飞船座舱的通风净化
发布日期:2012-06-26 字体【

  飞船座舱通风是保障座舱大气降温、除湿、气体净化和保持舱内一定风场的重要手段。尤其在轨道飞行的微重力条件下,气体的热对流作用极大削弱,必须利用座舱风扇进行通风,造成座舱大气的强迫对流,使座舱内的大气温度、湿度、气体成分等均匀分布,提高座舱大气的质量。同时,通过风场和气体流速的合理设计,确保航天员活动区,特别是头部有一定的风速,这对于保证航天员的呼吸质量,提高航天员的体表散热效率,增加舒适度是十分重要的。航天员周围的风速一般应为 0.3~0.8米/秒 。

  清洁空气是航天员必不可少的。飞船座舱大气的污染主要来自航天员自身和舱内非金属材料或仪器设备的挥发物。国外从座舱中检测出的各种污染物有300多种,涉及各类化合物,但绝大多数浓度都非常低。一般被列入重点清除的大气污染物有20多种。就舱内有害气体允许浓度的标准而言,空间站要比飞船或航天飞机严格得多,因为空间站在轨运行周期长。

  飞船座舱内有害物质的量虽然很少,但长期生活在这样的环境中,对人体健康同样是不利的,必须加以控制。常用的去除微量有害气体或有害物质的方法有三种:吸附、催化和过滤。根据微量污染物的种类、性质及其控制要求的不同,可采用不同的净化措施。

  二氧化碳是座舱大气中最多的有害气体,主要来自于人体的呼吸代谢。一个人平均一天吸入氧气约576升(标准状态),产出二氧化碳约490升(标准状态)。如不采取有效措施,舱内二氧化碳浓度将迅速上升并危及人的健康与安全。通常要求,舱内二氧化碳分压不得大于1千帕,达到2千帕则应报警。显然,二氧化碳是座舱大气净化的重点。

  神舟号飞船飞行周期不长,采用的是非再生式二氧化碳净化方案,利用无水氢氧化锂(LiOH)作为座舱二氧化碳的净化剂。净化罐采用流阻小、反应效率较高的径向流通模式。通过专用风机将座舱大气引入净化罐,无水LiOH首先吸收气流中的水汽,生成氢氧化锂的水化物,而后与二氧化碳反应生成Li2CO3和H2O,并放出热量,净化后的空气重新流回座舱。净化罐的数量按飞行任务的人天数配置,使用中由航天员进行切换。净化风机是净化装置正常工作的关键,为提高其可靠性,采用了双风机方案,一旦主风机出现故障,即能自动切换到副风机工作状态。

  以高效活性炭为吸附剂吸收舱内臭气和碳氢化合物类微量有害气体,是载人航天器上用得最多的方法,尤其适合于飞船这类短期飞行的航天器。一般将高效活性炭和少量常温催化剂组合设置于二氧化碳净化罐内,形成组合式的净化装置,在清除二氧化碳的同时也清除微量有害物。另外,还在废物收集系统中专门配置了以高效活性炭为主要吸附剂的除臭罐,用以消除大、小便时产生的臭气,并杀灭细菌。

  对于CO、CH4、C2H2等低沸点化合物和H2的去除,活性碳就显得无能为力了。在长期飞行的空间站中,这类微量气体是不容忽视的,清除它们的有效方法是催化燃烧。和平号空间站就装备了这类催化装置。

  过滤是消除座舱大气中微尘和气溶胶等有害物质的有效手段,除了在净化通风管路和净化罐中加设过滤材料外,空间站舱室中还专门装备了特殊设计的过滤装置。过滤材料有超细玻璃纤维或合成纤维构成的紧密过滤纸、无纺布等,均具有良好的过滤能力。

(责任编辑:王楠
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