測量控制分系統(tǒng)技術(shù)要求

技術(shù)要求主要來自飛船、航天員兩大系統(tǒng)及其相關(guān)系統(tǒng)的定性和定量的要求, 主要有:

(1) 航天員飛行人數(shù)及周期;

(2) 分系統(tǒng)設(shè)備允許的重量、體積、能耗;

(3) 艙內(nèi)及航天服內(nèi)大氣物理參數(shù)的控制要求;

(4) 航天員的生理醫(yī)學參數(shù)( 航天員不同狀態(tài)下的氧耗率、CO₂排出率、產(chǎn)熱率、排濕率、以及飲水量、排尿量、一次大便量等) ;

(5) 系統(tǒng)的安全性和可靠性要求;

(6) 系統(tǒng)和部組件的環(huán)境試驗要求、電磁兼容性要求;

(7) 系統(tǒng)的邊界條件、限制因素和接口關(guān)系等 。

(1) 確保返回艙和軌道艙內(nèi)具有合適的大氣總壓和氧分壓;

(2) 提供航天員代謝所需的氧氣;

(3) 排除航天員代謝產(chǎn)生的CO₂, 控制其他微量有害氣體的濃度在要求的范圍內(nèi);

(4) 控制返回艙和軌道艙內(nèi)氣體的溫度、濕度, 為航天員提供合適的溫濕度環(huán)境和艙內(nèi)通風條件;

(5) 為航天員提供飲水, 實施供水、冷凝水管理和食品管理;

(6) 收集和處理航天員生理代謝產(chǎn)生的廢物和艙內(nèi)其他廢棄物;

(7) 具有煙火探測能力, 并備有相應(yīng)的滅火措施;

(8) 飛船發(fā)生壓力應(yīng)急時, 實施壓力應(yīng)急轉(zhuǎn)換, 保障著航天服的航天員生命安全 。

測量控制分系統(tǒng)(measurement and control subsystem)是指環(huán)境控制生命保障系統(tǒng)參數(shù)測量與控制設(shè)備。環(huán)境控制和生命保障系統(tǒng)參數(shù)的測量與控制是判斷系統(tǒng)是否處于最佳工作狀態(tài)的依據(jù)。系統(tǒng)參數(shù)表征乘員的舒適水平和安全狀況以及儀器設(shè)備的工作環(huán)境的控制程度。因此系統(tǒng)參數(shù)的測量與控制是至關(guān)重要的。

環(huán)境控制生命保障系統(tǒng)最重要的參數(shù)是艙內(nèi)大氣總壓、氧分壓和大氣溫度等。艙內(nèi)大氣總壓的測量與控制是保證乘員安全的重要方面，如果艙壓得不到保證將會直接危及乘員的生命安全。氧、氮、水蒸氣和二氧化碳是艙內(nèi)大氣的主要成分，向來把這些參數(shù)的測量與控制放在重要地位。圭成分的測量有單項測量和綜合測量兩種，單項測量技術(shù)中氧氣分壓的測量是關(guān)鍵項目，可用的技術(shù)有極譜測氧技術(shù)、磁力機械式氧分壓測量儀和氧化鋯測氧技術(shù)等；二氧化碳的測量則有紅外法、輻射法和PH值測量法等。主成分的綜合監(jiān)測技術(shù)有紫外綜合分析儀和磁質(zhì)譜儀等。俄、美等國都研制成功了綜合分析儀安裝在本國的載人航天器上使用。此外，還研制了檢測微量氣體的色譜/質(zhì)譜聯(lián)用機。系統(tǒng)的主要物理參數(shù)有溫度、濕度和風速，以及流量、物質(zhì)儲量等。溫、濕度和風速是航天員舒適度的主要參數(shù)，乘員可根據(jù)要求隨意調(diào)節(jié)。一些物質(zhì)的儲量，例如氧氣和水的儲量對航天員安全保障極其重要，必須注意監(jiān)測 。

俄羅斯( 前蘇聯(lián)) 從第一代載人航天器東方號開始就采用一個大氣壓的氧氮混合座艙大氣。不僅人的適應(yīng)性好, 而且著火的危險性小, 安全性好。美國的前三代載人航天器均采用了1/ 3 大氣壓的純氧座艙大氣。雖然此方案構(gòu)成簡單, 較易實現(xiàn)。但安全性較差, 曾經(jīng)出現(xiàn)過幾次火災(zāi)。因此, 美國自航天飛機起也改用了一個大氣壓氧氮混合座艙大氣。我國第一代載人飛船)——神舟0號飛船, 確定為最優(yōu)良的一個大氣壓氧氮混合座艙大氣, 其中氧分壓略高于地面值。

飛船在軌飛行時, 艙內(nèi)航天員的耗氧和艙體結(jié)構(gòu)泄漏損失, 將使座艙的總壓和氧分壓下降, 因此, 必須由艙壓調(diào)節(jié)設(shè)備和氣源, 根據(jù)需要向艙內(nèi)供氧/ 氮氣體, 調(diào)節(jié)控制艙內(nèi)的總壓和氧分壓在要求范圍內(nèi)。由系統(tǒng)參數(shù)檢測處理設(shè)備, 不斷地檢測艙內(nèi)的總壓和氧分壓值, 經(jīng)過分析處理后, 發(fā)出打開供氧或供氮閥的信號, 向艙內(nèi)供氧或供氮氣。當艙內(nèi)氧分壓低于控制帶下限值而總壓未低于下限值時, 只開供氧閥供氧到氧分壓控制上限; 當艙內(nèi)總壓或總壓和氧分壓都低于控制帶下限值時, 必須先開供氧閥向艙內(nèi)供氧, 直到氧分壓達到控制帶上限, 接著開供氮閥供氮, 直到艙總壓達到控制帶上限。保障艙內(nèi)總壓和氧分壓始終控制在要求范圍內(nèi) 。

根據(jù)飛船的飛行周期、航天員耗氧率、座艙泄漏率、座艙容積及其泄/ 復(fù)壓次數(shù)等確定系統(tǒng)必須攜帶的氣體量。在載人航天器環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)采用的供氣方法, 有氧/ 氮氣的高壓氣態(tài)貯存和低溫超臨界貯存, 以及產(chǎn)氧化合物( 超氧化鉀、超氧化鈉等) 的化學貯存。由于低溫超臨界貯存的貯存容器、供氣控制和貯量測量等方面有一定的技術(shù)難度; 以及低溫超臨界貯存的供氣速率, 受到超臨界貯存容器內(nèi)部加熱器功率的限制; 產(chǎn)氧化合物化學貯存的供氣速率受到進入超氧化合物罐內(nèi)氣體含水汽及CO₂量的限制。為適應(yīng)在軌飛行中可能出現(xiàn)的壓力應(yīng)急供氣要求, 在用這兩種方法作為主供氣方案的載人航天器上, 都設(shè)有高壓氣態(tài)貯存的輔助氣源, 以保障應(yīng)急情況下大流量供氣的需要。因此, 確定在/ 神舟0號飛船上直接采用壓力為21MPa的高壓氣態(tài)貯存氧氮氣源供氣方案 。

迄今為止的載人航天器, 除美國最早的水星飛船外, 都采用了泵壓式冷卻液循環(huán)的主動溫控技術(shù)。根據(jù)“神舟”號飛船為三艙段的總體構(gòu)型,船上熱量的分布及變化情況, 各艙段大氣環(huán)境及設(shè)備的溫控要求, 采用內(nèi)外雙冷卻液循環(huán)回路組成的飛船主動溫控方案。

這樣的雙冷卻液回路方案, 不僅工作在密封艙的內(nèi)回路和在設(shè)備艙的外回路較易選到更加適配的冷卻液工質(zhì); 而且全船的溫控調(diào)配能力強; 內(nèi)冷卻液回路的環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)和外冷卻回路的熱控系統(tǒng)之間, 系統(tǒng)與飛船總體之間的任務(wù)及分工界面較清楚明確; 工程的實施操作性好。

環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng),根據(jù)艙內(nèi)的熱負荷( 航天員產(chǎn)生的代謝熱, 設(shè)備產(chǎn)生的廢熱) , 以及通過密封艙艙壁的漏熱, 座艙大氣的溫濕度控制要求等, 進行內(nèi)回路的設(shè)計并與熱控系統(tǒng)的外回路確定界面( 液/ 液) 熱交換器內(nèi)外回路的接口參數(shù)。根據(jù)降溫除濕原理及艙內(nèi)熱濕量的大小和變化, 確定氣/ 液冷凝熱交換器及內(nèi)回路冷卻液循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計。內(nèi)回路冷卻液( 乙二醇水溶液) 收集軌道艙、返回艙熱負荷, 并進行熱的定向傳輸。在界面熱交換器傳輸給外回路冷卻液, 由外回路冷卻液帶到空間輻射散熱器排除, 保障內(nèi)回路冷卻液進入艙內(nèi)的氣/ 液冷凝熱交換器, 降低流過冷凝熱交換器的氣體溫度, 氣體降溫后形成的冷凝水被鑲嵌在氣流通道中的導(dǎo)水和吸水材料吸附分離, 定期由航天員抽吸到冷凝水貯箱。根據(jù)艙內(nèi)的熱負荷變化和控溫要求, 調(diào)節(jié)通過冷凝熱交換器的氣體流量。即使艙內(nèi)在低熱負荷下, 也應(yīng)保持一定的氣體流量通過冷凝熱交換器以滿足除濕要求。艙內(nèi)部分熱載荷密度較大的設(shè)備, 主要由冷卻液通過設(shè)備的冷板帶走。就這樣,環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)為航天員和艙內(nèi)設(shè)備創(chuàng)造一個適宜的大氣溫濕度環(huán)境 。2100433B

大地測量控制為所有地理數(shù)據(jù)建立坐標提供共同的參考系統(tǒng)，它提供把所有地理特征聯(lián)系到共同的、廣泛使用的水平和垂直坐標系統(tǒng)的方法。大地測量控制信息的主要特征是大地測量控制站。這些永久點（有時是GPS控制站）有精確測量的水平和垂直位置，作為確定其他點的位置的基礎(chǔ)。框架的大地測量控制包括大地測量控制站和相關(guān)的信息：名字、特征標識碼、經(jīng)緯度、絕對高度和橢球高度，以及每個站的元數(shù)據(jù)。

大地測量控制信息在開發(fā)所有的框架數(shù)據(jù)和用戶應(yīng)用數(shù)據(jù)中扮演著重要的角色。因為它提供了登記所有其他空間數(shù)據(jù)的空間參考源。另外，大地測量控制信息可用于規(guī)劃測繪、評估數(shù)據(jù)質(zhì)量、規(guī)劃數(shù)據(jù)收集和轉(zhuǎn)換，使新的數(shù)據(jù)區(qū)域適合已存在的覆蓋層。用于解決大地測量學學科問題和在廣大地區(qū)內(nèi)為建立平面和高程控制網(wǎng)所進行的精密測量。測量時，通常應(yīng)顧及地球形狀、大小和重力場因素。它是建立國家和區(qū)域大地控制網(wǎng)的基本手段，也是地形測量和其他各種工程測量的基礎(chǔ)工作，并為研究和測定地球形狀和大小、空間目標坐標和方位，以及地殼變形等提供資料。

建立大地測量控制網(wǎng)的基本任務(wù)是：確立大地測量系統(tǒng)和建立大地測量框架。后者的實質(zhì)就是建立大地測量控制網(wǎng)，以精確可靠的地面點坐標、高程和重力值來實現(xiàn)大地測量系統(tǒng)。

為地形測圖提供精密控制

國家測量控制網(wǎng)是具有統(tǒng)一坐標系統(tǒng)的高精度測量控制網(wǎng)，它是地形測量、航空攝影測量和工程測量中一切低精度控制網(wǎng)的基礎(chǔ)，比如測繪地形圖時所建立的測圖控制網(wǎng)，就是以測量點為基礎(chǔ)進一步加密而成的。在測繪全國性大面積地圖中，測量控制網(wǎng)是不可缺少的。

為研究地球形狀、大小和其他科學問題提供資料

研究地球形狀和大小，就是要確定接近于地球形體的旋轉(zhuǎn)橢球的長半徑和短半徑，而要確定兩者，必須綜合利用測量測量、天文測量、重力測量和衛(wèi)星測量測量等資料才能解決問題。所以為研究地球形狀和大小提供資料也是測量控制網(wǎng)的主要作用之一。需要指出的是，進行測量控制網(wǎng)點的計算時，必須要知道橢球元素，反過來，測量控制網(wǎng)的資料為研究地球形狀和大小提供依據(jù)?？梢姡y量控制網(wǎng)和研究地球形狀和大小是個相輔相成的問題。

為國防建設(shè)和空間技術(shù)提供資料

在軍事上，無論是常規(guī)火炮還是遠程武器的發(fā)射，要想精確地命中目標，就必須知道發(fā)射點至目標的距離和方位，以及發(fā)射場至方位標的方位，為此就要提供具有足夠精度的測量控制網(wǎng)點資料，以便聯(lián)測或直接利用。此外，在國防工程建設(shè)上，如軍事基地、機場、坑道、洞庫、軍港和地下設(shè)施等，都需要測量網(wǎng)提供保障。

隨著空間技術(shù)的發(fā)展，為了保證人造衛(wèi)星、火箭等成功發(fā)射和精確定軌，就必須知道發(fā)射場、觀測站、跟蹤站的精確位置和地球有關(guān)參數(shù)，而這些數(shù)據(jù)的獲得，都離不開包括測量網(wǎng)在內(nèi)的各種資料。

工程設(shè)計自動化分系統(tǒng)（Engineering Design System,EDS)是包括計算機輔助產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、制造準備、產(chǎn)品性能測試及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等，即包含CAD/CAPP/CAE/CAM/PDM系統(tǒng)，目的是使產(chǎn)品開發(fā)活動更高效、更優(yōu)質(zhì)地進行。

自動化系統(tǒng)的主要目的在于將建筑內(nèi)各種機電設(shè)備的信息進行分析、歸類、處理、判斷，采用最優(yōu)化的控制手段，對各系統(tǒng)設(shè)備進行集中監(jiān)控和管理，使各子系統(tǒng)設(shè)備始終在有條不紊、協(xié)同一致和高效、有序的狀態(tài)下運行;在創(chuàng)造出的一個高效、舒適、安全的工作環(huán)境中，降低各系統(tǒng)造價，盡量節(jié)省能耗和日常管理的各項費用，保證系統(tǒng)充分運行，從而提高了智能建筑的高水平的現(xiàn)代化管理和服務(wù)，使投資能得到一個良好的回報。樓宇機電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，作為智能建筑樓宇自動化系統(tǒng)非常重要的一部分，擔負著對整座大廈內(nèi)機電設(shè)備的集中檢測和控制，保證所有設(shè)備的正常運行，并達到最佳狀態(tài)。2100433B