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資源再生系統 助力太空生活

——航天員中心環控生保再生系統攻關側記

占 康 余建斌    2021-09-16 10:24:02    人民日報

核心閱讀

航天員長期駐留空間站,物資供給必不可少。若在軌時長超過3個月,僅靠地面補給已不能滿足任務需要。因而,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從非再生走向再生,成為實現空間站在軌長期運行的關鍵技術。

 

電解制氧子系統、二氧化碳去除子系統、微量有害氣體去除子系統、尿處理子系統、水處理子系統……2020年3月底,這5個子系統終于完成正樣產品交付,中國航天員科研訓練中心航天環控生保室在整個研制階段,共攻克15項關鍵技術和11個技術難點。

從技術突破走向工程實現,這也意味著環控生保再生系統有了質的飛躍、長期在軌駐留有了關鍵技術保障。

 

用沖刺的速度長跑

2020年初,新冠肺炎疫情來勢洶洶。但就在此之前沒多久,環控生保再生團隊接到通知:要在短期內完成產品正樣交付任務。而且,這次任務的交付方式首次由以前的單個產品交付改為子系統整體交付,這就意味著以前交付后的系列真實功能性能測試工作如今都要在交付前完成。

時間緊、任務重,團隊一直加班到除夕前,春節僅休息了3天,就又火速投入到工作中。

水處理子系統總裝集成負責人熊濤加入團隊后,經過兩年歷練就挑起大梁,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一個月,完成主體工作后,因身體原因不得不暫停工作。隨后,剛入職沒多久的該系統總裝集成負責人白攀峰,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。

“我們團隊的工作狀態,好比是用沖刺的速度進行長跑。”航天環控生保室主任卞強說。

 

攻克一個個難關

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。如今,環控生保技術要從非再生走向再生,尚無先例可循。據介紹,這一技術也是世界難題。

經過兩年初樣研制的探索,楊潤澤用兩個月時間寫了一套再生綜合性能測試方案,經過集體討論,又反復改了不下10遍,終于確定了工作項目流程和進度,最終的方案內容詳盡精細,囊括各大系統每天的工作流程。

進入具體研制階段,難題也是一個接一個。水氣分離問題就是不少系統研發過程中都要面對的難題。

“這主要是因為在微重力條件下,水氣處于混合狀態。”電解制氧團隊相關負責人解釋,所以,要在太空中進行電解制氧,也就是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。據介紹,電解制氧團隊反復調研試驗,但最開始研制出的膜材料重量和壽命卻仍不符合指標要求。后來,他們又走訪請教了行業內資深專家,創新性地設計了新型膜結構,可新結構又出現了滋生微生物、膜孔堵塞等問題。最終,團隊堅持不懈用了9年時間,終于將難題逐一突破,最終研制出的膜材料壽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,在空間站天和核心艙內,再生生保技術首次運用,大大降低了物資補給成本。比如,由電解水產生氧氣,解決航天員呼吸問題。

經過多年攻關,整個再生生保系統實現了氧氣資源100%再生,水資源80%再生。據介紹,有了完整的再生系統,發射重量大大減少,運營補給成本降低了70%,每年節省上行物資6噸多。

 

不帶任何隱患上天

要攻克難關,更要杜絕隱患。

據介紹,為了保證安全,團隊工作人員不僅要在各階段全方位排查故障,還要經過高強度、多批次試驗,讓隱患暴露出來,讓產品不帶任何隱患上天。

水處理子系統產品正樣交付前,噪聲試驗時,柱塞泵的出口軟管突然爆裂。在場的人都覺得匪夷所思:明明有安全閥,這是怎么回事?大家連夜討論,研究圖紙、查看流程,最后發現原來是受結構限制,軟管長度縮減,導致液體儲存空間減少、壓力變大,引起軟管爆裂。

這些年,類似的情況還有不少,航天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。

如今,再生系統在空間站順利運行,但這個團隊的任務還沒結束。接下來,他們還要密切監視產品在軌運行狀態,保障航天員在軌生命安全。

“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,這顆懸著的心才能放下。”張勇平深有感觸地說。

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