CN106379562B - 一种在轨飞行载人航天器舱内有害气体控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在轨飞行载人航天器舱内有害气体控制方法包括正常模式下和应急模式下有害气体浓度控制方法。正常模式下对有害气体浓度控制通过净化装置实现，采用再生或非再生的方式进行净化。应急模式下有害气体控制采用泄复压的方式进行，若密封舱内有害气体浓度超出有害气体控制系统净化能力时，航天员可临时转移至其他舱段或其他停靠载人航天器，密封舱先通过泄压装置向舱外环境泄压，之后再由气瓶进行复压，泄复压过程结束后，密封舱内有害气体浓度下降至最低，满足有害气体浓度控制要求。

Description

一种在轨飞行载人航天器舱内有害气体控制方法

技术领域

本发明涉及航天器环境控制技术领域，具体涉及一种在轨飞行载人航天器舱内有害气控制方法。

背景技术

在载人飞行任务中，密封舱内有害气体浓度对于航天员安全及健康有重要影响。需要设计一种在轨有害气体控制方法以满足该任务要求。

目前国外已有的在轨有害气体净化方法，主要类型包括不可再生式有害气体净化，可再生式有害气体净化两种。

美国在国际空间站采用高温催化氧化与吸附净化技术相结合的方法净化舱内有害气体。采用活性炭床(炭经磷酸浸渍)去除大分子量化合物、氨气，采用高温催化氧化装置去除CO、H₂、CH₄和其他不被活性炭吸附的小分子化合物，催化氧化后产生的酸性气体如HCl、Cl₂、SO₂。该方法为不可再生式净化。

国际空间站俄罗斯舱段的微量有害气体净化结合了可再生式、不可再生式的物理吸附(再生/消耗性)与常温/高温催化氧化技术。采用常温催化氧化的技术消除CO和H₂，用活性炭去除各类挥发性有机组分(VOC)，高温催化氧化专门用于去除CH₄。再生式吸附与解吸交替进行。

当前有害气体控制方法共同存在的不足之处是应急模式下的有害气体控制措施较弱，若发生事故(如国际空间站曾发生的失火事故)产生大量有害气体，只能依靠航天员对有害气体浓度进行测量，发回地面中心计算舱内的有害气体控制装置是否有能力净化，如超过装置净化能力，只能进行撤离。

发明内容

本发明提供了一种能够覆盖在轨飞行载人航天器舱内正常模式与应急模式的有害气体控制方法。

为解决上述问题，本发明提供一种在轨飞行载人航天器舱内有害气体控制方法，包括正常模式下有害气体浓度控制方法和应急模式下有害气体浓度控制方法，所述的正常模式下有害气体浓度控制通过再生或非再生的净化装置对有害气体进行净化，所述的应急模式下有害气体浓度控制通过泄压和复压装置实现，步骤如下：

(1)开启净化风机，利用传感器对舱内有害气体浓度实时监测；

(2)下常模式下有害气体浓度控制启动，有害气体净化装置持续工作，应急模式处于关闭状态；

(3)舱内有害气体浓度超标时，传感器报警，航天员临时转移至其他舱段或其他停靠载人航天器，净化风机关闭，正常模式关闭。启动应急模式，开启所述的泄压装置进行泄压，舱内压力达到目标压力时，关闭泄压装置，泄压停止；开启复压装置进行复压，达到舱内载人环境压力时，关闭复压装置，复压停止，此时密封舱内有害气体浓度下降至最低，满足有害气体浓度控制要求。

本发明可同时覆盖正常与应急工况下的密封舱内有害气体控制需求。正常情况下可通过净化装置实现净化效果；应急情况下，通过舱体泄压和复压快速实现空气净化，确保航天员安全。充分利用平台资源和配置，集成不同系统的功能优势，解决了载人航天器全任务阶段密封舱有害气体净化的难题。

附图说明

图1有害气体净化系统原理图

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细说明。

有害气体净化系统的工作原理如图1所示。

正常模式下对有害气体浓度控制通过净化装置实现，采用再生或非再生的方式进行净化。空气在风机作用下，依次通过上述装置，净化后的空气循环回到舱内。

应急模式下对有害气体浓度控制通过泄复压装置实现。泄复压装置由泄压装置和复压装置组成，泄压装置通过管路与舱外真空环境相连接，复压装置通过管路与复压气瓶连接。密封舱内有害气体浓度超出净化装置净化能力时，传感器报警，航天员可临时转移至其他舱段或其他停靠载人航天器，密封舱先通过泄压装置向舱外真空环境泄压，之后再由复压装置对舱内复压，复压气瓶中的新鲜空气通过复压装置补充到密封舱中。泄复压过程结束后，密封舱内有害气体浓度下降至最低，满足有害气体浓度控制要求。

该有害气体控制方法对舱内有害气体控制流程为：先开启净化风机，传感器进行舱内有害气体浓度实时监测。若舱内有害气体浓度满足控制要求，则净化装置持续工作。若舱内有害气体浓度超标，传感器报警，则根据地面决策，航天员可临时转移至其他舱段或其他停靠载人航天器，净化风机关闭。开启泄压装置进行泄压。舱内压力达到目标压力时，关闭泄压装置，泄压停止。然后开启复压装置进行复压。舱内压力达到舱内载人环境压力时，关闭复压装置，复压停止。此时密封舱内有害气体浓度下降至最低，满足有害气体浓度控制要求。

正常工作模式下，利用净化装置对有害气体的浓度进行控制。净化装置的工作原理为：

风机将舱内空气吹入净化装置，通过再生或非再生方式，首先进行舱内空气预处理，之后进行净化处理，最后进行后处理，净化后的空气回到舱内，完成舱内空气中有害气体的净化。

所述的净化装置设置双机备份，轮换工作；当一个净化装置净化能力下降不能满足净化要求时，将气体循环回路切换到另一个净化装置；前一个净化装置可通过再生处理重新恢复净化能力，如此循环往复。

若传感器监测出有害气体浓度超标，即正常模式无法将有害气体浓度控制在要求水平以下，传感器发出警报，并通告地面，由地面决策是否启动应急模式。

应急模式下，首先航天员转移至其他舱段或其他停靠载人航天器，然后通过泄压装置向舱外泄压，舱内压力传感器实时监测舱压。泄压至舱内目标压力时，开始通过复压装置对舱内复压，舱内压力达舱内载人环境压力时，复压停止。此时密封舱内的有害气体的浓度下降至最低，满足有害气体控制水平。

地面也可对泄压、复压时间进行预算，由以下计算方法确定：

密封舱向外泄压过程可视为超临界状态下等温定容放气过程，密封舱为空气，泄压时间t1满足：

其中P1为泄压初始时密封舱压力，P2为泄压结束密封舱压力，Vc为密封舱容积，μ为流量系数，A为泄压孔流通面积，Tc为密封舱温度。

从气瓶向密封舱复压过程可按照超临界等温充气过程计算，按理想状态空气处理，复压时间t2满足：

其中S为复压限流孔流通面积，P1为复压开始时密封舱压力，P2为复压结束时密封舱压力，Ps为限流孔前供气压力。

本发明中未说明部分属于本领域的公知技术。

Claims (6)

1.一种在轨飞行载人航天器舱内有害气体控制方法，其特征是，包括正常模式下有害气体浓度控制方法和应急模式下气体浓度控制方法，所述的正常模式下有害气体浓度控制通过再生与非再生结合的方法对有害气体进行净化，所述的应急模式下有害气体浓度控制通过泄压装置和复压装置组成的泄复压装置实现，步骤如下：

(1)开启净化风机，传感器进行舱内有害气体浓度实时监测；

(2)正常模式下有害气体浓度控制启动，所述的有害气体净化装置持续工作，应急模式处于关闭状态；

(3)舱内有害气体浓度超标时，传感器报警，航天员临时转移至其他舱段或其他停靠载人航天器，净化风机关闭，正常模式关闭，启动应急模式，开启所述的泄压装置进行泄压，舱内压力达到目标压力时，关闭泄压装置，泄压停止；开启复压装置进行复压，达到舱内载人环境压力时，关闭复压装置，复压停止，此时密封舱内有害气体浓度下降至最低，满足有害气体浓度控制要求。

2.根据权利要求1所述的一种在轨飞行载人航天器舱内有害气体控制方法，其特征是，所述的正常模式下对有害气体浓度控制的方法包括以下步骤：

(a)风机将舱内空气吹入净化装置进行预处理；

(b)气体在净化装置内进行净化处理，除去空气中的有害气体；

(c)气体最后在净化装置中进一步净化，进行后处理，净化后的空气回到舱内；

(d)步骤(a)至(c)循环，完成舱内空气中微量有害气体的净化。

3.根据权利要求2所述的一种在轨飞行载人航天器舱内有害气体控制方法，其特征是，所述的净化装置设置双机备份，轮换工作；当一个净化装置净化能力下降不能满足净化要求时，将气体循环回路切换到另一个净化装置；前一个净化装置通过再生处理重新恢复净化能力，如此循环往复。

4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的一种在轨飞行载人航天器舱内有害气体控制方法，其特征是，所述的应急模式下，舱内压力由舱内传感器实时监测，所述的泄压装置泄压至舱内压力为目标压力时，开始通过所述的复压装置对舱内复压，舱内压力达到载人环境压力时，复压停止。

5.根据权利要求1至3任一权利要求所述的一种在轨飞行载人航天器舱内有害气体控制方法，其特征是，舱内压力通过泄压、复压时间进行判断。

6.根据权利要求5所述的一种在轨飞行载人航天器舱内有害气体控制方法，其特征是，密封舱向外泄压过程视为超临界状态下等温定容放气过程，密封舱为空气，泄压时间t1满足：

其中P1为泄压初始时密封舱压力，P2为泄压结束密封舱压力，Vc为密封舱容积，μ为流量系数，A为泄压孔流通面积，Tc为密封舱温度；

从气瓶向密封舱复压过程按照超临界等温充气过程计算，按理想状态空气处理，复压时间t2满足：

其中S为复压限流孔流通面积，P1为复压开始时密封舱压力，P2为复压结束时密封舱压力，Ps为限流孔前供气压力，Vc为密封舱容积，μ为流量系数，Tc为密封舱温度。