中国载人空间站工程研究项目正式启动

12个5年规划真是土鳖集中地科技大爆发呀

中国航天界考虑2013年发射首颗火星探测卫星

http://mil.cnr.cn/zgjd/201101/t20110117_507591672.html



资料图：2010年11月16日，中俄联合火星探测中方研制萤火一号卫星模型，在当日开幕的珠海航展上亮相。中新社记者 孙自法 摄  
　　


中国工程院院士、神舟飞船总设计师戚发轫16日透露，中国航天界考虑2013年发射中国首颗火星探测卫星。
　　戚发轫是16日参加2011年院士“香港行”活动开幕式暨《创新中国》杂志创刊一周年庆典时作出上述透露的。他表示，中国与俄罗斯将于今年发射中国首个火星探测器“萤火一号”，2013年将出现一个火星离地球最近距离的时段，如果机会错过，则要多等几年，因此，中国航天界考虑届时独立发射中国首颗火星探测卫星。
　　戚发轫对中新社记者表示，目前，这只是航天界的考虑，并非中国政府的正式决策；不过，现时中国航天界已经完全有能力成功发射火星探测卫星。
　　戚发轫还透露了未来几年的中国航天界的重要动态。他说，中国2020年前可以建成空间站。
　　他介绍，中国建造空间站要解决四个阶段的研发难题，第一阶段是送人去太空阶段，早已解决；第二阶段是空间站与飞船的对接难题，今年上半年中国将会发射首个空间实验室“天宫一号”，成功后，将发射飞船与之对接，初步计划是发射两个无人飞船和一个有人飞船，如果第一个无人飞船与空间实验室对接顺利，那么，第二次发射的飞船将是有人飞船。
　　第三阶段是货运飞船与空间站对接。第四阶段是空气和水等再生系统的研制。戚发轫称，空间站不能老是依靠飞船运送物资，必须研发再生系统，例如用水，就需要利用空间站宇航员的汗水、废水甚至小便等进行循环再用。
　　戚发轫透露，2020年建成的空间站，将包括一个核心舱、两个实验舱和若干货运、载人飞船。
　　对于探月计划，戚发轫表示，近期的探月计划将分三步走。第一步是绕月飞行，现已完成；第二步是发送月球车，在月球表面的一定范围内活动，并发回信息；第三步是在月球提取样品，并运回地球，尤其是探测月球是否有水存在。(陈建)

一、系统功能
　　空间站环境控制和生命保障系统是保障乘员的生命安全及工作效率的站载系统。在太空恶劣的环境条件下，为保障乘员的安全及高的工作效率，环境控制和生命保障系统需具有如下主要功能：
　　1.对舱内大气总压和氧分压进行控制，乘员舱的总压和氧分压最适宜的标准是地面大气标准；
　　2.把舱内大气的二氧化碳分压和其他有害气体控制在要求范围内；
环控生保系统四种方案的质量、性能比较
序号        系统类型        系统
初始质量
(公斤)        单位物质
消耗量
(公斤/天)        系统功耗
(千瓦)        系统
热负荷量
(瓦)        电源系统
等效质量
(公斤)
1        开式系统        58        8.8        15        160        3
2        改进型
开式系统        153        5.0        120        265        24
3        半闭式系统        329        1.7        555        575        111
4        闭式系统        378        1.35        525        550        105
　　3.把舱内大气温度和湿度维持在适宜的范围之内；
　　4.在舱内维持一定的空气流速，使舱内气体的成分和温湿度较为均匀；
　　5.为乘员生活及卫生用水提供保障，为航天员配制食品和饮用、卫生及淋浴等供水；
　　6.为乘员提供营养丰富、适口的食品；
　　7.收集处理航天员的代谢废物；
　　8.根据以下要求把舱内微量污染物控制在适当范围之内：
　　(1)舱内大气污染物不能对航天员生理、生化或心理产生明显的有害影响；
　　(2)不能影响航天员的工作效率，以至影响航天任务的完成；
　　(3)不能对物理和生物学的实验产生影响，也不得妨碍医务监督。

　　二、系统方案比较
　　环境控制和生命保障系统是空间站各系统中较为复杂的一个系统，其结构复杂，功能强大，系统方案的选择是否合理、正确，将直接影响到别的系统以致于整个空间站的功耗、成本和质量，也将影响到地面后勤保障系统的补给周期和补给量。一般来说，环境控制和生命保障系统的选择，应根据空间站的规模、乘员人数、空间站工作寿命及天地往返系统的补给周期来决定其最终的方案。
　　从载人航天的发展历史来看，空间站环境控制和生命保障系统一般可划分为以下四种类型：开式系统、改进型开式系统、半闭式系统和闭式系统。
　　1.开式系统
　　开式系统是指航天员的代谢产物不作回收再生，而是抛出舱外或封闭起来带回地面，消耗性物质通过天地往返运输系统的周期性输送和补给来保障。载人飞船、航天飞机和早期的空间站的环境控制和生命保障系统都是采用这种类型。
　　美国的载人飞船和航天飞机采用液态超临界压力储存主氧和高压气态储存辅助氧供航天员呼吸，航天员呼出的二氧化碳由消耗性氢氧化锂吸收。前苏联的载人航天器上则采用超氧化物吸收二氧化碳并同时放出氧气，使用氢氧化锂来调整吸收二氧化碳和产生氧气的比例关系。这些都是典型的开式系统。
　　开式系统的消耗性物质都是靠天地往返运输系统进行补给，这对于长期飞行的空间站来说将是一个沉重的负担。以三名航天员为例，在90天的补给周期内的耗氧量达227公斤，消耗氢氧化锂500公斤，按每人每天3.5公斤的用水标准，需耗水约1吨重，按每人每天1.1公斤的食物供给量，将消耗297公斤的食物，同时产生540公斤左右的代谢废物需带回地面。这么大的后勤补给量是难以承受的。如果能对一些消耗性物质进行再生，对一些生理废物进行回收处理，将能大大降低后勤补给量，减少补给运输飞船的发射次数，节约发射经费，减少天地往返运输系统的负担。
　　2.改进型开式系统
　　改进型开式系统是在开式系统的基础上加以改进，让二氧化碳的净化系统采用再生方案。如用分子筛或固态胺代替消耗性氢氧化锂，降低物质补给量，减轻发射重量。不过水、氧气和食物等物质还不能再生，需要天地往返运输系统给以保障。
　　3.半闭式系统　　
　　半闭式系统是在改进型开式系统的基础上进一步加以改进，使水和氧形成闭合回路，使系统无需补给这些消耗性物质，仅供应含水食物和补给舱体泄漏损失所消耗的气体，在系统设计上主要解决舱内大气的再生和废水的回收处理技术。大气的再生技术是将座舱内航天员代谢产生的二氧化碳进行收集和浓缩，收集到的二氧化碳供给萨巴蒂尔反应系统进行加氢还原成水，水再供给电解系统进行电解产氧。废水的回收处理技术是将座舱内大气中的冷凝水、航天员生活用水和生理废水进行回收处理，作为电解水，水电解产生的氧供给系统，作为航天员的消耗，产生的氢气可供给萨巴蒂尔反应系统进行还原反应。采用半闭式系统将可大大降低消耗性物质的补给量，水、氧和二氧化碳吸收剂基本上形成了闭环回路，不再需要地面给予支持，只需供给乘员食物。这就大大延长了补给周期，降低了消耗性物质的补给量，降低了成本，使乘员在轨工作时间更加延长。
　　4.闭式系统　　
　　闭式系统是在空间站内部氧、水和碳形成全闭环回路，生物和非生物系统在内部边界上进行物质和能量的交换，形成闭式生态系统。生态系统闭合的三个过程是：首先植物接受太阳辐照能把二氧化碳和其它营养成分合成复杂的有机物，其次植物以食物的形式供乘员食用，最后以人的氧化废物作为无机营养供给植物而形成闭环。闭式系统又称闭路生态生命保障系统，也称受控生态生命保障系统或生物工程生命保障系统。闭式系统在空间站发射后就不再需要地面保障系统的支持，消耗性物质均能完全再生，乘员可长期在站内工作和生活，这使得长期载人航天和行星探测在低成本的条件下成为可能。
　　上述四种系统方案均有优缺点，下表是以1人30天任务为基础进行质量、功耗等方面的分析计算得出的结果。从表中可见，开式系统和改进型开式系统初始质量较小、功耗较小，但消耗性物质需要量大，分别适合于小于25天和25～75天的短期载人航天；半闭式系统结构较复杂，初始质量较大，功耗和散热量均很大，但由于实现了氧和水的闭合，大大减少了消耗性物质的携带量，适合于飞行时间不超过80天的中长期载人航天；闭式系统由于实现了氧、水和食物的全闭环，结构质量较大，技术复杂，功耗也较大，但几乎不需要后勤补给，更适合于长期载人航天，如火星探测和月球开发等航天活动采用此种方案效果最佳。
　　图1是环境控制和生命保障系统采用上述四种方案类型时系统质量和电源系统的等效质量与载人飞行时间的关系曲线。
　　 考虑到空间站的发展趋势和我国现有的技术基础以及与国际接轨的需要，半闭式系统应是我们大家所关注的方案。下面将重点论述半闭式技术。
　　三、半闭式系统的构成
　　半闭式系统方案中主要包括氧和水的两个闭合。在满足系统功能要求的前提下达到重量轻、功耗小、系统简单的目的。系统的主要构成如下：
　　1.二氧化碳收集系统
　　二氧化碳收集系统是采用吸附床吸附舱内的二氧化碳，以控制二氧化碳分压保持在安全范围之内。二氧化碳收集系统见图2。
　　 系统中包括两个用以去除空气中所含水气的干燥床和两个用以吸附二氧化碳的吸附床，两组除湿干燥床和二氧化碳吸附床交互工作维持二氧化碳的连续净除，以使舱内二氧化碳浓度保持在所要求的水平上，交替对两个吸附床的吸附剂进行加热解吸，解吸出的二氧化碳经过二氧化碳泵连续输入二氧化碳贮箱，以供萨巴蒂尔反应系统进行还原反应。二氧化碳吸附床中的吸附剂有分子筛和固态胺两种。分子筛曾在苏、美航天器上使用过，目前正在建造的国际空间站就有使用分子筛作吸附剂的。分子筛是较为成熟的技术，其缺点是再生寿命短，吸附率较小；固态胺吸附剂是近几年才发展起来的新型材料，具有较长的再生寿命，吸附率较大，具有较为广阔的发展前景，只是在航天上的应用技术不太成熟。
　　2. 萨巴蒂尔反应系统
　　萨巴蒂尔反应系统见图3。
　　系统的核心部件是萨巴蒂尔反应器。从二氧化碳收集系统的二氧化碳贮箱输送来的二氧化碳与水电解系统产生的氢气在萨巴蒂尔反应器内在570～580K的高温下，在钌催化剂的作用下反应，生成水和甲烷，水被送往饮用水系统供航天员饮用，甲烷被排放到舱外或供给轨道维持系统或姿态控制系统作为推进剂。由于萨巴蒂尔反应是放热反应，系统中还设有一个热交换器用以冷却反应产生的水和甲烷，同时还有一个水气分离器用以分离水和甲烷，使水和甲烷分别被送往各自的收集器。
　　3.水电解系统
　　水电解系统见图3。系统的主要部件是电解槽。电解槽由许多电解单元组成，系统将从尿处理系统输送来的水进行电解产氧，氧被输送到舱内供航天员呼吸，同时产生的氢气被送往萨巴蒂尔反应系统进行还原反应。
　　4.冷凝水收集系统　　
　　冷凝水收集系统见图4。
　　空气中的水蒸气经过冷凝热交换器后冷凝下来，经过两级水气分离后通过正负离子过滤器及中性离子过滤器后加入有机盐，再通过细菌及微量污染物过滤器后输入水箱供航天员饮用。
　　5.尿处理系统
　　尿处理系统见图5。
　　尿液从尿收集器中被抽出来后，经过水气分离后，气体回到舱中。尿液经过泵被输送到尿处理系统中被抽真空的蒸发室，在真空条件下尿液被热流体加热至300～320K时蒸发气化，蒸气通过气体透过性膜进人惰性气体室，实现一次过滤，然后再通过水蒸气透过性膜在冷凝室被冷流体冷凝成水，然后通过正负离子及微生物过滤器进入水收集箱，没能透过气体透过性膜的废液收集到废物收集箱中。
　　图6是以一名航天员为例，说明半闭式系统的物质平衡关系。
　　四、系统的工作描述
　　二氧化碳收集系统将航天员代谢产生的二氧化碳经吸附床吸附、加热解吸及压缩浓缩后浓度达98％。浓缩后的二氧化碳被送到萨巴蒂尔反应系统进行反应，萨巴蒂尔反应器将氢气与二氧化碳在570～580K和钌催化剂的作用下进行反应生成水和甲烷，生成的水可供航天员饮用，甲烷被送到甲烷收集器中作轨道维持系统或姿态控制系统的推进剂用。尿处理系统将航天员排除的尿液经蒸发、冷凝、过滤及去离子及杀菌处理后能达到饮用水的标准，处理后的水被送到水电解系统进行电解产氧。水电解产生的氧气供给航天员呼吸，氢气供给萨巴蒂尔反应系统还原二氧化碳。多余的部分水被送到饮用水箱供航天员饮用。冷凝水收集系统是在冷却液回路的冷流体的作用下将舱内空气中的水蒸气冷凝收集起来，经卫生处理后供航天员饮用。在再生系统出现故障时，启用备用氧、备用水及备用二氧化碳净化罐，以维持航天员的生命安全及使其能够返回地面。
　　图7为半闭式系统方块图。

　　五、空间站环境控制和生命保障技术的发展趋势
在载人航天器上，环境控制和生命保障系统占据着极为重要的地位，因为它直接关系到航天员的生命安全及能否完成航天任务。随着载人航天的发展，环境控制和生命保障系统已从早期的完全补给的方式发展成具有一定再生能力的方式，比如在空间站上已实现的水的再生，部分氧的再生以及二氧化碳吸附剂的再生等。随着航天事业的发展，人类需要在太空建造一种永久式的空间站，使航天员能长久地在站内进行各种科学试验、材料加工以及对天对地观测等，甚至于实现月球定居和火星探测等。这种长时间的空间飞行如果仍需地面补给的话，将给地面后勤补给系统带来极大的负担，补给发射费用将成为无法承受的巨额咯支。
　　新的生保系统应不需要地面进行补给，本身的碳、氧和水能形成一个闭式循环，人体需要的这三种物质在空间站内能循环不止，为航天员提供食物、氧气和水，这便是当前各航天大国都在进行研究的受控生态生保系统。受控生态生保系统是在站内种植一种能在太空环境下生长，却生长周期短，营养成分高，同时能利用光合作用吸收掉二氧化碳，放出氧气的植物。目前认为可行的植物有红萍、藻类等低等植物。受控生态生保系统的实现，将使人类的月球定居、建立永久空间站的梦想成为现实。

学习知识。

会在天宫1期或者2期上验证半闭循环系统么

就等长5了

长5只要搞定，很快就会上马重型火箭启动载人登月

2020年前建站，速度挺快的

怎不见那位“高呼民生”的兄台了？

很期待

老天，，黑丝出来我都没点感觉，这个就太给力了！

空间站意义和实用效果比登月可强多了。。。

能居住几人？

天宫一号不是说今年就要发上去吗？
神8呢？我们是不是很快就能看到成型的空间实验室？

注意，是启动，不是立项。说明老早就开始了，只不过现在正式用钱罢了。

为了一口汤 发表于 2011-1-17 22:03


    就是说，正式开始实施了？