作者:占康 余建斌 来源:人民日报 发布时间:2021/9/16 10:35:48
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资源再生系统 助力太空生活
——航天员中心环控生保再生系统攻关侧记

 

航天员长期驻留空间站,物资供给必不可少。若在轨时长超过3个月,仅靠地面补给已不能满足任务需要。因而,为航天员提供环境控制、生命保障和应急保障等功能的空间站环控生保技术从非再生走向再生,成为实现空间站在轨长期运行的关键技术。

电解制氧子系统、二氧化碳去除子系统、微量有害气体去除子系统、尿处理子系统、水处理子系统……2020年3月底,这5个子系统终于完成正样产品交付,中国航天员科研训练中心航天环控生保室在整个研制阶段,共攻克15项关键技术和11个技术难点。

从技术突破走向工程实现,这也意味着环控生保再生系统有了质的飞跃、长期在轨驻留有了关键技术保障。

用冲刺的速度长跑

2020年初,新冠肺炎疫情来势汹汹。但就在此之前没多久,环控生保再生团队接到通知:要在短期内完成产品正样交付任务。而且,这次任务的交付方式首次由以前的单个产品交付改为子系统整体交付,这就意味着以前交付后的系列真实功能性能测试工作如今都要在交付前完成。

时间紧、任务重,团队一直加班到除夕前,春节仅休息了3天,就又火速投入到工作中。

水处理子系统总装集成负责人熊涛加入团队后,经过两年历练就挑起大梁,担任负责人。微量有害气体去除子系统负责人周国栋是个90后,25岁就成为最年轻的子系统负责人。二氧化碳去除子系统负责人张勇平在正样产品交付任务中连续工作一个月,完成主体工作后,因身体原因不得不暂停工作。随后,刚入职没多久的该系统总装集成负责人白攀峰,在总体负责人杨润泽的帮带下,及时顶上空缺,完成后续任务。

“我们团队的工作状态,好比是用冲刺的速度进行长跑。”航天环控生保室主任卞强说。

攻克一个个难关

在以往的载人飞行任务中,环控生保使用的是非再生技术,也就是航天员在太空生存所需的氧气和水都从地面携带。如今,环控生保技术要从非再生走向再生,尚无先例可循。据介绍,这一技术也是世界难题。

经过两年初样研制的探索,杨润泽用两个月时间写了一套再生综合性能测试方案,经过集体讨论,又反复改了不下10遍,终于确定了工作项目流程和进度,最终的方案内容详尽精细,囊括各大系统每天的工作流程。

进入具体研制阶段,难题也是一个接一个。水气分离问题就是不少系统研发过程中都要面对的难题。

“这主要是因为在微重力条件下,水气处于混合状态。”电解制氧团队相关负责人解释,所以,要在太空中进行电解制氧,也就是将水电解成氧气和氢气后,还需要通过膜分离技术将气体与液体分离。

合适的膜材料并不好找。据介绍,电解制氧团队反复调研试验,但最开始研制出的膜材料重量和寿命却仍不符合指标要求。后来,他们又走访请教了行业内资深专家,创新性地设计了新型膜结构,可新结构又出现了滋生微生物、膜孔堵塞等问题。最终,团队坚持不懈用了9年时间,终于将难题逐一突破,最终研制出的膜材料寿命比最初的膜材料提升了10倍,重量下降到了最初膜材料的1/4。

如今,在空间站天和核心舱内,再生生保技术首次运用,大大降低了物资补给成本。比如,由电解水产生氧气,解决航天员呼吸问题。

经过多年攻关,整个再生生保系统实现了氧气资源100%再生,水资源80%再生。据介绍,有了完整的再生系统,发射重量大大减少,运营补给成本降低了70%,每年节省上行物资6吨多。

不带任何隐患上天

要攻克难关,更要杜绝隐患。

据介绍,为了保证安全,团队工作人员不仅要在各阶段全方位排查故障,还要经过高强度、多批次试验,让隐患暴露出来,让产品不带任何隐患上天。

水处理子系统产品正样交付前,噪声试验时,柱塞泵的出口软管突然爆裂。在场的人都觉得匪夷所思:明明有安全阀,这是怎么回事?大家连夜讨论,研究图纸、查看流程,最后发现原来是受结构限制,软管长度缩减,导致液体储存空间减少、压力变大,引起软管爆裂。

这些年,类似的情况还有不少,航天环控生保室的研究人员已经习惯了排除一个个故障、解决一个个难题。

如今,再生系统在空间站顺利运行,但这个团队的任务还没结束。接下来,他们还要密切监视产品在轨运行状态,保障航天员在轨生命安全。

“从受领任务那天起,大家就揪着一颗心,或许要到再生系统进入空间站稳定运行15年后,这颗悬着的心才能放下。”张勇平深有感触地说。

 
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