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          1. 再生生保系統:保障航天員長期駐留空間站

            2022-05-20 13:26:01 來源:新華網 評論:0 查看數:0
            [摘要]

            北京時間2022年5月10日,伴隨著一聲“點火”,天舟四號貨運飛船搭乘長征七號遙五運載火箭飛向中國空間站,拉開了又一次中國載人航天飛行任務的序幕。

            從神舟五號21小時的太空之旅,到神舟十三號航天員長達6個月的太空駐留,僅靠一次性地面補給已不能滿足任務需要。為航天員提供環境控制、生命保障和應急保障等功能的空間站環控生保技術,成為實現空間站在軌長期運行的關鍵。

            對于保障航天員在軌生命安全的環控生??蒲腥藛T來說,安全是他們研制和運營產品的底線。在天和核心艙發射成功一周年之際,中國航天員科研訓練中心環控生保室舉行了一場別開生面的座談會。那些曾經參與空間站任務再生式環控生保關鍵技術攻關的科研人員,一起回顧當初的奮斗時光,展望中國載人航天的美好未來。

            “好比用沖刺的速度跑完一場馬拉松”

            和熟悉的同事們再次面對面坐在一起,中國航天員科研訓練中心環控生保室二氧化碳去除子系統負責人張勇平感慨頗深。過去那些一起奮斗的時刻,滿滿當當充斥著他的記憶。忙碌,將時間無限拉長?;貞浧甬a品研發的那段日子,張勇平覺得“那時候的每一天都在全力奔跑”。

            從論證設計到完成初樣產品設計,他們只用了3年。3年,環控生??蒲袌F隊以過硬的攻關能力,創造了環控生保技術發展的“中國速度”。

            用環控生保室主任卞強的話說,“我們團隊的工作狀態,好比用沖刺的速度跑完一場馬拉松”。

            2020年初,新冠肺炎疫情來勢洶洶。環控生??蒲袌F隊接到通知,要在短期內完成產品正樣交付任務。

            那年春節,許多人都是在辦公室里度過的。他們和家人急急忙忙吃頓年夜飯,又火速投入到工作中。

            這是一場接力賽。

            水處理子系統總裝集成負責人熊濤加入團隊后,經過兩年歷練挑起大梁,擔任負責人。微量有害氣體去除子系統負責人周國棟是個90后,25歲就成為最年輕的子系統負責人。二氧化碳去除子系統負責人張勇平在正樣產品交付任務中連續工作了一個月。完成主體工作后,他因身體原因不得不暫停工作。隨后,剛入職沒多久的白攀峰,在總體負責人楊潤澤的幫帶下,及時頂上空缺,完成后續任務。

            研究員李英斌記得,在空間站任務啟動時,他們5個子系統負責人集中到一起,封閉辦公十多天,沒日沒夜研究討論,終于按節點拿出了一套總體方案。

            如今,看著航天員在中國空間站里自由呼吸、舒適生活,他們的心里滿是成就感和自豪感?;貞浧鹉嵌纹D難的日子,曾經的技術負責人尹永利說:“那時我們只有一個信念,就是讓航天員在天上安全舒適地工作和生活。我們做到了!”

            讓資源在太空“生生不息”

            2020年5月5日,長征五號B運載火箭在文昌航天發射場發射成功,拉開了中國空間站在軌建造階段飛行任務的序幕。

            再生式環控生保是空間站關鍵技術之一。2005年,在國家863計劃支持下,環控生保室已經開展了基礎研究等工作。2008年,再生式環控生保通過關鍵技術立項論證評審。

            這十幾年來,環控生??蒲袌F隊憑借著一股不服輸的勁頭兒,艱難起步、論證研制,攻克了大容量電解等關鍵技術難點,為空間站建造打下了堅實基礎。

            在以往的載人飛行任務中,環控生保使用的是非再生技術,也就是航天員在太空生存所需的氧氣和水都從地面攜帶。隨著空間站任務一步步推進,航天員在太空駐留的時間越來越長,僅依靠地面攜帶已無法滿足要求,環控生保技術必須要從非再生走向再生。

            再生式環控生保系統,顧名思義,就是實現水等消耗性資源的循環利用,保障航天員在軌長期駐留。這個系統可以收集航天員揮發的水分、排放的尿液,還有呼出的二氧化碳,然后把這些收集到的水汽、水和二氧化碳還原成航天員可在軌利用的氧氣和水。

            再生式環控生保系統包括電解制氧、飲水收集與處理、尿處理、二氧化碳以及微量有害氣體去除等子系統。其中,水氣分離是不少子系統研發過程中都要面對的共同難題。

            “微重力條件下,水氣處于混合狀態?!彪娊庵蒲鯃F隊相關負責人解釋說,要在太空中進行電解制氧,將水電解成氧氣和氫氣后,還需要通過膜分離技術將氣體與液體分離。

            合適的膜材料并不好找。電解制氧團隊一次次調研試驗,可研制出的膜材料重量和壽命仍不符合指標要求。后來,他們通過請教行業內資深專家,研究前沿論文,創新性地設計了新型膜結構。研制過程中,他們一次次碰壁,又一次次突破難關。最終,研制出的膜材料,壽命比最初提升了10倍,重量也下降到了最初的1/4。

            如今,在中國空間站天和核心艙內,由電解水產生的氧氣,解決了航天員呼吸問題,大大降低了物資補給成本。這只是再生生保技術在空間站的運用之一。

            “一年來,我們研制的尿處理和冷凝水收集裝置成功轉化了2600多公斤的水,為兩艘貨運飛船節省了將近一半的上行重量?!弊酉到y負責人丁平自豪地說,“整個再生生保系統實現了氧氣資源100%再生,水資源80%再生。有了完整的再生系統,發射重量大大減少,每年能節約上行物資6噸左右?!?/p>

            天上運行每一秒,地面牽動無數心

            4月29日,天和核心艙已在軌運行滿一年。這意味著,環控生保系統也運行了一周年。

            一年,365天,8760小時,525600分鐘……屏幕上,代表著環控生保系統運行時間的數字不斷跳動著。每分每秒,都牽動著環控生??蒲腥藛T的心。

            “國際空間站20年的運行經驗表明,環控生保系統在軌故障率達到平均每年22起左右?!北鍙娊榻B說,中國空間站環控生保系統也面臨著同樣的風險和挑戰。為了保證航天員安全,團隊工作人員在各階段全方位排查故障,還進行了高強度、多批次試驗,確保產品不帶任何隱患上天。

            動態水氣分離器是尿處理子系統的核心部件。在進行正樣產品交付前,設計師鄧明君像往常一樣進行產品性能測試。電機通電運轉后,面板顯示一切正常。鄧明君并沒因此就放松警惕。突然,他發現電機運行噪聲似乎有點異常。

            鄧明君將耳朵湊近電機仔細傾聽。經歷了近千次試驗,他對電機發出的噪聲再熟悉不過。以往的電機噪聲平穩而細膩,而這次的噪聲似乎有一絲“瑕疵”。他將手輕輕放在電機上,隱約感覺到了異常振動。

            沒有猶豫,鄧明君果斷停止試驗。上報項目組領導決策后,他們將電機送回廠家進行拆解,成功排除了故障。

            返修、再測試、再驗收。環控生保室的研究人員已經習慣了排除一個個故障、解決一個個難題。

            神舟十二號航天員湯洪波曾在環控生保室參與了一年研制工作。湯洪波說:“環控生保人是我們飛天時的生命守護者。在飛行的90多天時間里,操作最多、關注最多、維護最多的就是環控生保產品,通話最多的也是和環控生保專家們探討產品和技術,有他們在,我們才可以安心飛行、放心工作和生活?!?/p>

            雖然再生系統在空間站順利運行,但這個團隊的任務遠沒結束。天上運行一天,地面就需要保障一天。

            “從受領任務那天起,大家就揪著一顆心,或許要到再生系統進入空間站穩定運行15年后,這顆懸著的心才能稍稍放下?!睆堄缕缴钣懈杏|地說。

            如今,環控生保室不僅在再生式環控生保技術上取得突破,也在同步開展受控生態環控生保技術的積累和研究,并成功實施了“綠航星際”4人180天受控生態生保系統集成試驗。

            “未來航天員駐留月球、飛向火星,我們的產品一定能為航天員提供更好的保障,太空家園一定會充滿生機活力?!闭劦轿磥淼沫h控生保,大家充滿期待,也充滿了信心。

            上圖:科研人員正在進行產品測試。孫 偉攝

            (責任編輯:任麗菲)
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