測(cè)量控制分系統(tǒng)座艙大氣溫濕度控制技術(shù)

迄今為止的載人航天器, 除美國(guó)最早的水星飛船外, 都采用了泵壓式冷卻液循環(huán)的主動(dòng)溫控技術(shù)。根據(jù)“神舟”號(hào)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(dòng)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(qiáng); 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(shí)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(fù)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(jìn)行內(nèi)回路的設(shè)計(jì)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(jì)。內(nèi)回路冷卻液( 乙二醇水溶液) 收集軌道艙、返回艙熱負(fù)荷, 并進(jìn)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(jìn)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(fù)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(fù)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(gè)適宜的大氣溫濕度環(huán)境 。2100433B

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?dú)獾母邏簹鈶B(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(xué)貯存。由于低溫超臨界貯存的貯存容器、供氣控制和貯量測(cè)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(xué)貯存的供氣速率受到進(jìn)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(hào)飛船上直接采用壓力為21MPa的高壓氣態(tài)貯存氧氮?dú)庠垂夥桨?。

俄羅斯( 前蘇聯(lián)) 從第一代載人航天器東方號(hào)開始就采用一個(gè)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(xiǎn)性小, 安全性好。美國(guó)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(jiǎn)單, 較易實(shí)現(xiàn)。但安全性較差, 曾經(jīng)出現(xiàn)過幾次火災(zāi)。因此, 美國(guó)自航天飛機(jī)起也改用了一個(gè)大氣壓氧氮混合座艙大氣。我國(guó)第一代載人飛船)——神舟0號(hào)飛船, 確定為最優(yōu)良的一個(gè)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(shí), 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?dú)怏w, 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(cè)處理設(shè)備, 不斷地檢測(cè)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(hào), 向艙內(nèi)供氧或供氮?dú)狻．?dāng)艙內(nèi)氧分壓低于控制帶下限值而總壓未低于下限值時(shí), 只開供氧閥供氧到氧分壓控制上限; 當(dāng)艙內(nèi)總壓或總壓和氧分壓都低于控制帶下限值時(shí), 必須先開供氧閥向艙內(nèi)供氧, 直到氧分壓達(dá)到控制帶上限, 接著開供氮閥供氮, 直到艙總壓達(dá)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) 。

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(xué)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(yàn)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(fēng)條件;

(5) 為航天員提供飲水, 實(shí)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(cè)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(shí), 實(shí)施壓力應(yīng)急轉(zhuǎn)換, 保障著航天服的航天員生命安全 。

測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(huì)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(cè)量與控制放在重要地位。圭成分的測(cè)量有單項(xiàng)測(cè)量和綜合測(cè)量?jī)煞N，單項(xiàng)測(cè)量技術(shù)中氧氣分壓的測(cè)量是關(guān)鍵項(xiàng)目，可用的技術(shù)有極譜測(cè)氧技術(shù)、磁力機(jī)械式氧分壓測(cè)量?jī)x和氧化鋯測(cè)氧技術(shù)等；二氧化碳的測(cè)量則有紅外法、輻射法和PH值測(cè)量法等。主成分的綜合監(jiān)測(cè)技術(shù)有紫外綜合分析儀和磁質(zhì)譜儀等。俄、美等國(guó)都研制成功了綜合分析儀安裝在本國(guó)的載人航天器上使用。此外，還研制了檢測(cè)微量氣體的色譜/質(zhì)譜聯(lián)用機(jī)。系統(tǒng)的主要物理參數(shù)有溫度、濕度和風(fēng)速，以及流量、物質(zhì)儲(chǔ)量等。溫、濕度和風(fēng)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(chǔ)量，例如氧氣和水的儲(chǔ)量對(duì)航天員安全保障極其重要，必須注意監(jiān)測(cè) 。

大地測(cè)量控制為所有地理數(shù)據(jù)建立坐標(biāo)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(biāo)系統(tǒng)的方法。大地測(cè)量控制信息的主要特征是大地測(cè)量控制站。這些永久點(diǎn)（有時(shí)是GPS控制站）有精確測(cè)量的水平和垂直位置，作為確定其他點(diǎn)的位置的基礎(chǔ)?？蚣艿拇蟮販y(cè)量控制包括大地測(cè)量控制站和相關(guān)的信息：名字、特征標(biāo)識(shí)碼、經(jīng)緯度、絕對(duì)高度和橢球高度，以及每個(gè)站的元數(shù)據(jù)。

大地測(cè)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?yàn)樗峁┝说怯浰衅渌臻g數(shù)據(jù)的空間參考源。另外，大地測(cè)量控制信息可用于規(guī)劃測(cè)繪、評(píng)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(cè)量學(xué)學(xué)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(jìn)行的精密測(cè)量。測(cè)量時(shí)，通常應(yīng)顧及地球形狀、大小和重力場(chǎng)因素。它是建立國(guó)家和區(qū)域大地控制網(wǎng)的基本手段，也是地形測(cè)量和其他各種工程測(cè)量的基礎(chǔ)工作，并為研究和測(cè)定地球形狀和大小、空間目標(biāo)坐標(biāo)和方位，以及地殼變形等提供資料。

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

為地形測(cè)圖提供精密控制

國(guó)家測(cè)量控制網(wǎng)是具有統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)的高精度測(cè)量控制網(wǎng)，它是地形測(cè)量、航空攝影測(cè)量和工程測(cè)量中一切低精度控制網(wǎng)的基礎(chǔ)，比如測(cè)繪地形圖時(shí)所建立的測(cè)圖控制網(wǎng)，就是以測(cè)量點(diǎn)為基礎(chǔ)進(jìn)一步加密而成的。在測(cè)繪全國(guó)性大面積地圖中，測(cè)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(xué)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(zhǎng)半徑和短半徑，而要確定兩者，必須綜合利用測(cè)量測(cè)量、天文測(cè)量、重力測(cè)量和衛(wèi)星測(cè)量測(cè)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(cè)量控制網(wǎng)的主要作用之一。需要指出的是，進(jìn)行測(cè)量控制網(wǎng)點(diǎn)的計(jì)算時(shí)，必須要知道橢球元素，反過來，測(cè)量控制網(wǎng)的資料為研究地球形狀和大小提供依據(jù)?？梢?，建立測(cè)量控制網(wǎng)和研究地球形狀和大小是個(gè)相輔相成的問題。

為國(guó)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(yuǎn)程武器的發(fā)射，要想精確地命中目標(biāo)，就必須知道發(fā)射點(diǎn)至目標(biāo)的距離和方位，以及發(fā)射場(chǎng)至方位標(biāo)的方位，為此就要提供具有足夠精度的測(cè)量控制網(wǎng)點(diǎn)資料，以便聯(lián)測(cè)或直接利用。此外，在國(guó)防工程建設(shè)上，如軍事基地、機(jī)場(chǎng)、坑道、洞庫(kù)、軍港和地下設(shè)施等，都需要測(cè)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(chǎng)、觀測(cè)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(cè)量網(wǎng)在內(nèi)的各種資料。

工程設(shè)計(jì)自動(dòng)化分系統(tǒng)（Engineering Design System,EDS)是包括計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、制造準(zhǔn)備、產(chǎn)品性能測(cè)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(dòng)更高效、更優(yōu)質(zhì)地進(jìn)行。

自動(dòng)化系統(tǒng)的主要目的在于將建筑內(nèi)各種機(jī)電設(shè)備的信息進(jìn)行分析、歸類、處理、判斷，采用最優(yōu)化的控制手段，對(duì)各系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)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(yùn)行;在創(chuàng)造出的一個(gè)高效、舒適、安全的工作環(huán)境中，降低各系統(tǒng)造價(jià)，盡量節(jié)省能耗和日常管理的各項(xiàng)費(fèi)用，保證系統(tǒng)充分運(yùn)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(gè)良好的回報(bào)。樓宇機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，作為智能建筑樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)非常重要的一部分，擔(dān)負(fù)著對(duì)整座大廈內(nèi)機(jī)電設(shè)備的集中檢測(cè)和控制，保證所有設(shè)備的正常運(yùn)行，并達(dá)到最佳狀態(tài)。2100433B