阅读说明：本技术 一种用于深空探测任务的航天器座舱压力防护系统 (Spacecraft cabin pressure protection system for deep space exploration task ) 是由 杨涵 杨春信 杨开春 张兴娟 王超 于 2021-01-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种用于深空探测任务的航天器座舱压力防护系统,属于航天器环境控制与生命保障领域。该系统采用气体回收技术与充气舱技术,通过回收航天器座舱空气并转移至充气舱来实现座舱减压,也可通过从充气舱转移空气来实现座舱复压。在航天器正常飞行时,系统可实现座舱阶梯减压与座舱复压；在航天器遭遇微流星体击穿舱壁导致座舱空气泄漏状况时,系统可实现周期性复压与气体回收,并对航天员进行座舱复压与航天服的交替压力防护。本发明实现了航天器座舱气体的回收与再利用,提高气体的重复使用率,在飞船遭遇压力应急状况时保障航天员生命安全并满足航天员生理活动需求。(The invention discloses a spacecraft cabin pressure protection system for a deep space exploration task, and belongs to the field of spacecraft environment control and life support. The system adopts a gas recovery technology and an inflation cabin technology, realizes cabin decompression by recovering air of a spacecraft cabin and transferring the air to the inflation cabin, and can realize cabin repressurization by transferring the air from the inflation cabin. When the spacecraft flies normally, the system can realize cabin step decompression and cabin recompression; when the spacecraft encounters a cabin air leakage condition caused by the fact that the cabin wall is punctured by the micro-stars, the system can achieve periodic re-pressure and gas recovery, and performs alternating pressure protection of cabin re-pressure and space suit on spacemen. The invention realizes the recovery and the reutilization of the gas in the spacecraft cabin, improves the reuse rate of the gas, ensures the life safety of the astronauts when the spacecraft meets the pressure emergency condition and meets the physiological activity requirements of the astronauts.)

一种用于深空探测任务的航天器座舱压力防护系统

技术领域

本发明属于航天器环境控制与生命保障领域，涉及一种座舱压力防护系统。

背景技术

航天器在深空探测任务中可能会遭遇微流星体击穿舱壁，导致不可修复的座舱气体泄漏。座舱气体泄漏会使得座舱压力急剧下降，座舱总压、氧分压不足以满足人体生理要求，航天员会发生缺氧、减压病等症状，最严重的情况可能发生体液沸腾，座舱泄漏严重威胁航天员的生命安全。Judd在专利US-3386685中提出了用于航天员出舱活动的压力防护系统，实现了航天员从座舱环境经气闸舱停留安全过渡至太空环境。目前的压力防护系统在座舱泄漏状况下通过持续向座舱供气以维持舱压，而航天器携带的气体资源有限，持续供气可能会带来较大的气体资源消耗。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种用于深空探测任务的航天器座舱压力防护系统。

本发明用于深空探测任务的航天器座舱压力防护系统，采用气体回收技术与充气舱技术，包括正常模式及应急模式两种工作状态。正常模式下，在航天器深空探测过程中，系统通过回收泵将部分座舱空气转移至充气舱储存，实现座舱逐级减压，当航天器即将返回近地轨道时，将充气舱内的空气转移回座舱，实现座舱复压。

当航天器在深空探测途中遭遇座舱泄漏的压力应急状况时，压力防护系统切换到应急模式。航天员及时穿着航天服进行压力防护，座舱自然泄漏，当航天员需要进行进食、排泄等必要的舱内/服外活动，系统提前向座舱供气进行复压并维持座舱压力，待航天员结束舱内活动并重新进行航天服防护后，系统停止向座舱供气，回收泵重新将座舱空气转移至充气舱储存，用于下一次座舱复压。应急模式下，座舱压力防护系统进行座舱复压-舱压维持-气体回收等一系列周期性操作，航天员处在座舱复压与航天服的交替压力防护下，直至解除压力防护状态。

本发明的优点在于：

1、本发明用于深空探测任务的航天器座舱压力防护系统，可实现座舱逐级减压，使得航天员逐步适应低气压环境，避免减压病风险。

2、本发明用于深空探测任务的航天器座舱压力防护系统，在座舱泄漏的应急状况下可紧急回收部分座舱空气并用于之后的座舱复压，提高了座舱空气的重复使用率，节省气体资源。

3、本发明用于深空探测任务的航天器座舱压力防护系统，在座舱泄漏的应急状况下进行周期性座舱复压与舱压维持，可满足航天员的必要舱内/服外活动需求。

4、本发明用于深空探测任务的航天器座舱压力防护系统，在座舱泄漏的应急状况下周期性工作，相比于持续供气的压力防护系统可大幅减少座舱气体消耗量。

5、本发明用于深空探测任务的航天器座舱压力防护系统，使用充气舱储存座舱空气，充气舱可展开收缩，方便航天器携带，相比刚性容器，同等质量情况下充气舱展开获得的容积更大，可储存更多气体。

附图说明

图1～2为本发明用于深空探测任务的航天器座舱压力防护系统的正常模式工作原理示意图

图3～5为本发明用于深空探测任务的航天器座舱压力防护系统的应急模式工作原理示意图

图中：

1-航天器 2-座舱 3-充气舱

4-回收泵 5-减压阀 6-氮气瓶

7-氧气瓶 8-航天员 9-航天服

具体实施方式

本发明用于深空探测任务的航天器座舱压力防护系统，包括航天器1、座舱2、充气舱3、回收泵4、减压阀5、氮气瓶6、氧气瓶7、航天员8与航天服9，如图1～5所示。

下面结合附图1～2对本发明用于深空探测任务的航天器座舱压力防护系统的正常模式工作原理做进一步详细说明。

航天器1正常飞行且无任何应急状况，则座舱压力防护系统运行模式为正常模式，如图1所示，当航天器1在地球轨道飞行，座舱2维持总压101kPa、氧分压21kPa；当航天器1转入深空探测轨道飞行，回收泵4回收座舱2的部分空气并转移至充气舱3，如图2所示，实现座舱总压101kPa降至70kPa，维持氧分压21kPa；座舱总压70kPa的阶段至少维持12小时以上，之后回收泵4继续回收座舱2的部分空气并转移至充气舱3，实现座舱总压70kPa降至57kPa，维持氧分压21kPa；此后座舱2维持总压57kPa、氧分压21kPa；当航天器1任务结束并返回至近地轨道，座舱压力防护系统将之前回收并储存在充气舱3的空气转移回座舱2，实现座舱总压恢复至101kPa。

下面结合附图3～5对本发明用于深空探测任务的航天器座舱压力防护系统的应急模式工作原理做进一步详细说明。

当航天器1遇到座舱空气泄漏等压力应急状况，座舱压力防护系统运行模式由正常模式切换为应急模式；当座舱2发生空气泄漏，使用氮气瓶6和氧气瓶7对座舱2分别供氮供氧，如图3所示，在至少一小时的时间内维持座舱总压57kPa、氧分压18kPa，期间航天员8及时堵漏或穿着航天服；当航天员8处于航天服9防护下，停止供气，回收泵4紧急回收座舱空气并转移至充气舱3，当座舱总压降至30kPa，停止回收气体；座舱2自然泄漏，航天员8仅由航天服9防护，如图4所示；当航天员8需要进行进食等舱内/服外活动时，航天员8需继续穿着航天服9，充气舱3、氮气瓶6与氧气瓶7对座舱2供气，实现座舱总压恢复至57kPa、氧分压恢复至18kPa；当座舱复压完成，氮气瓶6与氧气瓶7对座舱2持续供气，维持座舱总压57kPa、氧分压18kPa，航天员8解除航天服防护，进行舱内/服外活动，如图5所示；当航天员8结束活动，重新穿着航天服9进行防护，座舱压力防护系统停止供气，回收泵4重新回收座舱空气并转移至充气舱3。之后座舱压力防护系统继续进行周期性座舱复压-舱压维持-气体回收，航天员8则周期性进行舱内/服外活动，直至航天器返回。

系统实施算例

为说明本发明用于深空探测任务的航天器座舱压力防护系统的资源节约性能，计算持续供气压力防护系统与本发明用于深空探测任务的航天器座舱压力防护系统的气体消耗质量(总气体消耗质量为氧气、氮气消耗质量之和)。其中，系统计算工况如表1所示，气体消耗质量如表2所示。

表1系统计算工况设置

表2气体消耗质量

计算结果表明：在泄漏孔直径2mm的座舱泄漏状况下进行压力防护，相比于持续供气的压力防护系统，本发明用于深空探测任务的航天器座舱压力防护系统的总气体消耗质量减少了73.8％，氧气消耗质量减少了62.8％。