载人航天器备份氧氧烛试验研究.pdf

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1、V01．19No．328载人航天MannedSpacenight第19卷第3期2013年5月载人航天器备份氧氧烛试验研究周兴明，毛胜华，胡晓，张毅，毛龙(中国航天科技集团公司四院四十二所，襄阳441003)摘要载人航天器环境控制和生命保障系统需要备份氧源，氯酸钠氧烛是空间站理想的备份氧源。以空间站为应用背景，开展了氯酸钠氧烛的试验研究，所研制的氧烛的供氧性能、氧气质量能够满足空间站备份氧源的基本要求，可作为我国空间站的备选方案。关键词载人航天；空间站；氧烛；氯酸盐；备份氧中图分类号：v524文献标识码：A文章编号：1674—5825(

2、2013)03—0028—051引言航天员利用空间站进行科学探索，各国都将以和平开发利用空间资源作为发展载人航天技术的目标【1-3】。为了确保更好地完成上述工作，必须为航天员提供类似地球的气体环境。NASA明确规定国际空间站舱内气体压力处在99．9～102．7Kpa范围、氧分压15．8～23．7Kpa范围之内问。为此，国内外围绕载人航天器舱内的气体环境控制开展了大量的研究工作【5～。长期载人航天氧气再生系统采用电解水制氧，在再生系统出现故障时，启用备用氧源，维持航天员的生命安全，以争取时间排除故障或撤离返回地面。备用氧源可采用高压氧气

3、、超氧化钾吸收cO：产氧、氯酸盐氧烛等技术方案。从发射成本、占用体积、自身质量、使用操作、储存安全等因素考虑，JohnGraf等认为氯酸钠氧烛是空间站最佳备用氧源[15J日。我国载人空间站工程已正式启动，在用于载人航天的氯酸盐氧烛备份氧方面开展的工作很少，因此，有必要研制适合我国载人航天的氯酸盐氧烛，作为我国载人航天器备份氧源。2空间站氧烛应用现状众所周知，采用超氧化物同二氧化碳反应可以实现氧气的一次性再生，同时还能净化空气。前苏联早期的空间站采用超氧化钾供氧【1刀。超氧化钾产氧需要气体对流，由于太空失重环境下，温度梯度造成的气体对流

4、消失，没有对流时的舱内气体只能靠分子扩散运动，其速度很慢，几乎等于静止状态。所以，密封舱里必需要有动力来强迫舱内气体流动或向超氧化物泵入气体，否则该供氧系统将会停止工作【18】。此外，超氧化物存在供氧启动慢、产生粉尘、放热、接触有机物发生火灾等缺点I峋。为了克服超氧化钾存在的弊端，前苏联研制出高氯酸锂氧烛替代超氧化钾。1997年后，前苏联研制出Electron电解水供氧装置，首次用于“和平”号空间站。自此，电解制氧作为空间站主要供氧方式，高氯酸锂作为应急备份氧源。电解水制氧设备能力有限，其电解制氧量不能满足交会对接时人数增加需氧量【1

5、1】，同时，电解水制氧设备自身和电力供应都可能出现故障。因此，空间站必须备份氧气支持系统。目前，国际空间站备份氧气支持系统有俄罗斯的高氯酸锂氧烛和美国氯酸钠氧烛。高氯酸锂和氯酸钠是常用氯酸盐制氧物质。高氯酸锂物质含氧量达到60％，美国Foote矿业公司研究工程中心的M．M．Markowitz采用的氧烛配方：“一收稿日期：2012—11—28；修回日期：2013一03—11作者简介：周兴明(1968一)，男，硕士，高级工程师，长期从事氯酸盐氧烛技术研究和产品开发。E—mail：zlloIl】cm42@163．com第3期周兴明等：载人航

6、天器备份氧氧烛试验研究29C10484．82％、Mn粉10．94％、Li2024．20％(质量百分比)，氧烛药柱密度为2．32咖m3。该混合物的有效氧含量与沸点为一l83℃时同体积的液氧等竞印。氯酸钠物质含氧量45％，氯酸钠氧烛密度可以达到2．35出m3，1L氧烛理论氧含量798L、实际可达784L脚。EdwardB．卟ompson【2q开展了氯酸钠和高氯酸锂氧烛的点火可靠性、供氧性能等方面评价试验，得出的结论是：高氯酸锂氧烛存在供氧波动大、启动点火困难、容易出现熄火现象；氯酸钠氧烛供氧平稳、一致性好，可靠性高。因此，EdwardB．

7、卟ompson建议发展氯酸钠氧烛。“和平”号空间站配备的俄罗斯高氯酸锂氧烛曾出现熄火、着火问题圈，高氯酸锂具有含氧量高的优势，但存在供氧性能不稳定的致命弱点，因此，NASA国际空间站项目办公室于1999年8月做出研制氯酸钠氧烛作为空间站备份氧气系统的决定旧。美国TDA公司研制出氯酸钠氧烛备份氧系统，国际空间站于2004年夏天安装了该系统圆。3空间站氯酸钠氧烛研究3．1空间站氯酸钠氧烛产品研究氯酸钠氧烛产品结构见图1，主要包括壳体、启动机构、隔热层、过滤系统等组成。击发装置过滤层过滤板启动机构不锈钢壳体药柱I厂]]露／f＼謇黍篓攀攀攀攀

8、鬻鎏瀵鬈攀篓一甑‘_c出口囊I—U雾，≥：ij薯≮誊毒≯、．-：’’．=。．．．蠹≯i誊鎏曩毫；⋯'’蠢。．『誊囊蔓j．：毒j一?警囊萱+：：-：：o管ii譬≤毋誊+；。__⋯ji-：：珂“叠．．；。吲i_

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