用于穿上执行太空任务的防护服。

附图说明

以下将借助在附图中所示的实施例来详细地描述本发明。附图为：

图1：一个宇航员在登上宇航服上时的透视图，

图2：设有一个用于穿上宇航服的装置及宇航服在停靠状态中的一个空间站的概示图，

图3：根据图2的结构的在停靠状态中的宇航服的一个概要俯视图，及

图4：根据图2的结构的具有用于登上及进入宇航服的两个净化箱的透视图。

具体实施方式

在图1及3中所示的用于火星的整体的防护服或火星表面服1实质上相应于当前通用的宇航服，如图1中所示，该宇航服可通过位于背部的孔口登入，及在这里所述的实施例情况下，具有约600mm×1100mm的自由穿入口径。该孔口将通过背部的背囊3关闭，该背囊通过设置在左侧的转动铰链翻转到侧面。围绕该孔口设有一个两级密封及夹紧系统，用于密封及用于关闭该孔口或登入口。如从图3中可看到的，该密封及夹紧系统由一个外密封及闭锁系统4和一个内密封及闭锁系统6组成，外密封及闭锁系统与一个载人的居住区的结构5形成形状及力锁合的连接，而内密封及闭锁系统与可向侧面翻转的背部的背囊3形成形状及力锁合的连接。

在背部的背囊3中安装了用于维持该宇航服1的功能的所有必要的技术系统。属于它的主要有：

-生命维持系统部分，具有氧气供给、呼吸空气的制备及净化及温度和湿度控制，

-水供给部分，具有水箱及供水器，

-废物排泄系统部分，具有废水箱、过滤器及拉圾袋，

-一个能量供给部分，具有蓄电池及一个能量分配系统，

-通信及导航部分，如发射机、接收机、天线及用于导航或无线电测向的系统，及

-紧急、备用系统部分，如用于氧气及水的备用箱、紧急呼叫发射机及应急电池。

在任务开始前，如图2中概示地，该表面服通过外密封及闭锁系统4与火星上的载人站的居住及工作区5的壁形成气密式密封的形状及力锁合的连接。在此情况下，密封及闭锁系统4既用于密封又用作宇航服1的支架。此外它具有这样的任务，即保证将宇航服悬挂在居住及工作区5的空气闸门上。密封及闭锁系统除了承受由宇航服1及宇航员8组成的静态重力外，还承受在登入及攀出时出现的力和力矩。在此情况下，通过停靠法兰盘的特殊构型达到精确的导向及压配合，以便保证在宇航服与居住区域壁之间力图达到的气密式密封，这必需在每次使用时能重复实现。

闭锁借助夹持部分来实现，在达到正确的位置时该夹持部分自动地锁定及为一种形状及力锁合的连接。在此情况下，通过整体的密封保证了火星环境条件与居住及工作区域的完全的、气密式隔离。当脱宇航服时，进行夹持部分的自动打开，这将通过在表面服中的宇航员的信号或通过居住及工作区5中的执行任务的伙伴来释放。

居住及工作区5是在火星表面上载人火星探险任务的中心的、最重要的基础设施。在其中集中了用于生活、工作及应急甚至逃生的所有必要的装置。这里设置了集体室，居住区，厨房，卫生间，实验室及任务中心。在工作区中在外壁上并列地设置了用于表面服1的一些停靠站，如图2中概要表示及将借助图4详细地说明。在内部将对(火星)表面任务进行预准备、起动及在结束时再进行后准备。属于这方面的基本有表面服的维护，如视觉检查、密封度测量、蓄电池的充电、补充气体及水压力瓶及清除废水及拉圾容器。

为了能够安全地执行任务，如图4所示地，在居住区5内设有净化箱7，7’，它们也是通过两级密封及闭锁系统既与宇航服1也与居住区相隔离。为此各使用了一个外部密封及闭锁系统12，它与载人的居住区5的结构形成形状及力锁合的连接；及对每个宇航服配置一个内部密封及闭锁系统9，它可与可向侧面偏转的背囊3形成形状及力锁合的连接。

对于执行任务预准备了的宇航服1的背囊3位于净化箱7的内部，净化箱向着居住及工作区5内部偏转，以便可进入宇航服中及可到达宇航服内部的各部分。净化箱7的尺寸将由背囊3的尺寸来确定。

净化箱7，7’具有的主要任务是，使可偏转的背囊的外部分相对居住及工作区内部隔离，及当需要时使背囊净化，但在此情况下也可实现登入宇航服及同时也可以为了维护目的可触及到背囊的各部分。另一重要任务在于，当表面服从居住区释放及此时孔口被打开时闭锁居住区的外壁中的孔口。

图4表示具有两个并列设置的宇航服停靠站的居住区5。从该图中可看到净化箱7，7’，其中在图左面的净化箱7表示为打开。通常，仅是当需要从内部检查及维护净化箱或从外部检查及维护背囊时才是这种情况。图中右面的净化箱7’与表面服1的背囊3及可自由进入宇航服1的孔口2一起向居住区内部偏转。这是在登入前或攀下后及装备期间的常规位置。

背囊对居住区的隔离将通过内部密封及闭锁系统9来保证。居住区即停靠站中的孔口的密封由外部密封及闭锁系统12来实现，该外部密封及闭锁系统通常在表面服使用时是关闭的及出于安全的原因在较长的静止阶段将保持关闭。保证能进入背囊3及宇航服1内部的打开是在进行(火星)表面任务预准备的紧前时刻才进行的。进入宇航服及背囊内部的可能性是通过净化箱及背囊的共同转动至少90°来实现的。在背囊3与净化箱7之间的密封及闭锁系统9通常保持关闭。

出于安全原因设置的、可进入居住区部分-尤其是背囊3-的净化将通过一系列的措施来进行。属于这些措施的既有化学也有物理的处理或反应，例如使用压力空气及保护气体，用水、酸和/或碱液冲洗以及加热、冷却及抽真空。

在净化箱7后壁中的窗允许背囊外表面的视觉检查及同时可以当表面服使用期间看到一个附设的外部防护空间11。

在常规情况下净化箱7被关闭，这时它使居住及工作区5相对火星环境形成气密式密封的形状及力锁合的闭锁。因此它也承担一个舱壁的功能。

在检验了宇航服1、悬挂部分4、净化箱7及闭锁系统9的密封度以后，可通过外部密封及闭锁系统12解锁将背囊3与净化箱7一起打开。由此使孔口2释放，即允许登入表面服1中。表面服1的背囊3与净化箱7气密密封地连接(闭锁系统9保持关闭)，同时保证了达到设在背囊3内部的各部分的可能性。

在宇航服1的所有部分根据规定的状态检查及再次通过视觉及手检验的验证后，宇航员8将通过孔口2登入宇航服1。在此情况下，他用手抓紧侧面手把及将他的脚及腿通过孔口移入宇航服中内。当最后头部到达宇航服内的预定位置时，则可关闭后面的孔口。在此情况下闭锁过程分两个依次的步骤进行：首先使净化箱7通过自己的密封及闭锁系统12与居住区5的外壁形成气密式密封连接。在成功的检查-通常为压力测量-后，再进行第二步骤，这时使位于净化箱7内部的背囊3通过其内密封及闭锁系统6与宇航服1的背部部分形成气密式密封闭合。

最后检查所有连接部分的密封度。在此情况下将检查保持在居住区中的常规压力下的净化箱7中的压力变化，及测量闸门箱的内部压力。如果无压力的升高，则无论是外密封系统4、内密封系统6及在背囊3与净化箱7之间的密封部分9相对居住区是正常的。此外，宇航服内部压力的测量将保证宇航服1及密封部分6相对背囊3的密封度。

现在可将净化箱7内部调节到火星的压力水平上，这与时辰及季节有关。在此情况下，一个增高的保持地球压力水平的压力可支持表面服1从其支架上释放。这时，首先使背囊3从净化箱7上释放，使密封及闭锁系统9解锁；然后才进行外密封及闭锁系统4的解锁。该过程以宇航服1从居住区5的外壁上脱开而告结束。

宇航员8现在可根据宇航服、周围环境条件及任务要求的可能性作自由运动及在火星表面执行预定任务。第一个步骤通常在防护空间11中进行，在该防护空间中主要是当静止阶段安置表面服1。该空间可作成帐篷、容器或类似构型及视任务而定进行装备。因此，该空间既可作为供应物的储备室使用也可用于试验目的或作为试验试样的现场实验室。它通向火星环境的门仅具有尽可能多地防止灰尘的功能。

在宇航员的任务结束时，在表面服1中的宇航员8重新接近居住及工作区5。通常他进入防护空间11，在防护空间中设有用于表面服1的支架。在这里宇航员8用其背转向自由的、打开的净化箱7及用外密封及闭锁系统4插入到居住及工作区5的相应配合件5中。在力及形状锁合连接闭锁前，密封部位必需净化以除去灰尘及其它固体颗粒。这可通过压缩空气，吸尘器和/或抹布来实现。

宇航员8现在位于它的被悬挂在组件壁上的表面服1中。在一个自动程序中，当根据规定闭锁了外闭锁系统4后，在背囊3与净化箱7之间的闭锁系统9被关闭。接着进行密封度检验-基本为闭锁系统检查，然后才可打开宇航服。宇航服的打开将由以下相继的闭锁系统6及9的解锁来开始。最后背囊3与净化箱7一起转开。现在背后的宇航服孔口2可自由通过。宇航员8可离开其窄小的场所，及进入居住及工作区，这时他首先从宇航服1中伸出头部及手臂及然后抓住手边的手把并从宇航服1中抽出。

与离开宇航服无关地，现在可将净化箱7中的背囊3净化。该净化过程通常由上述的物理及化学措施如用溶液及酸冲洗、加热、干燥、抽气等。然后用生物传感器及用颗粒测量装置测量。如果未测量到任何杂质，则可取下背囊3及在居住区内部顺便进行可能的必要修理。对于常规的维护不需要将背囊3取下。背囊保持转开或在净化箱7转合的环境中与宇航服1的背部相连接，直到执行下个任务为止。

Claims (5)

1.用于穿上防护服的装置，该防护服通过设在背面、可由可翻转的背囊闭合的防护服孔口进入，其特征在于：设有一个两级密封及闭锁系统，该两级密封及闭锁系统由以下部分组成：

一个外密封及闭锁系统(4)，该外密封及闭锁系统可与载人的居住区(5)的结构形状及力锁合地连接，

一个内密封及闭锁系统(6)，该内密封及闭锁系统可与可向侧面翻转的背囊(3)形状及力锁合地连接，

至少一个设在居住区(5)内部的净化箱(7，7’)，所述净化箱也通过一个两级密封及闭锁系统(9，12)既对防护服(1)也对居住区(5)形成隔离。

2.根据权利要求1的装置，其特征在于：外部密封及闭锁系统(12)可与载人的居住区(5)的结构形状及力锁合地连接。

3.根据权利要求1或2的装置，其特征在于：内部密封及闭锁系统(9)可与可向侧面翻转的背囊(3)形状及力锁合地连接。

4.根据权利要求1的装置，其特征在于：该装置用于穿上执行太空任务的防护服。

5.使用根据权利要求1至3中一项的装置穿上防护服的方法，其特征在于：

在一个宇航员登入防护服(1)后，净化箱(7)通过配置的外部密封及闭锁系统(12)与居住区(5)的外壁形成气密式密封连接，

位于净化箱(7，7’)内部的背囊(3)通过其内密封及闭锁系统(6)与防护服(1)的背部分形成气密式密封连接，

净化箱(7，7’)的内部被调节到外部压力水平上，

背囊(3)从净化箱(7，7’)的内部密封及闭锁系统(9)上释放，

外密封及闭锁系统(4)被解锁，

防护服(1)从居住区(5)的外壁上释放开。

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